ES2431244A1 - Power adaptation system (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
OBJETO DE LA INVENCiÓN OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se enmarca en el campo de un sistema de adecuación de la potencia generada por una planta anaeróbica de generación de potencia conocidas por sus siglas en inglés AIP (Air Indenpendent Plant), planta AIP que funciona a partir de pilas de combustible. The present invention is framed in the field of a system of adaptation of the power generated by an anaerobic power generation plant known by its acronym in English AIP (Air Indenpendent Plant), AIP plant that operates from fuel cells.
El objeto de la invención consiste en sistema de adecuación de potencia proveniente de una planta autónoma de generación de energía a partir de pilas de combustible, potencia que será la encargada de dotar de energía a un vehículo. Dicha potencia adaptada puede ser empleada para los propios sistemas del vehículo así como para usar como fuente de energía a~ernativa, auxiliar o complementaria para el propio vehículo. The object of the invention consists of a system for adapting power from an autonomous power generation plant from fuel cells, a power that will be responsible for providing energy to a vehicle. Said adapted power can be used for the vehicle's own systems as well as for use as an alternative, auxiliary or complementary energy source for the vehicle itself.
Dentro de las tecnologías existentes para propulsión de vehículos marinos o navales como pueden ser los submarinos están los sistemas convencionales que usan motores diesel para propulsión y los sistemas basados en tecnologías nucleares y sistemas anaerobios (o anaeróbicos según la terminología a utilizar). Among the existing technologies for propulsion of marine or naval vehicles such as submarines are conventional systems that use diesel engines for propulsion and systems based on nuclear technologies and anaerobic (or anaerobic systems depending on the terminology to be used).
Los submarinos con tecnología diesel tienen una autonomía menor que el resto de tecnologías y además presentan la desventaja de que son menos discretos que el resto de tecnologías debido a que necesitan usar el snorkel. Submarines with diesel technology have a lower autonomy than other technologies and also have the disadvantage that they are less discreet than other technologies because they need to use snorkeling.
Dentro de los sistemas anaerobios se encuentran los sistemas Al P (Planta independiente de aire por sus siglas en inglés de Air Indenpendent Plant). Hay distintos sistemas AIP, uno de ellos es el sistema AIP basado en pila de combustible. Alguna de las ventajas que presentan estos sistemas basados en pila de combustible son: Within the anaerobic systems are the Al P (Air independent plant by its abbreviations in English of Air Indenpendent Plant) systems. There are different AIP systems, one of them is the AIP system based on fuel cell. Some of the advantages of these fuel cell based systems are:
Las pilas de combustible representan una alternativa real como medio de producción de electricidad silencioso, seguro, fiable y de alto rendimiento. Conseguir potencias de hasta 500 kW es relativamente sencillo con la tecnología adecuada. Pueden ser alimentadas con diferentes combustibles, sin más que elegir el reformador adecuado Fuel cells represent a real alternative as a means of producing silent, safe, reliable and high-performance electricity. Getting powers of up to 500 kW is relatively simple with the right technology. They can be fed with different fuels, simply choosing the right reformer
En las plantas AIP basadas en pilas de combustible, el combustible usado se transforma en energía eléctrica en la pila de combustible mediante una reacción química que se produce en sus celdas. In AIP plants based on fuel cells, the fuel used is transformed into electrical energy in the fuel cell by a chemical reaction that occurs in its cells.
Dado que a la salida de las pilas de combustible es necesario adaptar la energía a las condiciones de tensión del bus de potencia del submarino, se emplea como medio de adaptación típico una configuración push-pull, que precisa un transformador intermedio, lo que supone una menor eficiencia, dificultad de integración de los transformadores debido a su peso y su volumen , coste superior y complejidad de mantenimiento. Debido a las altas potencias usadas con bajo salto de tensiones entre la entrada y salida, resulta más interesante usar otro tipo de topología distinta a la push-pull, debido a que la push-pull presenta una serie de inconvenientes tales como: menor eficiencia, dificultad de integración de transformadores debido a su volumen y peso, dificultad de encontrar transformadores que trabajen a altas frecuencias de elevada potencia, coste superior y complejidad de mantenimiento. Por lo tanto, se busca un sistema de adecuación de la energía con alto rendimiento que no precisa de una transformación a alterna intermedia. Since at the exit of the fuel cells it is necessary to adapt the energy to the voltage conditions of the submarine's power bus, a push-pull configuration is required as a typical means of adaptation, which requires an intermediate transformer, which means lower efficiency, difficulty of transformer integration due to its weight and volume, superior cost and maintenance complexity. Due to the high powers used with low voltage jump between the input and output, it is more interesting to use a different type of topology than the push-pull, because the push-pull has a series of drawbacks such as: lower efficiency, difficulty of transformer integration due to its volume and weight, difficulty of finding transformers that work at high frequencies of high power, superior cost and maintenance complexity. Therefore, a high performance energy adaptation system is sought that does not require an intermediate alternating transformation.
En la solicitud de patente coreana KR2011 000631 OA se detalla un sistema de acondicionamiento de potencia para un convertidor multinivel que comprende: una parte elevadora (boas! converter), un OC-link intermedio y una parte de adecuación encargada de convertir la potencia del OC-link intermedio hasta la salida. Sin embargo en este documento se hace uso de una transformación y la etapa acondicionadora de potencia no es una etapa OC-OC corriente continua-corriente continua, sino oC-AC corriente continua-corriente alterna, presentando además un transformador a la salida del inversor de hecho en este documento se recoge una realización mediante un convertidor push-pull que precisa de un transformador. Algo similar ocurre en la solución recogida por el documento KR100799446 B1 donde se divulga un sistema de adecuación de potencia para una célula de combustible que presenta un sistema de acondicionamiento que cuenta con un inversor, un transformador y un rectificador final, es decir, cuenta con una transformación intermedia en corriente alterna. The Korean patent application KR2011 000631 OA details a power conditioning system for a multi-level converter comprising: a lifting part (boas! Converter), an intermediate OC-link and an adaptation part responsible for converting the power of the OC -intermediate link to the exit. However, this document makes use of a transformation and the power conditioning stage is not a stage OC-OC direct current-direct current, but oC-AC direct current-alternating current, also presenting a transformer at the output of the inverter of In this document, an embodiment is collected by means of a push-pull converter that requires a transformer. Something similar occurs in the solution collected by document KR100799446 B1 where a power adaptation system for a fuel cell is disclosed that has a conditioning system that has an inverter, a transformer and a final rectifier, that is, it has an intermediate transformation in alternating current.
El documento W02005036684 A2 describe un sistema de acondicionamiento de potencia para una célula de combustible que permite la conexión a una red de alterna. El sistema comprende al menos un inversor DC/AC bidireccional y un bus de continua intermedio entre la célula y el inversor. Document W02005036684 A2 describes a power conditioning system for a fuel cell that allows connection to an alternating network. The system comprises at least one bidirectional DC / AC inverter and an intermediate continuous bus between the cell and the inverter.
Asimismo en el documento ES2270392 T3 de HOWALDTSWERKE-DEUTSCHE WERFT GMBH se detalla un convertidor OC-OC conectado entre una batería y una célula de combustible en el que el convertidor OC-OC que tiene una transformación intermedia en alterna Also in document ES2270392 T3 of HOWALDTSWERKE-DEUTSCHE WERFT GMBH details an OC-OC converter connected between a battery and a fuel cell in which the OC-OC converter that has an intermediate alternating transformation
El sistema objeto de la invención tiene aplicación en el suministro de energía a vehículos que tienen bus de potencia, como los vehículos marítimos de entre los cuales se ha determinado como posible destino de la invención los submarinos que pueden usar energía auxiliar obtenida a partir de pilas de combustible, ya que éstas son una alternativa real, como medio de producción de energía para propulsión silencioso, seguro, fiable y de alto rendimiento. The system object of the invention has application in the supply of energy to vehicles that have a power bus, such as maritime vehicles from which submarines that can use auxiliary energy obtained from batteries have been determined as a possible destination of the invention of fuel, since these are a real alternative, as a means of producing energy for quiet, safe, reliable and high-performance propulsion.
De entre los posibles usos de la potencia una vez adecuada cabe destacar el uso de la potencia adaptada para alimentar un medio de propulsión , auxiliar o complementaria de un vehículo. A partir de la energía generada en una planta AIP (Air Independent Plant) a partir de una o más pilas de combustible se hace uso de un sistema de adecuación de potencia, que es capaz de adecuar la energía de un sistema de pila de combustible a un bus de potencia en continuo. Con esto se consiguen salvar los inconvenientes citados en el apartado anterior. El sistema de adecuación de potencia adaptado a una planta AIP para un vehículo objeto de la invención, es capaz de adecuar la energía eléctrica de un módulo de generación de energía, como la citada planta AIP, basado en pila de combustible a un bus de potencia en continuo pero en este caso sin necesidad de un paso intermedio a corriente alterna, es decir sin necesidad de transformadores. Among the possible uses of the power once appropriate, it is worth mentioning the use of the power adapted to power a means of propulsion, auxiliary or complementary to a vehicle. From the energy generated in an AIP plant (Air Independent Plant) from one or more fuel cells, a power matching system is used, which is capable of adapting the energy of a fuel cell system to A continuous power bus. With this they manage to overcome the inconveniences mentioned in the previous section. The power adaptation system adapted to an AIP plant for a vehicle object of the invention, is capable of adapting the electrical energy of a power generation module, such as the aforementioned AIP plant, based on fuel cell to a power bus in continuous but in this case without the need for an intermediate step to alternating current, that is, without the need for transformers.
Al poder realizar la adecuación de potencia entre la pila de combustible y el bus de potencia sin necesidad de implementar un convertidor DC/AC/DC con un transformador de alterna intermedio se elude el uso de transformador intermedio, lo que permite que la eficiencia del equipo sea más alta, permitiendo trabajar con potencias elevadas con bajos saltos de tensión entre la entrada y la salida. El rango de tensión para el que está preparado trabajar el sistema en la entrada es 100 Vcc como valor mínimo y 700 Vcc como valor máximo y en la salida este valor varía entre 100 Y 700 Vcc. La ausencia de transformador minimiza el número de componentes del equipo de forma que su fiabilidad aumenta y su tamaño disminuye, característica muy importante dado el entorno en el cual se encuentra operativo el sistema, preferiblemente un submarino; esto también tiene una incidencia directa en el control de temperatura de operación y en las vibraciones y armónicos que se generan, importantes en entornos de trabajo como el del interior de un vehículo marítimo como puede ser un submarino. Being able to perform the power adaptation between the fuel cell and the power bus without the need to implement a DC / AC / DC converter with an intermediate alternating transformer, the use of intermediate transformer is avoided, which allows the efficiency of the equipment It is higher, allowing to work with high powers with low voltage jumps between the input and output. The voltage range for which the system is prepared to work at the input is 100 Vdc as a minimum value and 700 Vdc as a maximum value and at the output this value varies between 100 and 700 Vdc. The absence of a transformer minimizes the number of components of the equipment so that its reliability increases and its size decreases, a very important characteristic given the environment in which the system is operational, preferably a submarine; This also has a direct impact on the control of operating temperature and the vibrations and harmonics that are generated, important in work environments such as the interior of a marine vehicle such as a submarine.
Otra ventaja destacable es aquella relacionada con el eventual mantenimiento de un transformador en el interior de un submarino, lo cual se hace necesario en otras soluciones y no es una tarea simple debido al limitado espacio que normalmente existe para tareas de mantenimiento, el sistema aquí descrito evita esta tarea de mantenimiento ya que no hace uso de transformador intermedio. Dado que la planta AIP comprende al menos una pila de combustible encargada de generar potencia, y al menos una salida de potencia, el sistema de adaptación o adecuación de potencia comprende un número de entradas igual a un número de salidas de la pila de combustible; el sistema de adecuación de potencia aquí descrito comprende al menos una salida y tantas ramas como entradas desde la salida de las pilas de combustible cuente, donde cada rama se divide en tres bloques: -Una parte elevadora encargada de elevar la tensión desde las condiciones de salida de la pila de combustible hasta una tensión constante del bus interno. Esta parte está formada por dos elevadores conmutados en antiparalelo. -Una parte de adecuación de potencia encargada de convertir la potencia desde el Bus intermedio (OC Link) hasta la salida del bus de potencia del vehículo, esta parte comprende un puente H en cada rama con modulaciones desfasadas en 120º. -Un Bus intermedio (OC Link) intermedio que es el nexo de unión entre la parte elevadora y la parte de adecuación de potencia. Este bus está encargado de almacenar energía y establecer una tensión constante sirviendo como medio de desacoplo de parámetros eléctricos, siendo un condensador de alta capacidad. Another notable advantage is that related to the eventual maintenance of a transformer inside a submarine, which is necessary in other solutions and is not a simple task due to the limited space that normally exists for maintenance tasks, the system described here avoid this maintenance task since it does not use intermediate transformer. Since the AIP plant comprises at least one fuel cell in charge of generating power, and at least one power output, the power adaptation or adaptation system comprises a number of inputs equal to a number of fuel cell outputs; The power adaptation system described here comprises at least one output and as many branches as inputs from the output of the fuel cells count, where each branch is divided into three blocks: - A lifting part responsible for raising the voltage from the conditions of output of the fuel cell to a constant internal bus voltage. This part is formed by two elevators switched in antiparallel. -A part of power adaptation responsible for converting the power from the intermediate bus (OC Link) to the output of the vehicle's power bus, this part comprises a bridge H on each branch with modulations offset by 120º. -A intermediate bus (OC Link) intermediate which is the link between the lifting part and the power adaptation part. This bus is responsible for storing energy and establishing a constant voltage serving as a means of decoupling electrical parameters, being a high capacity capacitor.
El sistema aquí descrito tiene una configuración que permite al menos dos modos de funcionamiento ya que es bidireccional, no solamente se puede suministrar energía al vehículo, sino que es capaz de extraer corriente del bus de potencia del vehículo e inyectarla en el almacenamiento intermedio del sistema que puede ser de tipo condensador o un elemento que actúe como tal. Esto es que en un modo de funcionamiento el sistema se encarga de absorber corriente de la pila de combustible y verterlo en bus del vehículo pero gracias a la citada bidireccionalidad del mismo es posible extraer corriente del bus de potencia del vehículo e inyectarla a un almacenamiento intermedio, o extra, que puede venir definido por un componente eléctrico capaz de almacenar energía que puede ser posteriormente volcada; en este sentido se contempla la posibilidad de disponer en el Bus intermedio (OC Link) de un elemento destinado a aumentar la capacidad de almacenamiento. The system described here has a configuration that allows at least two modes of operation since it is bidirectional, not only can the power be supplied to the vehicle, but it is capable of extracting current from the vehicle's power bus and injecting it into the system's intermediate storage which can be of the condenser type or an element that acts as such. This is that in one mode of operation the system is responsible for absorbing current from the fuel cell and pouring it into the bus of the vehicle but thanks to the aforementioned bidirectionality it is possible to extract current from the vehicle's power bus and inject it into an intermediate storage , or extra, which can be defined by an electrical component capable of storing energy that can be subsequently dumped; In this sense, the possibility of having an element designed to increase the storage capacity is available in the intermediate bus (OC Link).
Tanto en un modo de funcionamiento como en otro, durante la primera fase del arranque se hace uso de un circuito de precarga (paralelo al circuito principal) por donde circula corriente desde el bus de potencia del vehículo hasta el bus intermedio con objetivo de conseguir en el bus intermedio OC Link una tensión correspondiente con aquella del bus de potencia del vehículo. Una vez el sistema alcanza esta tensión prefijada puede funcionar con un circuito principal tanto en dirección de verter potencia hacia el bus de potencia del vehículo (obtenida del sistema de pila de combustible) como absorber potencia desde el mismo (desconectado del sistema de pila de combustible). Both in one mode of operation and in another, during the first phase of the start-up, a preload circuit is used (parallel to the main circuit) through which current flows from the vehicle's power bus to the intermediate bus in order to achieve The OC Link intermediate bus a voltage corresponding to that of the vehicle's power bus. Once the system reaches this preset voltage, it can operate with a main circuit both in the direction of pouring power to the vehicle's power bus (obtained from the fuel cell system) and absorbing power from it (disconnected from the fuel cell system ).
La decisión de verter potencia al bus o absorberla del bus de potencia del vehículo se realiza mediante indicaciones al control del sistema. La corriente que se extrae del bus de potencia del vehículo hacia el almacenamiento intermedio comprendido en el Bus mismo una serie de sensores tipo Hall para monitorizar aquellos parámetros relacionados con la corriente y sensores tipo LEM para aquellos parámetros relacionados con tensión. Asimismo y en eventual combinación con dichos sensores se dispone de una serie de relés de vigilancia de tensión para detectar fallo de tensión y al menos interruptor automático motorizado en entrada (de 100-500 A) Y salida (de 800-3000 A); el cual se encuentra aislados de tierra y lleva incorporados una bobina de mínima tensión y el motor para su mecanismo. The decision to pour power to the bus or absorb it from the vehicle's power bus is made by means of indications to the system control. The current that is extracted from the power bus of the vehicle to the intermediate storage included in the Bus itself a series of Hall-type sensors to monitor those parameters related to the current and LEM-type sensors for those parameters related to voltage. Also, and in combination with these sensors, a series of voltage monitoring relays are available to detect voltage failure and at least one motorized circuit breaker at input (100-500 A) and output (800-3000 A); which is isolated from the ground and incorporates a minimum voltage coil and the motor for its mechanism.
Para que la carga de muelles de los motores de los interruptores ocurra de forma progresiva sin perjuicio de las fuentes de alimentación se instalan relés temporizados que actúan sobre el motor. Asimismo el circuito de precarga además de incorporar un diodo doble para evitar la circulación de corriente en sentido inverso, incorpora una resistencia menor de 150 Ohmios para limitar la corriente absorbida del bus de potencia y el contacto que cierra el circuito de precarga se controla desde el control del sistema objeto de la invención. So that the load of springs of the motors of the switches occurs progressively without prejudice to the power supplies, timed relays are installed that act on the motor. Likewise, the preload circuit, in addition to incorporating a double diode to prevent the flow of current in the reverse direction, incorporates a resistance of less than 150 Ohms to limit the absorbed current of the power bus and the contact that closes the preload circuit is controlled from the control of the system object of the invention.
El sistema aquí descrito puede comprender una serie de medidas de seguridad tales como protecciones a tierra tanto para contactos indirectos como para servicio eléctrico (caso de filtros EMI que presentan una conexión a tierra en la carcasa y una conexión a tierra débil del circuito eléctrico), descargadores de tensión, bobinas, tarjetas de fugas, chasis, resistencia de descarga con conexión a tierra de protección o tarjetas de fugas las cuales se encuentran en las ramas de entrada. Asimismo se dispone de interruptores automáticos a la entrada de alimentación eléctrica del sistema de adecuación de potencia aquí descrito, para protección de dichas líneas y una o más resistencias (de un valor inferior a 100 W) de descarga que se instalan para que se produzca una descarga controlada de la tensión con la que está cargados los buses Bus intermedio (OC Link) ante una parada. A fin de absorber posibles picos de tensión que se pueda producir se incluye en una configuración del sistema una serie de descargadores de tensión (o protectores de sobretensión). The system described herein may comprise a series of safety measures such as earth protections for both indirect contacts and electrical service (in the case of EMI filters that have a ground connection in the housing and a weak ground connection of the electrical circuit), voltage arresters, coils, leak cards, chassis, discharge resistance with protective earth connection or leak cards which are located in the input branches. There are also automatic switches at the power supply input of the power adaptation system described here, for protection of said lines and one or more resistance (of a value less than 100 W) of discharge that are installed to produce a controlled discharge of the voltage with which the intermediate bus (OC Link) buses are charged before a stop. In order to absorb possible voltage peaks that may occur, a series of voltage arresters (or surge protectors) are included in a system configuration.
Finalmente y pare el correcto funcionamiento del sistema, éste dispone de un subsistema de refrigeración por agua que se ha diseñado teniendo en cuenta que la potencia térmica disipada del equipo se maximice en el circuito de refrigeración , de forma que se minimiza las pérdidas térmicas que se disipan al ambiente del vehículo, como puede ser un submarino con un entorno muy específico. El circuito de refrigeración está formado por un circuito de agua que se divide en ramas en paralelo, que junto con válvulas de aguja en la entrada de cada rama se consigue un reparto lo más uniforme posible entre las bobinas y los disipadores de agua de los semiconductores y se encuentra controlado mediante sondas de temperatura NTC y PTC en diversos puntos; cabe la posibilidad de incluir adicionalmente un caudalímetro para controlar que el nivel de flujo de agua es correcto. El subsistema de refrigeración se complementa con un circuito de ventilación formado por dos circuitos de aire que consiguen evitar los posibles condensaciones tanto en la entrada como en la salida, manteniendo el grado IP especificado del equipo. Para controlar el funcionamiento de los ventiladores, y así evitar posibles condensaciones se prevé instalar un higrostato operativo de tal forma que los ventiladores operan en función de los datos referidos a humedad determinados, es decir cuando exista un nivel de humedad determinado que se encuentre por encima de un valor umbral de humedad predeterminado. Finally and stop the correct functioning of the system, it has a water cooling subsystem that has been designed taking into account that the dissipated thermal power of the equipment is maximized in the cooling circuit, so that the thermal losses that are minimized are minimized. dissipate to the environment of the vehicle, such as a submarine with a very specific environment. The cooling circuit is formed by a water circuit that is divided into parallel branches, which together with needle valves at the entrance of each branch achieves a distribution as uniform as possible between the coils and the water sinks of the semiconductors and is controlled by NTC and PTC temperature probes at various points; It is possible to additionally include a flowmeter to check that the water flow level is correct. The cooling subsystem is complemented by a ventilation circuit formed by two air circuits that prevent possible condensation at both the entrance and the exit, maintaining the specified IP degree of the equipment. To control the operation of the fans, and thus avoid possible condensation, it is planned to install an operating hygrostat in such a way that the fans operate based on the determined humidity data, that is to say when there is a certain humidity level that is above of a predetermined humidity threshold value.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical implementation thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:
Figura 1.-Muestra una vista de un diagrama esquemático general del sistema objeto de la invención. Figure 1.- Shows a view of a general schematic diagram of the system object of the invention.
Figura 2.-Muestra una vista de un diagrama esquemático general de la rama intermedio del sistema objeto de la invención. Figure 2.- Shows a view of a general schematic diagram of the intermediate branch of the system object of the invention.
Figura 3.-Muestra una vista de un diagrama esquemático de la rama de entrada del sistema objeto de la invención. Figure 3.- Shows a view of a schematic diagram of the input branch of the system object of the invention.
A la vista de las figuras se describe a continuación un modo de realización preferente del sistema objeto de esta invención. In view of the figures, a preferred embodiment of the system object of this invention is described below.
Tal y como se presenta en la Figura 1, donde se aprecia un esquema de circuito general del sistema aquí descrito, en este ejemplo de realización se implementa un sistema de adecuación de potencia adaptado a una planta AIP con pila de combustible para un submarino, el sistema es capaz de adecuar la energía eléctrica de un sistema de al menos una pila de combustible a un bus de potencia en continuo, sin necesidad de un paso intermedio a corriente alterna, con una alta eficiencia. Para ello el sistema actúa como un convertidor OC/OC formado por múltiples entradas y una salida y puede tener tantas entradas como conexiones a salidas de pilas de combustible se necesiten. As presented in Figure 1, where a general circuit scheme of the system described here can be seen, in this exemplary embodiment a power adaptation system adapted to an AIP plant with a fuel cell for a submarine is implemented, the The system is capable of adapting the electrical energy of a system of at least one fuel cell to a continuous power bus, without the need for an intermediate passage to alternating current, with high efficiency. For this, the system acts as an OC / OC converter consisting of multiple inputs and one output and can have as many inputs as connections to fuel cell outputs are needed.
Tal y como se representa en la figura 2 donde se puede apreciar una parte elevadora del sistema, se ve que ésta comprende al menos dos elevadores conmutando en antiparalelo, de forma que su modulación PWM está desfasada 180º. Con esto se consigue minimizar las dimensiones de los componentes ya que la corriente que circula por cada una de las ramas de los elevadores es la mitad, y además, se disminuye el rizado. As shown in Figure 2, where a lifting part of the system can be seen, it is seen that it comprises at least two elevators switching in antiparallel, so that its PWM modulation is 180 ° out of phase. With this it is possible to minimize the dimensions of the components since the current flowing through each of the branches of the elevators is half, and in addition, the curling is reduced.
El bus intermedio del equipo Bus intermedio (OC Link) es el encargado de almacenar energía y de establecer una tensión constante para tener una etapa de desacoplo de parámetros eléctricos entre la parte elevadora y la parte de adecuación de potencia. Este Bus intermedio (OC Link) es un condensador de alta capacidad, que permite funcionar como bus de almacenamiento de energía cuando el sistema funcione de forma bidireccional, absorbiendo energía del bus de potencia del Submarino. Si existe la necesidad de almacenar más potencia de la capacidad del Bus intermedio (OC Link), existe la posibilidad de conectarle unos elementos que actúen como almacenamiento de energía tales como baterías, condensadores o supercondensadores de forma que aumente su capacidad de almacenamiento. The intermediate bus of the Intermediate Bus (OC Link) equipment is responsible for storing energy and establishing a constant voltage to have an electrical parameter decoupling stage between the lifting part and the power matching part. This Intermediate Bus (OC Link) is a high capacity capacitor, which allows it to function as an energy storage bus when the system operates bidirectionally, absorbing energy from the Submarine's power bus. If there is a need to store more power of the intermediate bus capacity (OC Link), there is the possibility of connecting some elements that act as energy storage such as batteries, capacitors or supercapacitors so as to increase their storage capacity.
La etapa de adecuación de potencia está formada por un puente H en cada rama consiguiendo así minimizar el rizado de la corriente a la salida. Los puentes H de cada rama tienen modulaciones PWM que están desfasadas, este desfase corresponde a una división de los posibles ángulos entre el número de ramas, es decir 360/n donde n es el número de ramas, en esta realización preferente al ser dos ramas los puentes H de cada rama tiene modulaciones PWM que se encuentran desfasadas 120º. Esta etapa de adecuación de potencia en los arranques funciona como topología elevadora de forma que se realiza una carga del bus intermedio absorbiendo corriente del bus de potencia del submarino. The power adaptation stage is formed by a bridge H on each branch thus minimizing the curling of the current at the output. The bridges H of each branch have PWM modulations that are outdated, this offset corresponds to a division of the possible angles between the number of branches, that is 360 / n where n is the number of branches, in this preferred embodiment being two branches The H bridges of each branch have PWM modulations that are 120º out of phase. This stage of adequacy of power at startups functions as a lifting topology so that an intermediate bus is charged by absorbing current from the submarine's power bus.
En la salida de potencia se encuentra ubicada una bobina que permite además de filtrar la corriente de salida, que sea posible que el puente H junto con la bobina funcione como elevador. In the power output a coil is located that allows besides filtering the output current, that it is possible for the bridge H together with the coil to function as an elevator.
Tal y como se observa en la figura 3 en una posible realización del sistema éste comprende al menos un primer filtro tipo EMI ubicado en cada entrada, filtro EMI destinado a amortiguar armónicos de alta frecuencia, asimismo adicionalmente comprende al menos un segundo filtro tipo EMI ubicado en la salida de potencia destinado a amortiguar armónicos de alta frecuencia. Los filtros EM I amortiguan las emisiones electromagnéticas de alta frecuencia y el condensador de salida amortigua la baja frecuencia, asimismo dichos filtros EMI comprenden una conexión débil a tierra eléctrica para evitar que se formen recirculaciones por tierra. As seen in Figure 3 in a possible embodiment of the system, this comprises at least one first EMI type filter located at each input, EMI filter intended to dampen high frequency harmonics, also additionally comprises at least a second EMI type filter located at the power output intended to dampen high frequency harmonics. The EM I filters dampen the high frequency electromagnetic emissions and the output capacitor dampens the low frequency, also said EMI filters comprise a weak connection to the electrical ground to prevent recirculation from forming on the ground.
En una realización alternativa del sistema aquí descrito, éste se equipa con al menos un condensador de salida ubicado en la salida de potencia destinado a amortiguar armónicos a bajas frecuencias, para esta realización el condensador de salida tiene preferentemente una capacidad de 100 Y 300 microF. In an alternative embodiment of the system described herein, it is equipped with at least one output capacitor located at the power output intended to dampen harmonics at low frequencies, for this embodiment the output capacitor preferably has a capacity of 100 and 300 microF.
Dada la naturaleza del sistema aquí descrito se prevé la utilización del mismo en distintas aplicaciones tales como su uso para adaptar la potencia de una planta anaeróbica de generación de energía a un bus de potencia de un vehículo, como puede ser un vehículo marítimo y más concretamente un submarino. Given the nature of the system described here, it is planned to use it in different applications such as its use to adapt the power of an anaerobic power generation plant to a power bus of a vehicle, such as a maritime vehicle and more specifically a submarine
Claims (13)
- 2. 2.
- Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque el puente H comprende modulaciones desfasadas en un ángulo igual a 360º/n donde n es el número de ramas. System according to claim 1 characterized in that the bridge H comprises outdated modulations at an angle equal to 360 ° / n where n is the number of branches.
- 3. 3.
- Sistema según reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque los elevadores se encuentran conmutados en antiparalelo. System according to claim 1 or 2 characterized in that the elevators are switched in antiparallel.
- 4. Four.
- Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque el Bus intermedio (OC Link) adicionalmente comprende al menos un elemento destinado a aumentar la capacidad de almacenamiento. System according to claim 1 characterized in that the intermediate bus (OC Link) additionally comprises at least one element intended to increase the storage capacity.
- 5. 5.
- Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque adicionalmente comprende al menos un primer filtro tipo EM I ubicado en cada entrada, filtro EM I destinado a amortiguar armónicos de alta frecuencia System according to any one of the preceding claims characterized in that it additionally comprises at least a first EM type filter located at each input, EM I filter intended to dampen high frequency harmonics
- 6. 6.
- Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque adicionalmente comprende al menos un segundo filtro tipo EMI ubicado en la salida de potencia, filtro EM I destinado a amortiguar armónicos de alta frecuencia. System according to any one of the preceding claims characterized in that it additionally comprises at least a second EMI type filter located in the power output, EM I filter intended to dampen high frequency harmonics.
- 7. 7.
- Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque adicionalmente comprende al menos un condensador de salida ubicado en la salida de potencia destinado a amortiguar armónicos a bajas frecuencias. System according to any one of the preceding claims characterized in that it additionally comprises at least one output capacitor located at the power output intended to dampen harmonics at low frequencies.
- 8. 8.
- Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque comprende un circuito paralelo, donde dicho circuito paralelo es un circuito de precarga que permite elevar la tensión del Bus intermedio (OC Link) hasta una tensión igual que la del bus de potencia y está destinado a llevar una corriente que se extrae del bus de potencia del vehículo hacia el almacenamiento intermedio comprendido en el Bus intermedio (OC Link). System according to claim 1 characterized in that it comprises a parallel circuit, wherein said parallel circuit is a preload circuit that allows the intermediate bus (OC Link) to be raised to a voltage equal to that of the power bus and is intended to carry a current that it is extracted from the vehicle's power bus to the intermediate storage included in the Intermediate Bus (OC Link).
- 9. 9.
- Sistema según reivindicación 5 ó 6 caracterizado porque el filtro EMI comprende una conexión débil a tierra eléctrica para evitar que se formen recirculaciones por tierra System according to claim 5 or 6, characterized in that the EMI filter comprises a weak connection to electrical ground to prevent recirculation from forming on the ground
- 10. 10.
- Uso del sistema descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 para adaptar la potencia de una planta anaeróbica de generación de energía a un bus de potencia de un vehículo. Use of the system described in any one of claims 1 to 9 to adapt the power of an anaerobic power generation plant to a power bus of a vehicle.
- 11. eleven.
- Uso según reivindicación 10 donde el vehículo es un vehículo marítimo. Use according to claim 10 wherein the vehicle is a maritime vehicle.
- 12. 12.
- Uso según reivindicación 11 donde el vehículo es un submarino. Use according to claim 11 wherein the vehicle is a submarine.
- Categoría Category
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas 56 Documents cited Claims Affected
- X X
- EP 2407339 A1 (VALEO SYS CONTROLE MOTEUR SAS) 18.01.2012, columna 1, línea 5 – columna 5, línea 30; figura 8. 1-12 EP 2407339 A1 (VALEO SYS CONTROLE MOTEUR SAS) 18.01.2012, column 1, line 5 - column 5, line 30; figure 8. 1-12
- X X
- ALIREZA NAMI y FIRUZ ZARE: "Energías Renovables"; Capítulo 15: "Multilevel converters in renewable energy systems"; Queensland Universidad de Tecnología, Escuela de Sistemas de Ingeniería; Libro editado por T J Hammons, ISBN 978-953-7619-52-7, Publicado: 01.12.2009; DOI: 10.5772/7365. 1-12 ALIREZA NAMI and FIRUZ ZARE: "Renewable Energies"; Chapter 15: "Multilevel converters in renewable energy systems"; Queensland University of Technology, School of Engineering Systems; Book edited by T J Hammons, ISBN 978-953-7619-52-7, Published: 01.12.2009; DOI: 10.5772 / 7365. 1-12
- X X
- US 2012262437 A1 (KELLER THOMAS et al.) 18.10.2012, resumen; figura 3. US 2012262437 A1 (KELLER THOMAS et al.) 18.10.2012, summary; figure 3.
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims □ for claims no:
- Fecha de realización del informe 08.11.2013 Date of realization of the report 08.11.2013
- Examinador B. Pérez García Página 1/5 Examiner B. Pérez García Page 1/5
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-12 SI NO Claims Claims 1-12 IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-12 SI NO Claims Claims 1-12 IF NOT
- Documento Document
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
- D01 D01
- EP 2407339 A1 (VALEO SYS CONTROLE MOTEUR SAS) 18.01.2012 EP 2407339 A1 (VALEO SYS CONTROLE MOTEUR SAS) 18.01.2012
- D02 D02
- ALIREZA NAMI y FIRUZ ZARE: "Energías Renovables"; Capítulo 15: "Multilevel converters in renewable energy systems" 01.12.2009 ALIREZA NAMI and FIRUZ ZARE: "Renewable Energies"; Chapter 15: "Multilevel converters in renewable energy systems" 01.12.2009
- D03 D03
- US 2012262437 A1 (KELLER THOMAS et al.) 18.10.2012 US 2012262437 A1 (KELLER THOMAS et al.) 18.10.2012
- --
- al menos una pila de combustible (referencia 1 en D01; columna 2, línea 53) encargada de generar potencia, at least one fuel cell (reference 1 in D01; column 2, line 53) responsible for generating power,
- --
- al menos una salida de potencia y un número de entradas igual a un número de salidas de la pila de combustible, at least one power output and a number of inputs equal to a number of fuel cell outputs,
- --
- un sistema de adecuación de potencia caracterizado porque comprende: a power matching system characterized in that it comprises:
- o al menos un bloque elevador (circuito boost 11; columna 1, líneas 49-54)), encargado de elevar la tensión desde las condiciones de salida de la pila de combustible hasta una tensión constante del bus interno; or at least one lifting block (boost circuit 11; column 1, lines 49-54)), responsible for raising the voltage from the fuel cell output conditions to a constant internal bus voltage;
- o al menos un bus intermedio conectado a continuación del bloque elevador (salida del boost 11), que comprende al menos un condensador de alta capacidad (supercondensador 27; columna 4, líneas 31-32) y donde el bus intermedio está encargado de almacenar energía y establecer una tensión constante sirviendo como medio de desacoplo de parámetros eléctricos; or at least one intermediate bus connected next to the elevator block (boost 11 output), comprising at least one high capacity capacitor (supercapacitor 27; column 4, lines 31-32) and where the intermediate bus is responsible for storing energy and establish a constant voltage serving as a means of decoupling electrical parameters;
- o al menos un bloque de adecuación de potencia (inversor 3) conectado a continuación del bus intermedio que comprende al menos una rama que a su vez dispone de un puente H con modulaciones (ver figura 8), donde el bloque de potencia está encargado de convertir potencia proveniente del bus intermedio hasta un bus de potencia. or at least one power adaptation block (inverter 3) connected next to the intermediate bus comprising at least one branch which in turn has an H bridge with modulations (see figure 8), where the power block is responsible for convert power from the intermediate bus to a power bus.
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-
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US20120262437A1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-10-18 | Texas Instruments Deutschland Gmbh | Power supply unit and a method for operating the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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ALIREZA NAMI y FIRUZ ZARE: "Energías Renovables"; Capítulo 15: "Multilevel converters in renewable energy systems"; Queensland Universidad de Tecnología, Escuela de Sistemas de Ingeniería; Libro editado por T J Hammons, ISBN 978-953-7619-52-7, Publicado: 01/12/2009; DOI: 10.5772/7365. * |
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