[发明专利]一种高压脉冲电容充电装置

说明书

一种高压脉冲电容充电装置，包括电池及充电单元、整流电源和连接开关，电池及充电单元包括依次串联的储能电感和n个电池及充电模块，串联结构的两端连接整流电源的输出电压；电池及充电模块包括并联的电池模块和双向DC/DC模块，n个电池及充电模块中的双向DC/DC模块与储能电感构成级联双向DC/DC；电池及充电单元两端电压通过连接开关加在脉冲电容上，当连接开关断开时由级联双向DC/DC控制整流电源向电池模块充电，当连接开关闭合时由级联双向DC/DC控制电池模块向脉冲电容充电。本发明将电池充电装置和脉冲电容充电装置由同一套电路完成，同时采用级联结构提高等效开关频率，具有高效率、低体积的效果。

技术领域

本发明属于电力电子装置领域，电磁弹射等场所需要高压脉冲功率，脉冲功率通常由高压脉冲电容器放电得到，本发明涉及一种高压脉冲电容充电装置，能够以高电压、大功率给高压脉充电容多次充电。

背景技术

电磁炮等电磁推进装置因为成本低、射程远、稳定性好等优势倍受关注。电磁推进装置工作时，需要在很短时内发出几十到几百兆焦的能量，从而产生巨大的驱动力，将发射体高速推出。为了减小外部供电电源的容量，通常采用供电电源+储能系统+脉充电容的三级电源结构。

一级电源通常是由外部电网或以发电车发出的交流电或直流电，在推进装置工作之前以较小功率给二级电源供电，将能量存储起来；二级电源通常是由电池、超导或飞轮等组成的具有储能功能的电源系统，在推进装置工作之前将储存的能量在很短时间内以高压、大功率给三级储能脉冲电容充电，为推进器驱动作好准备。三级电源由脉冲电容提供，在极短时间里给发射装置放出兆焦能量，从而产生巨大的推力。

为了保证推进装置具备短时多次发射的能力，二级电源储能系统完成给三级储能脉冲电容一次充电时间通常只有几秒钟，充电功率达数MW；同时二级储能系统储存的能量要满足推进系统多次发射的要求，二次储能系统储存总能量是脉冲电容储存能量的数倍。

给推进系统供电的脉冲电容额定电压通常是几千伏，因此，储能系统及其充放电装置属于高电压、大功率设备。因为电压高，储能系统储能电池要用多个电池模块串联而成，储能电池系统与脉冲电容间采用高压、大功率充电装置连接。

图1所示的是现有脉冲电容充电装置结构图。给脉冲电容充电时，串联开并K11-Kn1合上，1#电池模块-n#电池模块串联成数千伏的高压直流电压，通过电容充电装置由电池给脉冲电容充电。

在给脉冲电容充电前，必须先给电池充电，让电池储满能量。为了降低电池充电装置的电压等级，通常采用给每个电池模块单独充电的方式给电池充电，充电装置结构如图2所示。图2中，1#电池模块-n#电池模块分别通过开关K11、K12—K1n、K2n与电池充电装置相连，依次完成充电过程。电池充电完成后，通过开关切换使1#电池模块-n#电池模块切换到如图1所示串联结构，为脉冲电容充电作好准备。这种方案存在如下问题：

其一、储能电池在充电时的电路与其给脉冲电容充电时的电路是两个不同电路，两个电路要用多个开关切换才能完成工况转换，切换时间较长(据了解需要30分钟左右)；

其二、电池充电装置和脉冲电容充电装置是两套独立系统，增加了系统体积、重量和成本，不利于系统小型化。

发明内容

针对上述传统的脉冲电容充电装置存在的开关切换复杂、电池充电和放电是两套独立系统的不足之处，本发明提出一种高压脉冲电容充电装置，利用电池储能作二次储能电源系统给脉冲电容的充电，电池充电和脉冲电容充电由同一套电路完成，电池充电和脉冲电容充电这两种工作状态切换只需要通过控制模式改变即可实现，无需复杂的开关转换。本发明提出的充电装置节约了系统整备时间，提高了效率；减小了系统的重量和体积，提高了系统的机动性。

本发明的技术方案为：

一种高压脉冲电容充电装置，包括电池及充电单元、整流电源和连接开关，