一种储能型消磁模块及电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种储能型消磁模块及电源，消磁模块的充电控制单元和储能单元的输出端同时与后级恒流变换单元的输入端连接，后级恒流变换单元的输出端与电流换向单元连接，监控单元分别与充电控制单元、储能单元、后级恒流变换单元和电流换向单元通信连接；后级恒流变换单元包括并联电压变换电路和输入滤波电容，电压变换电路为降压单元或升/降压单元。消磁电源由多个消磁模块并联构成，多个储能型消磁模块共用一个监控单元。系统先给储能单元充电到额定电压，监控单元控制后级恒流变换单元对负载进行恒流脉冲放电，电流换向单元对电流正反向进行控制，控制系统根据上一个脉冲放电后储能单元中的剩余能量及后续脉冲能量总和进行充电控制，保持储能系统中有合适的剩余能量与电压，直到所有脉冲放电完成。
【专利说明】3的最有效手段。目的是预防敌方磁性武器艮统主要由舰船内消磁绕组、消磁控制设备力率放大装置，它按控制器输出的控制信号的重要组成部分。
1-电源，经过整流后以恒流的方式向消磁线，其容量根据需要从几十到几百伏特，电流艺就对实时电源提出了很高的要求，尤其在等不能有效消磁，也就容易受到磁性武器的
昏，舰船要定期回到母港消磁站(船)进行大匕到几十个兆瓦以上，对供电电源的要求很电机供电，过大的供电功率显著增加了消磁；0
化、模块化、数字化和可并联的储能消磁电是高硬件可靠性，甚为必要。[0010]本实用新型储能型消磁模块的一种优选方案中，电压变换电路为N路Buck-Boost升/降压电路并联而成的升/降压单元，N路Buck-Boost升/降压电路共用一个输出滤波电容。
[0011]本实用新型的储能型消磁模块中，电流换向单元包括两个独立的电流正反向开关，其中第一电流正反向开关设置在后级恒流变换单元正端与负载一端之间，第二电流正反向开关设置在后级恒流变换单元负端与负载另一端之间。
[0012]本实用新型的储能型消磁模块中，电流正反向开关采用机械开关方式或电子开关方式，在脉冲放电间隔期间进行零电流接通与关断。
[0013]本实用新型的一种储能型消磁电源，由多个上述储能型消磁模块并联而成，多个储能型消磁模块共用一个监控单元。
[0014]本实用新型装置采用模块化的设计思想，利用超级电容能大量储能的特点，储能的超级电容组件设计为相同且独立的单元，连接成相互并联的结构，模块化的结构适合不同功率等级的电源系统，可以实现系列化，通用化和组合化，扩容非常方便；充电控制器单元与后级变换单元采用多相多重变换器结构，硬件具有冗余特性；根据特殊情况下的需求，通过控制系统控制使用的单元数，以弥补实时供电电源容量不足的缺陷；组合方式容易实现N+M冗余，大大提高系统整体的可靠性。
[0015]有益效果：本实用新型和现有技术相比，具有以下优点：
[0016](I)本实用新型的后级变换器采用多组独立的多相多重变换器并联方式，现有消磁主要是工频变压器加可控硅整流方案，装置体积大，功率因数低，对电源供电容量要求大，而采用多组独立的多相多重变换器并联方式可有效提高系统可靠性；（2)本实用新型的电流换向单元采用机械开关方式或电子开关方式，因为脉冲间隔时间比较长，使用开关可以做到零电流接通与关断，如果机械开关的接触电阻足够小，可以提高效率，而其他消磁装置的电流换向单元普遍采用`H桥方案，这种方案虽控制方便，但效率不高，可靠性也较低；（3)本实用新型的消磁模块可并联组成各个功率等级的消磁电源，灵活可靠；（4)本实用新型的储能系统采用超级电容为储能组件，可以充分发挥超级电容储能的优势，更为关键的是由于通过超级电容的储能，可以极大的降低对直流母线的容量要求。对于输出电流50-4000A连续可调、输出电压0-600VDC连续可调的消磁电源，如果没有超级电容，全部由直流母线供电方式，峰值功率高达2400kW，而通过超级电容储能，通过设计选用一定容量的超级电容，此时对直流母线仅需800kW的容量。
[0017]消磁电源由N+M个消磁模块并联构成，N为正常工作时消磁电源的消磁模块，M为冗余模块，根据消磁电源首脉冲电流大小，计算出容量合适的消磁模块，可组合成输出电压几千伏，输出电流几十万安培的消磁电源，适合于航空母舰、各类大小舰船、潜艇，商船的消磁系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图I为本实用新型的储能型消磁模块的连接原理图；
[0019]图2为本实用新型的单个储能型消磁模块的原理框图；
[0020]图3为本实用新型的储能型消磁电源方案示意图；
[0021]图4为后级恒流变换器采用降压方式时需求供电功率与电容组数匹配关系图；:换电路31为~路8114-8000升丨降压电卜/降压电路共用一个输出滤波电容02。
？个独立的电流正反向开关，其中第一电流丨与负载一端之间，第二电流正反向开关42二间。电流正反向开关采用机械开关方式或接通与关断。
、储能型消磁模块并联而成，多个储能型消
为8个，每个消磁脉冲的电流大小、宽度已
&要指标有:输出电流50-4000八连续可调；；需是脉冲式正负交替。
案如图2所示，
器后降压为线电压6807左右交流电，经不容86价电压考虑),形成直流母线；:流母线上，充电控制器接受指令，进行指定时间、电流方向控制后级变换器、电流换向器的开关动作，控制充电器的充电电流与电容电压，监控器与充电控制器、后级变换器、电流换向器、电容均衡装置等优先使用CAN总线进行通信。
[0038]整个系统中，有两个能量源向脉冲放电提供能量，一个是外接电源，一个是超级电容。由于脉冲放电能量总和是不变的，增加超级电容容量，就可以降低外接电源的功率；反之增大外接电源容量就可以降低超级电容的容量。
[0039]如图2所示，每I组并联电容组成一个独立的消磁模块，每个独立的消磁模块配置独立的充电控制器，独立的后级变换器，后级变换器并联后向负载提供放电脉冲电流。
[0040]图3为单台消磁电源方案图，针对本实施例，每个消磁模块的电流按500A设计，采用10+2个模块并联后，可以提供最大5000A的脉冲电流；由不同数量的模块进行并联组合，便可以满足输出电流50-4000A连续可调的要求。
[0041]选用单体耐压2. 7V容量为3000F的超级电容，用320个串联组成耐压864V的单个模组。图4为后级恒流变换器采用降压方式时需求供电功率与电容组数匹配关系图，分为电流等差衰减和电流指数衰减两种情况。从图中可以看出，电流等差衰减与指数衰减在供电功率较大时，电容组数相差不大，在供电功率较小时，两者数量差异很大。
[0042]图5为6个BUCK电路交错并联电路图，每组模块的后级变换器由6个BUCK电路交错并联组成，构成6相6重斩波电路，每个开关管电流100A，这个级别电流的开关管工作频率可以较高，6相6重斩波电路进一步降低对滤波电感的要求。
[0043]本系统采用了独特的补电式均衡，在充电时检测单体电容最大容量，打开大容量电容相对应的通道，进行优先补电式充电，在小容量电容充满的同时，保证大容量电容也能够同时充满电量。在放电时对单体容量较小者进行补充电，确保所有单体均能放出最大容
量。`
[0044]此外，系统中所有通信均采用CAN方式。由于增加系统的冗余或构成模块化的结构，形成大电流脉冲放电需要多个后级变换电路的并联，多个后级变换器的并联存在一个主要问题就是脉冲前后沿的同步问题。而CAN总线通信具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强等优点。本实用新型方案中，加上人机界面主控制器，传送的数据基本只有电流，占空比，启动与停止等少量数据，通信时间的延迟总体时间在毫秒级。
【权利要求】
1.一种储能型消磁模块，其特征在于，该模块包括充电控制单元（I)、储能单元（2)、后级恒流变换单元（3 )、电流换向单元（4 )和监控单元（5 )，所述充电控制单元（I)和储能单元(2)的输出端同时与后级恒流变换单元（3)的输入端连接，后级恒流变换单元（3)的输出端与电流换向单元（4)连接，监控单元（5)分别与充电控制单元（I)、储能单元（2)、后级恒流变换单元（3)和电流换向单元（4)通信连接；所述后级恒流变换单元（3)包括并联电压变换电路（31)和输入滤波电容（Cl)，所述电压变换电路（31)为降压单元或升/降压单元。
2.根据权利要求1所述的储能型消磁模块，其特征在于，所述电压变换电路（31)为N路BUCK降压电路并联而成的降压单元，所述N路BUCK降压电路共用一个输出滤波电容(C2)。
3.根据权利要求1所述的储能型消磁模块，其特征在于，所述电压变换电路（31)为N路Buck-Boost升/降压电路并联而成的升/降压单元，所述N路Buck-Boost升/降压电路共用一个输出滤波电容（C2 )。
4.根据权利要求1、2或3所述的储能型消磁模块，其特征在于，所述电流换向单元（4)包括两个独立的电流正反向开关，其中第一电流正反向开关（41)设置在后级恒流变换单元(3)正端与负载一端之间，第二电流正反向开关（42)设置在后级恒流变换单元（3)负端与负载另一端之间。
5.根据权利要求4所述的储能型消磁模块，其特征在于，所述电流正反向开关采用机械开关方式或电子开关方式，在脉冲放电间隔期间进行零电流接通与关断。
6.一种储能型消磁电源，其特征在于，所述消磁电源由多个权利要求1、2、3、4或5所述储能型消磁模块并联而成，多个储能型消磁模块共用一个监控单元（5)。
【文档编号】H02J7/00GK203623954SQ201320727090
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】王念春, 吴晓玉 申请人:东南大学