CN102064543B - 一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的故障保护装置为两组储能电容器组的高电压端分别与限流元件组串联后与可控开关、能量吸收电阻并联接入负载；每组储能电容器组的低电压端分别串接一个电流检测单元，由于采用上述结构和方法，该发明具有以下优点：1、以体积小的低等级限流元件代替高等级的限流元件，减小高能量电源系统的体积和降低生产成本；2、保护功能快速可靠；3、具有广泛的适用性，和良好的经济性；4、结构简单，适合大规模生产和改造。
Description
技术领域
本发明涉及高能量电源系统，特别涉及一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法。
背景技术
新型能源的探索研究一直是国家前沿科技技术的研究方向，随着国家科技、经济的不断发展，对新型能源研究装置也同样提出了更高能量的研究需求，目前此类研究装置中电源系统部分通常采用多台电容器并联方式，从而使得储能能量达到几兆到几百兆焦耳，满足高储能的需求。
高密度储能电容的寿命一直是现在研究的关键问题，尤其在快速充放电的工作过程中，其寿命会大大缩短。在高储能密度电容器多台并联的工作情况下，一旦发生其中一台电容器发生内部短路的故障状态时，其余电容器储存能量会全部向短路电容灌输，电容器在此故障状态下会发生爆炸的恶劣后果，还会因爆炸造成对电源系统形成二次损伤的危害，现有技术在多电容器并联的应用场合中对每台并接电容器串入一个一定阻值和电感量的限流元件，以达到在出现单电容发生短路故障状态时进行限流保护目的，但是限流元件需要在吸收多台电容器的高储能能量后而不发生爆炸，单个限流元件的重量和体积必然会很大，而且每个电容器都需要配备一个能够承受大功率容量的限流元件，造成整个电源组件的体积和重量无法减小，制造成本无法下降。
使得大型高能量、高功率的电源系统拥有小型化体积，降低其制造成本是现有技术需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，以达到减小高能量电源系统的体积和降低生产成本的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的故障保护装置为两组储能电容器组的高电压端分别与限流元件组串联后与可控开关、能量吸收电阻并联接入负载；每组储能电容器组的低电压端分别串接一个电流检测单元，从而通过每组电流检测单元对储能电容器组进行实时检测，并控制可控开关的开合，在故障时将能量吸收电阻接入故障的储能电容器组，进行能量释放。
所述的两个电流检测单元之间串接驱动控制单元；驱动控制单元驱动可控开关的开合，从而在电流检测单元检测到储能电容器组故障时，驱动控制单元及时驱动可控开关闭合。
所述的限流元件组中的限流元件为小功率容量的限流元件，从而替代现有技术中的大功率容量限流元件，降低生产成本和产品的体积。
所述的两组储能电容器组的储能电容的个数、型号相同，从而保证电流检测单元检测到的信号幅值、方向相同。
所述的能量吸收电阻为能够承受高能量的电阻，从而在故障时将能量吸收电阻接入电源回路中，进行能量释放。
所述的电流检测单元、驱动控制单元、驱动开关一并接地，从而对整个电源系统回路进行保护。
一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的保护方法为将一个能够承受高能量的能量吸收电阻在电源系统故障时接入电源系统回路中，与每个能够承受低能量的限流元件串联，从而以一个能够承受高能量的能量吸收电阻和多个能够承受低能量的限流元件代替现有技术所需的多个能够承受高能量的限流元件，达到降低成本和减少电源系统体积的目的。
所述的故障保护方法中设有两个电流检测单元分别对储能电容器组的电流大小和方向进行检测，以保证在电源系统发生故障时能够及时发现。
一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，由于采用上述方法，该发明具有以下优点：1、以体积小的低等级限流元件代替高等级的限流元件，减小高能量电源系统的体积和降低生产成本；2、保护功能快速可靠；3、具有广泛的适用性，和良好的经济性；4、结构简单，适合大规模生产和改造。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明中故障保护装置的结构示意框图；
在图1中，1、储能电容器组；2、限流元件组；3、电流检测单元；4、驱动控制单元；5、可控开关；6、能量吸收电阻。
具体实施方式
如图1所示，本发明为两组储能电容器组1的高电压端分别与限流元件组2串联后与可控开关5、能量吸收电阻6并联接入负载；每组储能电容器组1的低电压端分别串接一个电流检测单元3，从而通过每组电流检测单元3对储能电容器组1进行实时检测，并控制可控开关5的开合，在故障时将能量吸收电阻6接入故障的储能电容器组1，进行能量释放。
两个电流检测单元3之间串接驱动控制单元4；驱动控制单元4驱动可控开关5的开合，从而在电流检测单元3检测到储能电容器组1故障时，驱动控制单元4及时驱动可控开关5闭合。
限流元件组2中的限流元件为小功率容量的限流元件，从而替代现有技术中的大功率容量限流元件，降低生产成本和产品的体积。所述的能量吸收电阻6为能够承受高能量的电阻，在故障时将能量吸收电阻接入电源回路中，进行能量释放。
两组储能电容器组1的储能电容的个数、型号相同，从而保证电流检测单元检测到的信号幅值、方向相同。
电流检测单元3、驱动控制单元4、驱动开关5一并接地，从而对整个电源系统回路进行保护。
本发明将一个能够承受高能量的能量吸收电阻6在电源系统故障时接入电源系统回路中，与每个能够承受低能量的限流元件串联，从而以一个能够承受高能量的能量吸收电阻和多个能够承受低能量的限流元件代替现有技术所需的多个能够承受高能量的限流元件，达到降低成本和减少电源系统体积的目的。
本发明通过在一套电源组件中配置一套高能量旁路吸收功能装置，可以大大减小每个电容器配备的限流元件能量承受能力。高能量旁路吸收功能装置主要由一个高能量承受能力的电阻元件6和一个可控开关5组成，并在多台高储能能量电容器放电回路中配置电流检测单元3，以及配置控制保护、驱动电路单元。
通过回路中配置的电流测量装置3检测出回路中的电流方向、幅值等因素来判断电容器是否发生了短路现象，当发生单电容短路故障状态时，驱动控制单元4发出驱动信号驱动可控开关5，使可控开关5导通，储能电容器组1中的储存能量通过能量释放电阻6和可控开关5进行能量释放，从而减小短路电容器的限流元件消耗能量。
本发明主要由电流检测单元3、驱动控制单元4、可控开关5、能量吸收电阻6组成。整个电源组件中储能电容器组1分成对称两组组成，储能电容器组1的电压高端串接限流元件组2，电源组件正常工作时，两组对称的储能电容器组1通过限流元件组2对电源负载部分进行可控周期性放电，此种状态由于储能电容器组1的对称放置，两个电流检测单元3的电流检测信号相同，不发出驱动信号。某一时刻，储能电容器组1充满能量，发生储能电容器组1中某一个电容器发生击穿短路，其余电容器的能量全部向短路电容器灌输，此时电流检测单元3的电流检测信号幅值、方向都不相同，通过驱动控制单元4的判断得出储能电容器组1中出现单电容短路故障状态，发出驱动信号驱动可控开关5使其导通，此时储能电容器组1中的能量通过能量吸收电阻6、可控开关5进行能量释放，使得故障支路限流元件的消耗能量大大减小。
本发明中结构简捷、保护功能快速可靠、整体成本低廉，只需通过配置一个能够承受高能量的电阻使多个电容器组串接的限流元件能量承受能力大大减小，降低限流元件的体积、重量及制造成本，从而使得整个电源组件的的体积、成本大大减小。本发明提出的方法在高能量电源系统中的应用具有广泛的适用性，和良好的经济性。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，所述的保护装置为两组储能电容器组（1）的高电压端分别与限流元件组（2）串联后，与能量吸收电阻（6）并联接入负载，能量吸收电阻（6）的另一端与可控开关（5）的一端串联，每组储能电容器组（1）的低电压端分别串接一个电流检测单元（3）后与可控开关（5）的另一端共同接地，其特征在于：所述的保护装置的保护方法为将一个能够承受高能量的能量吸收电阻（6）在电源系统故障时接入电源系统回路中，与每个能够承受低能量的限流元件串联。
2.根据权利要求1所述的一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的故障保护方法中设有两个电流检测单元（3）分别对两组储能电容器组（1）的电流大小和方向进行检测。
3.根据权利要求2所述的一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的两个电流检测单元（3）之间串接驱动控制单元（4）；驱动控制单元（4）驱动可控开关（5）的开合。
4.根据权利要求1所述的一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的限流元件组（2）中的限流元件为小功率容量的限流元件。
5.根据权利要求1所述的一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的能量吸收电阻（6）为能够承受高能量的电阻。
6.根据权利要求1所述的一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的两组储能电容器组（1）的储能电容的个数、型号相同。
7.根据权利要求3所述的一种高能量电源系统故障保护装置的保护方法，其特征在于：所述的电流检测单元（3）、驱动控制单元（4）、驱动开关（5）一并接地。
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