專利名稱：一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置及其保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高能量電源系統(tǒng)，特別涉及一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置及其 保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
新型能源的探索研究一直是國(guó)家前沿科技技術(shù)的研究方向，隨著國(guó)家科技、經(jīng)濟(jì) 的不斷發(fā)展，對(duì)新型能源研究裝置也同樣提出了更高能量的研究需求，目前此類研究裝置 中電源系統(tǒng)部分通常采用多臺(tái)電容器并聯(lián)方式，從而使得儲(chǔ)能能量達(dá)到幾兆到幾百兆焦 耳，滿足高儲(chǔ)能的需求。高密度儲(chǔ)能電容的壽命一直是現(xiàn)在研究的關(guān)鍵問(wèn)題，尤其在快速充放電的工作過(guò) 程中，其壽命會(huì)大大縮短。在高儲(chǔ)能密度電容器多臺(tái)并聯(lián)的工作情況下，一旦發(fā)生其中一 臺(tái)電容器發(fā)生內(nèi)部短路的故障狀態(tài)時(shí)，其余電容器儲(chǔ)存能量會(huì)全部向短路電容灌輸，電容 器在此故障狀態(tài)下會(huì)發(fā)生爆炸的惡劣后果，還會(huì)因爆炸造成對(duì)電源系統(tǒng)形成二次損傷的危 害，現(xiàn)有技術(shù)在多電容器并聯(lián)的應(yīng)用場(chǎng)合中對(duì)每臺(tái)并接電容器串入一個(gè)一定阻值和電感量 的限流元件，以達(dá)到在出現(xiàn)單電容發(fā)生短路故障狀態(tài)時(shí)進(jìn)行限流保護(hù)目的，但是限流元件 需要在吸收多臺(tái)電容器的高儲(chǔ)能能量后而不發(fā)生爆炸，單個(gè)限流元件的重量和體積必然會(huì) 很大，而且每個(gè)電容器都需要配備一個(gè)能夠承受大功率容量的限流元件，造成整個(gè)電源組 件的體積和重量無(wú)法減小，制造成本無(wú)法下降。使得大型高能量、高功率的電源系統(tǒng)擁有小型化體積，降低其制造成本是現(xiàn)有技 術(shù)需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置及其保 護(hù)方法，以達(dá)到減小高能量電源系統(tǒng)的體積和降低生產(chǎn)成本的目的。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝 置，其特征在于所述的故障保護(hù)裝置為兩組儲(chǔ)能電容器組的高電壓端分別與限流元件組 串聯(lián)后與可控開(kāi)關(guān)、能量吸收電阻并聯(lián)接入負(fù)載；每組儲(chǔ)能電容器組的低電壓端分別串接 一個(gè)電流檢測(cè)單元，從而通過(guò)每組電流檢測(cè)單元對(duì)儲(chǔ)能電容器組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并控制可 控開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，在故障時(shí)將能量吸收電阻接入故障的儲(chǔ)能電容器組，進(jìn)行能量釋放。所述的兩個(gè)電流檢測(cè)單元之間串接驅(qū)動(dòng)控制單元；驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)可控開(kāi)關(guān)的 開(kāi)合，從而在電流檢測(cè)單元檢測(cè)到儲(chǔ)能電容器組故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制單元及時(shí)驅(qū)動(dòng)可控開(kāi)關(guān) 閉合。所述的限流元件組中的限流元件為小功率容量的限流元件，從而替代現(xiàn)有技術(shù)中 的大功率容量限流元件，降低生產(chǎn)成本和產(chǎn)品的體積。所述的兩組儲(chǔ)能電容器組的儲(chǔ)能電容的個(gè)數(shù)、型號(hào)相同，從而保證電流檢測(cè)單元 檢測(cè)到的信號(hào)幅值、方向相同。
所述的能量吸收電阻為能夠承受高能量的電阻，從而在故障時(shí)將能量吸收電阻接 入電源回路中，進(jìn)行能量釋放。所述的電流檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)一并接地，從而對(duì)整個(gè)電源系統(tǒng)回 路進(jìn)行保護(hù)。一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)方法，其特征在于所述的保護(hù)方法為將一個(gè)能 夠承受高能量的能量吸收電阻在電源系統(tǒng)故障時(shí)接入電源系統(tǒng)回路中，與每個(gè)能夠承受低 能量的限流元件串聯(lián)，從而以一個(gè)能夠承受高能量的能量吸收電阻和多個(gè)能夠承受低能量 的限流元件代替現(xiàn)有技術(shù)所需的多個(gè)能夠承受高能量的限流元件，達(dá)到降低成本和減少電 源系統(tǒng)體積的目的。所述的故障保護(hù)方法中設(shè)有兩個(gè)電流檢測(cè)單元分別對(duì)儲(chǔ)能電容器組的電流大小 和方向進(jìn)行檢測(cè)，以保證在電源系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置及其保護(hù)方法，由于采用上述結(jié)構(gòu)和方法， 該發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、以體積小的低等級(jí)限流元件代替高等級(jí)的限流元件，減小高能量 電源系統(tǒng)的體積和降低生產(chǎn)成本；2、保護(hù)功能快速可靠；3、具有廣泛的適用性，和良好的 經(jīng)濟(jì)性；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)和改造。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；圖1為本發(fā)明一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖；在圖1中，1、儲(chǔ)能電容器組；2、限流元件組；3、電流檢測(cè)單元；4、驅(qū)動(dòng)控制單元； 5、可控開(kāi)關(guān)；6、能量吸收電阻。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明為兩組儲(chǔ)能電容器組1的高電壓端分別與限流元件組2串聯(lián) 后與可控開(kāi)關(guān)5、能量吸收電阻6并聯(lián)接入負(fù)載；每組儲(chǔ)能電容器組1的低電壓端分別串接 一個(gè)電流檢測(cè)單元3，從而通過(guò)每組電流檢測(cè)單元3對(duì)儲(chǔ)能電容器組1進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并控 制可控開(kāi)關(guān)5的開(kāi)合，在故障時(shí)將能量吸收電阻6接入故障的儲(chǔ)能電容器組1，進(jìn)行能量釋 放。兩個(gè)電流檢測(cè)單元3之間串接驅(qū)動(dòng)控制單元4 ；驅(qū)動(dòng)控制單元4驅(qū)動(dòng)可控開(kāi)關(guān)5的 開(kāi)合，從而在電流檢測(cè)單元3檢測(cè)到儲(chǔ)能電容器組1故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制單元4及時(shí)驅(qū)動(dòng)可控 開(kāi)關(guān)5閉合。限流元件組2中的限流元件為小功率容量的限流元件，從而替代現(xiàn)有技術(shù)中的大 功率容量限流元件，降低生產(chǎn)成本和產(chǎn)品的體積。所述的能量吸收電阻6為能夠承受高能 量的電阻，在故障時(shí)將能量吸收電阻接入電源回路中，進(jìn)行能量釋放。兩組儲(chǔ)能電容器組1的儲(chǔ)能電容的個(gè)數(shù)、型號(hào)相同，從而保證電流檢測(cè)單元檢測(cè) 到的信號(hào)幅值、方向相同。電流檢測(cè)單元3、驅(qū)動(dòng)控制單元4、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)5 —并接地，從而對(duì)整個(gè)電源系統(tǒng)回路 進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明將一個(gè)能夠承受高能量的能量吸收電阻6在電源系統(tǒng)故障時(shí)接入電源系統(tǒng)回路中，與每個(gè)能夠承受低能量的限流元件串聯(lián)，從而以一個(gè)能夠承受高能量的能量吸 收電阻和多個(gè)能夠承受低能量的限流元件代替現(xiàn)有技術(shù)所需的多個(gè)能夠承受高能量的限 流元件，達(dá)到降低成本和減少電源系統(tǒng)體積的目的。本發(fā)明通過(guò)在一套電源組件中配置一套高能量旁路吸收功能裝置，可以大大減小 每個(gè)電容器配備的限流元件能量承受能力。高能量旁路吸收功能裝置主要由一個(gè)高能量承 受能力的電阻元件6和一個(gè)可控開(kāi)關(guān)5組成，并在多臺(tái)高儲(chǔ)能能量電容器放電回路中配置 電流檢測(cè)單元3，以及配置控制保護(hù)、驅(qū)動(dòng)電路單元。通過(guò)回路中配置的電流測(cè)量裝置3檢測(cè)出回路中的電流方向、幅值等因素來(lái)判斷 電容器是否發(fā)生了短路現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生單電容短路故障狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制單元4發(fā)出驅(qū)動(dòng)信 號(hào)驅(qū)動(dòng)可控開(kāi)關(guān)5，使可控開(kāi)關(guān)5導(dǎo)通，儲(chǔ)能電容器組1中的儲(chǔ)存能量通過(guò)能量釋放電阻6 和可控開(kāi)關(guān)5進(jìn)行能量釋放，從而減小短路電容器的限流元件消耗能量。本發(fā)明主要由電流檢測(cè)單元3、驅(qū)動(dòng)控制單元4、可控開(kāi)關(guān)5、能量吸收電阻6組成。 整個(gè)電源組件中儲(chǔ)能電容器組1分成對(duì)稱兩組組成，儲(chǔ)能電容器組1的電壓高端串接限流 元件組2，電源組件正常工作時(shí)，兩組對(duì)稱的儲(chǔ)能電容器組1通過(guò)限流元件組2對(duì)電源負(fù)載 部分進(jìn)行可控周期性放電，此種狀態(tài)由于儲(chǔ)能電容器組1的對(duì)稱放置，兩個(gè)電流檢測(cè)單元3 的電流檢測(cè)信號(hào)相同，不發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。某一時(shí)刻，儲(chǔ)能電容器組1充滿能量，發(fā)生儲(chǔ)能電 容器組1中某一個(gè)電容器發(fā)生擊穿短路，其余電容器的能量全部向短路電容器灌輸，此時(shí) 電流檢測(cè)單元3的電流檢測(cè)信號(hào)幅值、方向都不相同，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制單元4的判斷得出儲(chǔ)能 電容器組1中出現(xiàn)單電容短路故障狀態(tài)，發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)可控開(kāi)關(guān)5使其導(dǎo)通，此時(shí)儲(chǔ)能 電容器組1中的能量通過(guò)能量吸收電阻6、可控開(kāi)關(guān)5進(jìn)行能量釋放，使得故障支路限流元 件的消耗能量大大減小。本發(fā)明中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷、保護(hù)功能快速可靠、整體成本低廉，只需通過(guò)配置一個(gè)能夠承 受高能量的電阻使多個(gè)電容器組串接的限流元件能量承受能力大大減小，降低限流元件的 體積、重量及制造成本，從而使得整個(gè)電源組件的的體積、成本大大減小。本發(fā)明提出的方 法在高能量電源系統(tǒng)中的應(yīng)用具有廣泛的適用性，和良好的經(jīng)濟(jì)性。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合 的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置，其特征在于所述的故障保護(hù)裝置為兩組儲(chǔ) 能電容器組(1)的高電壓端分別與限流元件組O)串聯(lián)后與可控開(kāi)關(guān)(5)、能量吸收電阻 (6)并聯(lián)接入負(fù)載；每組儲(chǔ)能電容器組(1)的低電壓端分別串接一個(gè)電流檢測(cè)單元(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置，其特征在于所述的 兩個(gè)電流檢測(cè)單元( 之間串接驅(qū)動(dòng)控制單元(4)；驅(qū)動(dòng)控制單元(4)驅(qū)動(dòng)可控開(kāi)關(guān)(5)的 開(kāi)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置，其特征在于所述的 限流元件組⑵中的限流元件為小功率容量的限流元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置，其特征在于所述的 能量吸收電阻(6)為能夠承受高能量的電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置，其特征在于所述的 兩組儲(chǔ)能電容器組(1)的儲(chǔ)能電容的個(gè)數(shù)、型號(hào)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置，其特征在于所 述的電流檢測(cè)單元(3)、驅(qū)動(dòng)控制單元0)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)(5) —并接地。
7.一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)方法，其特征在于所述的保護(hù)方法為將一個(gè)能夠 承受高能量的能量吸收電阻(6)在電源系統(tǒng)故障時(shí)接入電源系統(tǒng)回路中，與每個(gè)能夠承受 低能量的限流元件串聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置，其特征在于所述的 故障保護(hù)方法中設(shè)有兩個(gè)電流檢測(cè)單元C3)分別對(duì)儲(chǔ)能電容器組(1)的電流大小和方向進(jìn) 行檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高能量電源系統(tǒng)的故障保護(hù)裝置及其保護(hù)方法，其特征在于所述的故障保護(hù)裝置為兩組儲(chǔ)能電容器組的高電壓端分別與限流元件組串聯(lián)后與可控開(kāi)關(guān)、能量吸收電阻并聯(lián)接入負(fù)載；每組儲(chǔ)能電容器組的低電壓端分別串接一個(gè)電流檢測(cè)單元，由于采用上述結(jié)構(gòu)和方法，該發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、以體積小的低等級(jí)限流元件代替高等級(jí)的限流元件，減小高能量電源系統(tǒng)的體積和降低生產(chǎn)成本；2、保護(hù)功能快速可靠；3、具有廣泛的適用性，和良好的經(jīng)濟(jì)性；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)和改造。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102064543SQ20101061597
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉林, 宮龍, 王年峰 申請(qǐng)人:蕪湖國(guó)睿兆伏電子股份有限公司