一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统技术方案

本发明专利技术涉及电气设备技术领域，特别是一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统。包括变压器，用于将消磁站输出的电压转化成充电器所需的电压；充电器，用于将交流输入电压转换成满足蓄电池组输入要求的直流电压并为蓄电池组提供充电电流；蓄电池组，用于实时输出消磁线圈所需的工作电流等级；斩波器，集成有换向器，用于将蓄电池组输出的不稳定的直流电压变换成消磁线圈所需的稳定的直流电压，并实现消磁线圈工作电流的正负换向。本电源系统既兼容了现有消磁电源的特点，又降低了供电需求，改善了电网品质，同时还具备功率密度和能量密度高、无噪声、无污染等优势，并且故障率低，大大降低了维修保障费用，具有重要的军事意义和显著的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统
本专利技术涉及电气设备
，特别是一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统。
技术介绍
为防止舰艇受到水中磁性兵器及空中磁探测威胁，国内外都很重视并提出了相应的消磁技术。作为消磁站重要组成部分的消磁电源系统，负责提供舰艇消磁所需的工作电流与补偿电流，其供电方案优劣直接决定着消磁站消磁能力及消磁作业效率。由于保密原因，国外很少公开消磁站相关技术资料，因此无法了解国外消磁站供电方案。而国内消磁站基本上都是采用市电/柴油发电机/燃气发电机组+可控硅整流/超级电容储能等供电方案。以上几种消磁供电方案，在满足消磁工作的同时，都会受到一定的限制。如针对大功率航母消磁站而言，直接采用市电供电会受到市网容量的限制；柴油发电机组因占地面积大，配套的油路、水路、气路设施等非常多，且安装复杂，使用时会对环境造成较大污染，后期维护、保养任务繁重，尤其在消磁站人员编制紧张的情况下，电站、电源系统的维护将会对消磁站使命任务的正常进行造成较大的影响；可控硅整流因输出电流谐波较大，会对电网造成一定的污染；超级电容储能具有较高的功率密度，但其能量密度较低，不太适合消磁电源长时间的能量存储和释放工况，且大功率需求时仍会对电网造成一定程度的冲击。因此，必须对消磁站供电方案进行优化设计。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种功率密度和能量密度高、无噪声、无污染且故障率低的基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统。本专利技术的技术方案为：一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统，包括变压器：用于将消磁站输出的电压转化成充电器所需的电压；充电器：用于将交流输入电压转换成满足蓄电池组输入要求的直流电压，并为蓄电池组提供充电电流；蓄电池组：用于实时输出消磁线圈所需的工作电流等级；斩波器：集成有换向器，用于将蓄电池组输出的不稳定的直流电压变换成消磁线圈所需的稳定的直流电压，并实现消磁线圈工作电流的正负换向。较为优选的，所述充电器包括依次串联的进线交流断路器、交流EMC滤波器、滤波电容、进线电抗器、三相整流桥和出线直流断路器。较为优选的，所述滤波电容包括三个滤波电容单体，交流电三相输出端的每两相之间均设有一个滤波电容单体。较为优选的，所述蓄电池组包括总控柜和多个电池柜，多个所述电池柜并联设置，所述电池柜的控制信号输入端与所述总控柜的控制信号输出端连接。较为优选的，所述总控柜与每个电池柜之间分别设有用于控制电池柜接入与否的接触器，所述接触器通过总控柜控制。较为优选的，每个所述电池柜包括控制单元S_BCU和并联设置的多个电池组，每个电池组内均设有管理单元BMU，所述控制单元S_BCU的控制信号输出端与各个管理单元BMU的控制信号输入端连接，所述管理单元BMU的控制信号输出端分别与其对应的电池组连接。较为优选的，所述电池柜内还设有预充电路，所述预充电路包括预充电接触器和预充电阻，所述预充电路用于对充电器和斩波器进行预充电以及充电保护。较为优选的，所述斩波器包括直流进线断路器、支撑电容、三重斩波功率单元、电感、卸荷装置及输出滤波电容。较为优选的，所述斩波器内集成的换向器包括驱动板和由晶闸管构成的H桥电路，所述驱动板通过光纤连接有主控板，所述驱动板在主控板的控制下控制H桥电路中各个晶闸管的导通与截至。较为优选的，所述蓄电池组为磷酸铁锂蓄电池组，所述蓄电池组的电池柜通过CAN线连接有显示屏。本专利技术的有益效果是：本电源系统是一种新型的、环保的消磁装备，既兼容了现有消磁电源的特点，又降低了供电需求，改善了电网品质，同时还具备功率密度和能量密度高、无噪声、无污染等优势，并且故障率低，大大降低了维修保障费用，具有重要的军事意义和显著的经济效益。充电器采用高频整流将主电变压器降压后的交流电压，变换成蓄电池的输入直流电压，并给蓄电池提供合适的充电电流，起到稳流限压的作用。采用磷酸铁锂蓄电池组，其在充放电效率、安全性能及使用寿命上都有所改善，适合于大功率且长时间的能量存储和释放。具有较大的功率密度和很高的能量密度，且环保性好、免维护。负责存储及释放消磁线圈工作所需的能量。斩波器采用三相三重斩波将蓄电池输出的不稳定的直流电压变换成负载所需的稳定的直流电压，起到稳压限流的作用。换向器采用晶闸管构成H桥式结构，根据控制信号按顺序实现晶闸管导通，完成消磁电流正负方向的转换。附图说明图1为本专利技术一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统的拓扑图；图2为充电器电路拓扑图；图3为蓄电池组电气拓扑图；图4为斩波器电路拓扑图；图5为斩波器内集成的换向器电路拓扑图；图中：1-变压器，2-充电器，3-蓄电池组，4-斩波器，5-消磁线圈。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统由变压器1、充电器2、蓄电池组3、斩波器(集成换向器)4及消磁线圈5组成。如图2所示为充电器2的电路拓扑图。充电器2电路主要由进线交流断路器、交流EMC滤波器、滤波电容和进线电抗器、三相整流桥、出线直流断路器组成。同时辅以直流预充电路母线放电回路。利用变压器的漏感，与交流CL滤波器构成LCL滤波器，减小网侧谐波电流。其中，三相整流桥由6个两两并联的IGBT模块、直流母线支撑电容及相应母排构成高频功率变化电路，利用高频脉冲信号控制电子开关开通时间长短来实现稳压，从而将电网侧的交流电源直接整流为较平滑的直流电。滤波电容由三个滤波电容单体构成，交流电三相输出端的每两相之间分别设有一个滤波电容单体。如图3所示为蓄电池组3的电气拓扑图。蓄电池组3为磷酸铁锂蓄电池组，其由总控柜和多个电池柜并联(1#～8#)组成。1#电池柜由多个电池组1.1～1.6串联组成，8#电池柜由多个电池组8.1～1.6串联组成，2#～7#电池柜结构与1#、8#电池柜相同，电池柜最终全部并联汇流至总控柜。每个电池组都有独立的管理单元BMU1.1～1.6……BMU8.1～8.6，每个电池柜也有独立的控制单元S_BCU1～S_BCU8，实现电池的均衡管理、加热管理、冷却管理及继电器控制等功能。总控柜与每个电池柜之间分别设有用于控制电池柜接入与否的接触器，接触器通过总控柜的控制单元M_BCU进行控制。电池柜内还设有预充电路，预充电路包括预充电接触器和预充电阻。蓄电池组3的预充电路的作用是为充电器和斩波器的支撑电容提供预充电回路，预充电接触器的作用是有效保护电容和直流接触器，防止直接上电瞬间，充电电流过大，可能会造成电容损坏，也会损坏直流接触器等开关器件。预充电阻起到限流的作用。蓄电池的充电模式根据PCS(充电器2)的控制信号来实现，放电模式由斩波器3的控制信号来实现。电池柜都配置有独立的显示屏，通过CAN总线实现数据采集与上传，根据电池管理系统BMS设定的保护参数，实时进行故障等级判断及报警或保护处理，并将故障信息显示出来。磷酸铁锂蓄电池组的对外通信方式为CAN和RS485。如图4所示为斩波器4电路拓扑图。斩波器4为大功率斩波器，其内集成有换向器，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统，其特征在于：包括变压器(1)：用于将消磁站输出的电压转化成充电器(2)所需的电压；充电器(2)：用于将交流输入电压转换成满足蓄电池组(3)输入要求的直流电压，并为蓄电池组(3)提供充电电流；蓄电池组(3)：用于实时输出消磁线圈(5)所需的工作电流等级；斩波器(4)：集成有换向器，用于将蓄电池组(3)输出的不稳定的直流电压变换成消磁线圈(5)所需的稳定的直流电压，并实现消磁线圈(5)工作电流的正负换向。

【技术特征摘要】
1.一种基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统，其特征在于：包括变压器(1)：用于将消磁站输出的电压转化成充电器(2)所需的电压；充电器(2)：用于将交流输入电压转换成满足蓄电池组(3)输入要求的直流电压，并为蓄电池组(3)提供充电电流；蓄电池组(3)：用于实时输出消磁线圈(5)所需的工作电流等级；斩波器(4)：集成有换向器，用于将蓄电池组(3)输出的不稳定的直流电压变换成消磁线圈(5)所需的稳定的直流电压，并实现消磁线圈(5)工作电流的正负换向。2.如权利要求1所述基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统，其特征在于：所述充电器(2)包括依次串联的进线交流断路器、交流EMC滤波器、滤波电容、进线电抗器、三相整流桥和出线直流断路器。3.如权利要求2所述基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统，其特征在于：所述滤波电容包括三个滤波电容单体，交流电三相输出端的每两相之间均设有一个滤波电容单体。4.如权利要求1所述基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统，其特征在于：所述蓄电池组(3)包括总控柜和多个电池柜，多个所述电池柜并联设置，所述电池柜的控制信号输入端与所述总控柜的控制信号输出端连接。5.如权利要求4所述基于蓄电池储能的大功率脉冲电源系统，其特征在于：所述总控柜与每个电池柜之间分别设有用于控制电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文春，周国华，李志新，高俊吉，郭成豹，刘胜道，吴轲娜，胡安，刘娣，武美娜，卿意，孙建龙，王文进，潘京，胡石明，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，武汉新能源接入装备与技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42