适用于高加速电机驱动的储能系统

本发明属于电机驱动储能系统，具体涉及一种适用于高加速电机驱动的储能系统。

背景技术：

1、传统电机驱动系统一般采用常规电力系统供电方式进行供电，这种方式无法提供电机驱动过程中的瞬时大功率需求，所以需要通过储能环节将电网能量传递给初级能源存储起来，减小充电功率，并在实际工作中将初级能源在短时内给脉冲储能装置充电，实现充电功率的增大。在能量不变的前提下，电网与脉冲储能间增加的初级能源起到了功率放大作用，可以减小对电网的瞬时功率需求。

2、初级能源可以采用飞轮储能、超级电容、锂离子电池等具有脉冲放电功能的设备。为了能够满足高加速电机驱动，需要储能设备在短时间内提供大电流，使得电机系统能够获得强大的牵引动力来提高电机驱动速度。锂离子电池在脉冲大倍率放电时，其瞬时电流能够达到甚至超过50c，能够满足高加速电机驱动要求。但是由于短时大倍率放电会导致锂电池输出端电压快速跌落，无法满足电机驱动时的直流母线电压要求。那么为了达到稳定直流母线电压的目的，传统方法是并联更多的锂离子电池组，从而提高储能系统的容量。但是并联更多的锂电池组会增加储能系统的体积和重量，系统成本也会增加。其次是直接在锂电池组两端接入dc/dc变换器，此时功率器件所承受的电压应力为整个锂电池组，采用这种方法功率器件的成本会增加。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述技术的不足，提供一种提成功率密度的适用于高加速电机驱动的储能系统。

2、为实现上述目的，本发明提供一种适用于高加速电机驱动的储能系统，包括两组串联的储能单元，每组储能单元包括充电单元、放电单元及放电主回路单元；放电单元由锂电池组模块与锂电池组斩波模块串联构成，锂电池组模块由n个串联的锂电池组单元构成，锂电池组斩波模块由m个串联的锂电池组斩波单元构成。

3、进一步地，每个所述锂电池组单元由锂电池组、熔断器fu和接触器km串联后与反并联二极管并联构成，锂电池组由n个锂电池单体串并联构成；下一个锂电池组单元的正极输出与上一个锂电池组单元的负极输出相连依次将n个锂电池组单元串联。

4、进一步地，每个所述锂电池组斩波单元由锂电池组与熔断器串联后与互反igbt并联，锂电池组由m个锂电池单体串并联构成，下一个锂电池组斩波单元并联的互反igbt的中点均与上一个锂电池组斩波单元的互反igbt的下管igbt负极输出相连依次将m个锂电池组斩波单元串联。

5、进一步地，每个所述锂电池组单元的正极输入均依次经igbt开关、防反二极管与充电单元的正极相连，每个锂电池组斩波单元的正极均依次经igbt开关、防反二极管与充电单元的正极输出相连；锂电池组模块正极输出与锂电池组斩波模块的互反igbt的下管igbt负极输出相连；锂电池组模块的负极输入接地，锂电池组模块的负极输出与放电主回路单元的负极输入相连，锂电池组斩波模块的互反igbt的中点与放电主回路单元的正极输入相连；充电单元的负极输出与放电主回路单元的正极输入相连。

6、进一步地，所述充电单元由一个四象限整流器和一个输出电压可调的dc/dc变换器串联构成，并由输入断路器qf1-2来控制通断。

7、进一步地，所述放电主回路单元由依次串联的第一接触器km1、iegt过流保护模块、1台2绕组限流电抗器、第二接触器km2串联及爆炸桥构成，iegt过流保护模块并联一个rc过压吸收回路，锂电池组模块的负极输出与爆炸桥相连，锂电池组斩波模块的互反igbt的中点与第一接触器km1。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

9、1)采用n个锂电池组单元与m个锂电池组斩波单元串联结构，能够大幅降低储能系统体积，提成系统的功率密度；其次级联锂电池组斩波单元在满足高加速驱动要求的同时能够降低功率器件成本，可以有效降低整个储能系统成本。

10、2)无需对整个储能系统充电，采用分级充电方式，可以降低每个锂电池组的充电电压，同时在给定电池组电压范围内，能够满足不同工况下的电压输出。

11、3)采用锂电池组与dc/dc变换器级联的结构，可以满足电机驱动的要求，使电机瞬时获得强大的牵引动力，解决了功率器件的选择问题，同时降低了储能系统成本高的难题。

技术特征：

1.一种适用于高加速电机驱动的储能系统，其特征在于：包括两组串联的储能单元，每组储能单元包括充电单元、放电单元及放电主回路单元；放电单元由锂电池组模块与锂电池组斩波模块串联构成，锂电池组模块由n个串联的锂电池组单元构成，锂电池组斩波模块由m个串联的锂电池组斩波单元构成。

2.根据权利要求1所述适用于高加速电机驱动的储能系统，其特征在于：每个所述锂电池组单元由锂电池组、熔断器fu和接触器km串联后与反并联二极管并联构成，锂电池组由n个锂电池单体串并联构成；下一个锂电池组单元的正极输出与上一个锂电池组单元的负极输出相连依次将n个锂电池组单元串联。

3.根据权利要求2所述适用于高加速电机驱动的储能系统，其特征在于：每个所述锂电池组斩波单元由锂电池组与熔断器串联后与互反igbt并联，锂电池组由m个锂电池单体串并联构成，下一个锂电池组斩波单元并联的互反igbt的中点均与上一个锂电池组斩波单元的互反igbt的下管igbt负极输出相连依次将m个锂电池组斩波单元串联。

4.根据权利要求3所述适用于高加速电机驱动的储能系统，其特征在于：每个所述锂电池组单元的正极输入均依次经igbt开关、防反二极管与充电单元的正极相连，每个锂电池组斩波单元的正极均依次经igbt开关、防反二极管与充电单元的正极输出相连；锂电池组模块正极输出与锂电池组斩波模块的互反igbt的下管igbt负极输出相连；锂电池组模块的负极输入接地，锂电池组模块的负极输出与放电主回路单元的负极输入相连，锂电池组斩波模块的互反igbt的中点与放电主回路单元的正极输入相连；充电单元的负极输出与放电主回路单元的正极输入相连。

5.根据权利要求1所述适用于高加速电机驱动的储能系统，其特征在于：所述充电单元由一个四象限整流器和一个输出电压可调的dc/dc变换器串联构成，并由输入断路器qf1-2来控制通断。

6.根据权利要求3所述适用于高加速电机驱动的储能系统，其特征在于：所述放电主回路单元由依次串联的第一接触器km1、iegt过流保护模块、1台2绕组限流电抗器、第二接触器km2串联及爆炸桥构成，iegt过流保护模块并联一个rc过压吸收回路，锂电池组模块的负极输出与爆炸桥相连，锂电池组斩波模块的互反igbt的中点与第一接触器km1。

技术总结
本发明公开了一种适用于高加速电机驱动的储能系统，包括两组串联的储能单元，每组储能单元包括充电单元、放电单元及放电主回路单元；放电单元由锂电池组模块与锂电池组斩波模块串联构成，锂电池组模块由N个串联的锂电池组单元构成，锂电池组斩波模块由M个串联的锂电池组斩波单元构成。采用N个锂电池组单元与M个锂电池组斩波单元串联结构，能够大幅降低储能系统体积，提成系统的功率密度；其次级联锂电池组斩波单元在满足高加速驱动要求的同时能够降低功率器件成本，可以有效降低整个储能系统成本。

技术研发人员：李卫超,周亮,刘伊扬,邓晨,晏明,马名中,韩金洋
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22