一种电容器放电电路的制作方法

本实用新型涉及电力储能技术领域，特别是涉及一种电容器放电电路。

背景技术：

随着电力系统的进步和发展，超级电容储能系统，作为一种新型储能系统，越来越广泛应用在光能发电、风力发电、新能源汽车和智能分布式电网等焦点领域。

超级电容储能系统一旦出现故障，在维修前，超级电容储能系统中的电容器需要进行放电处理，使得上述电容器的电压不高于安全电压。现有技术中，超级电容储能系统配备有放电开关和放电电阻，放电开关被闭合后，放电电阻会将电容器短接，形成放电电路对电容器进行放电，逐渐降低电容器的电压。

发明人在实现本实用新型的过程中发现，现有技术至少存在如下问题：放电电路开始对电容器进行放电时，由于电容器的电压较高，放电速度较快，但是随着电容器电压的降低，放电电流逐渐降低，放电速度变慢，导致电容器放电到安全电压所消耗的时间长，使得维修前等待时间长。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种电容器放电电路，以缩短电容器放电时间。具体技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种电容器放电电路，包括：第一电阻和至少一个放电电流增大子电路；

所述第一电阻的第一端用于与电容器的正极电连接，所述第一电阻的第二端用于与所述电容器的负极电连接；

所述放电电流增大子电路包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、电压比较器、通路控制器；其中，

所述第二电阻的一端用于与所述电容器的正极电连接，所述第二电阻的另一端与所述通路控制器的通路电流输入端电连接，所述通路控制器的通路电流输出端与所述电容器的负极电连接；

所述第三电阻的一端用于与所述电容器的正极电连接，所述第三电阻的另一端与所述电压比较器的控制端电连接；

所述第四电阻的一端与所述电压比较器的控制端电连接，所述第四电阻的另一端用于与所述电容器的负极电连接；

所述第五电阻的一端用于与所述电容器的正极电连接，所述第五电阻的另一端与所述电压比较器的阳极电连接；

所述第六电阻的一端与所述电压比较器的阳极电连接，所述第六电阻的另一端用于与所述电容器的负极电连接；

所述电压比较器的阳极与所述通路控制器的控制端电连接，所述电压比较器的阴极用于与所述电容器的负极电连接。

本实用新型的一种实现方式中，所述电压比较器为可控精密稳压源；

所述电压比较器的控制端为所述可控精密稳压源器件的参考极。

本实用新型的一种实现方式中，

所述可控精密稳压源为TL431集成电路。

本实用新型的一种实现方式中，所述通路控制器为N沟道耗尽型MOS管；

所述通路控制器的控制端为所述N沟道耗尽型MOS管的栅极；

所述通路控制器的通路电流输入端为所述N沟道耗尽型MOS管的漏极；

所述通路控制器的通路电流输出端为所述N沟道耗尽型MOS管的源极。

本实用新型的一种实现方式中，所述放电电流增大子电路还包括：电压保护器；

所述电压保护器的阳极与所述电压比较器的阳极电连接；

所述电压保护器的阴极与所述电压比较器的阴极电连接。

本实用新型的一种实现方式中，所述电压保护器为稳压二极管。

本实用新型的一种实现方式中，所述放电电路还包括：开关；

所述开关的一端用于与所述电容器的正极电连接，所述开关的另一端与所述第一电阻的第一端电连接；或者

所述开关的一端用于与与所述第一电阻的第二端电连接，所述开关的另一端用于与所述电容器的负极电连接。

本实用新型的一种实现方式中，

各个放电电流增大子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值不同。

本实用新型的一种实现方式中，

各个放电电流增大子电路中第二电阻的电阻值不同。

本实用新型的一种实现方式中，各个放电电流增大子电路中的任意两个子电路第一子电路和第二子电路满足以下条件：

若所述第一子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值大于所述第二子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值，则所述第一子电路中第二电阻的电阻值小于所述第二子电路中第二电阻的电阻值；

若所述第一子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值小于所述第二子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值，则所述第一子电路中第二电阻的电阻值大于所述第二子电路中第二电阻的电阻值。

本实用新型实施例提供的电容器放电电路，可以在对电容器放电过程中，利用电容器电压的下降，在放电电路中导通新的放电电阻与原放电电阻并联，能够在电容器电压下降后加大放电电流，提升放电速度，从而缩短将电容器放电到安全电压所消耗的总时间。在维修超级电容储能系统的应用场景中，应用本实用新型实施例提供的电容器放电电路，可以缩短维修前等待放电的时间，提高维修的效率。当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电容器放电电路的一种电路图；

图2为本实用新型实施例提供的电容器放电电路的另一种电路图；

图3为本实用新型实施例提供的具有两个放电电流增大子电路的一种电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有技术中的电容器放电电路将电容器放电到安全电压所消耗时间长的技术问题，本实用新型实施例提供了一种电容器放电电路，如图1所示，该电路包括：第一电阻R1和一个放电电流增大子电路S1。

第一电阻R1的第一端用于与电容器的正极电连接，第一电阻R1的第二端用于与电容器的负极电连接。

第一电阻是放电电路中的主要放电电阻，可以选用散热性能强的电阻作为第一电阻。第一电阻的电阻值需要参考待放电的电容器的规格和放电电路对于最大电流、最大电热功率的限制，例如，第一电阻的电阻值可以取值100欧姆、80欧姆、50欧姆等。

所放电的电容器，可以是单一电容，也可以是由多个元器件所组成的电容组。对于负极接地、正极作为电压输出端的电容系统，将电压输出端作为电容器的正极，将接地端作为电容器的负极；对于正极接地、负极作为电压输出端的电容系统，将电压输出端作为电容器的负极，将接地端作为电容器的正极。

放电电流增大子电路包括：第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、电压比较器U1、通路控制器Q1。

放电电流增大子电路用于在待放电的电容器经过一定时间的放电，电压下降到预设数值时，将第二电阻作为放电电阻导通，与第一电阻并联，从而达到增大放电电流的效果。

第二电阻R2的一端用于与电容器的正极电连接，第二电阻R2的另一端与通路控制器Q1的通路电流输入端电连接，通路控制器Q1的通路电流输出端与电容器的负极电连接。

第二电阻是放电电路中的次级放电电阻，也可以选用散热性能强的电阻作为第二电阻。次级放电电阻表示：在开始放电时不参与放电，在电压下降到满足开启次级放电电阻开启放电的条件后，与主要放电电阻并联并一起进行放电的电阻。本实用新型实施例通过将第二电阻与第一电阻并联的方式来加快放电速度，第二电阻的电阻值可以大于、小于或等于第一电阻的电阻值，例如，第二电阻的电阻值可以取值80欧姆、50欧姆、40欧姆等。

上述通路控制器包括：通路电流输入端、通路电流输出端和控制端。通路控制器为控制通路控制器自身的通路电流输入端和通路电流输出端之间通路的元器件或电路。在本实用新型实施例提供的电容器放电电路中，上述通路控制器控制着第二电阻的导通。

对于上述通路控制器，当通路电流输出端的电势加上预设电势差不低于控制端的电势时，通路控制器处于截止状态，即通路控制器的通路电流输入端和通路电流输出端之间有极大阻值，可以视为断路状态；当通路电流输出端的电势加上预设电势差低于控制端的电势时，通路控制器处于导通状态，即通路控制器的通路电流输入端和通路电流输出端之间有极小阻值，可以视为通路电流输入端和通路电流输出端之间被电连接。其中，预设电势差可以为3伏、4伏、5伏等，通路控制器可以是逻辑电路、继电器、单片机或MOS管等。

本实用新型的一种实现方式中，通路控制器为N沟道耗尽型MOS管，通路控制器的控制端为N沟道耗尽型MOS管的栅极，通路控制器的通路电流输入端为N沟道耗尽型MOS管的漏极，通路控制器的通路电流输出端为N沟道耗尽型MOS管的源极。

第三电阻R3的一端用于与电容器的正极电连接，第三电阻R3的另一端与电压比较器U1的控制端电连接；第四电阻R4的一端与电压比较器U1的控制端电连接，第四电阻R4的另一端用于与电容器的负极电连接。

第三电阻和第四电阻用于为电压比较器的控制端分压，可以选用电阻值比第一电阻的电阻值大的电阻作为第三电阻和第四电阻，例如，第三电阻的电阻值为38千欧，第四电阻的电阻值为2千欧。

第五电阻R5的一端用于与电容器的正极电连接，第五电阻R5的另一端与电压比较器U1的阳极电连接；第六电阻R6的一端与电压比较器U1的阳极电连接，第六电阻R6的另一端用于与电容器的负极电连接。

第五电阻和第六电阻用于为通路控制器的控制端分压，为了保护电压比较器，避免大电流流过电压比较器造成电路的损坏，可以选用电阻值比第一电阻的电阻值大的电阻作为第五电阻，为了分压，相应的，第六电阻的电阻值也可以比第一电阻的电阻值大，例如，第五电阻的电阻值为18千欧，第六电阻的电阻值为2千欧。

电压比较器U1的阳极与通路控制器Q1的控制端电连接，电压比较器U1的阴极用于与电容器的负极电连接。在本实用新型实施例提供的电容器放电电路中，上述电压比较器控制着通路控制器的导通。

上述电压比较器包括：控制端、阳极和阴极。如果电压比较器的控制端和阴极之间的电压高于电压比较器的导通电压，那么电压比较器导通，可以视作电压比较器的阳极和阴极之间被电连接；如果电压比较器的控制端和阴极之间的电压不高于电压比较器的导通电压，那么电压比较器截止，可以视作电压比较器的阳极和阴极之间为断路。其中，电压比较器的导通电压可以为2.5伏或3伏，电压比较器可以是逻辑电路、继电器、单片机或可控精密稳压源等。

本实用新型的一种实现方式中，电压比较器为可控精密稳压源，电压比较器的控制端为可控精密稳压源器件的参考极。具体的，可控精密稳压源可以为TL431集成电路。

开始放电时，第四电阻两端的电压较大，电压比较器控制端的电压较高，电压比较器处于导通状态，电压比较器的阳极和阴极将第六电阻短路，所以通路控制器的通路电流输出端的电势加上预设电势差不低于控制端的电势，通路控制器处于截止状态，第二电阻没有参与放电。在放电过程中，电容器两极之间的电压逐渐降低，使得第四电阻两端的电压下降，当第四电阻两端的电压不高于电压比较器的导通电压时，电压比较器截止，第六电阻不再被短路。第六电阻的分压使得通路控制器的通路电流输出端的电势加上预设电势差高于控制端的电势，通路控制器处于导通状态，第二电阻开始参与放电。

可以通过设定第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值，来设定第二电阻开始放电时电容器两极之间的电压。将上述电压记为U，则有：

其中，U1为电压比较器的导通电压，R3为第三电阻的电阻值，R4为第四电阻的电阻值。

本实用新型实施例提供的电容器放电电路，可以在对电容器放电过程中，利用电容器电压的下降，在放电电路中导通新的放电电阻与原放电电阻并联，能够在电容器电压下降后加大放电电流，提升放电速度，从而缩短将电容器放电到安全电压所消耗的总时间。在维修超级电容储能系统的应用场景中，应用本实用新型实施例提供的电容器放电电路，可以缩短维修前等待放电的时间，提高维修的效率。

发明人已经将本实用新型实施例提供的电容器放电电路多次应用在维修超级电容储能系统的应用场景中。多次试验表明，本实用新型实施例提供的电容器放电电路可靠性高，动作精准，经济性好，超级电容储能系统的放电时间由原本的30分钟左右降低到10分钟左右，提高了维修的效率。

本实用新型实施例还提供了电容器放电的另一种电路图，如图2所示，上述放电电流增大子电路中还包括电压保护器，电压保护器的阳极与电压比较器的阳极电连接，电压保护器的阴极与电压比较器的阴极电连接。

本实现方式中，电压保护器可以是稳压二极管、逻辑电路、单片机或空气开关等，用于限制通路控制器的控制端和通路电流输出端之间的电势差，保护通路控制器不被损坏。

本实用新型的一种实现方式中，上述放电电流增大子电路中还包括开关。开关的一端用于与电容器的正极电连接，开关的另一端与第一电阻的第一端电连接；或者开关的一端用于与与第一电阻的第二端电连接，开关的另一端用于与电容器的负极电连接。

对于包括多于一个放电电流增大子电路的本实用新型实施例，不同放电电流增大子电路的个各个元器件种类相同，连接关系相同，但是元器件的性能参数可以不同。本实用新型的一种实现方式中，各个放电电流增大子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值不同。

对于不同的放电电流增大子电路，第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值不同，所以第二电阻开始放电时电容器两极之间的电压也不同。这样使得并联在一起的多个放电电流增大子电路随着电容器电压的下降，先后开始将上述子电路中的第二电阻导通，从而实现总放电电阻可以随着电容器电压下降的进行多级调节。

例如：S1和S2的电压比较器导通电压均为2.5伏，S1中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值为19，S2中上述比值为15，那么S1开始导通第二电阻时，电容器两极之间的电压为50伏，S2开始导通第二电阻时，电容器两极之间的电压为40伏。

基于上述实现方式，本实用新型的一种实现方式中，各个放电电流增大子电路中第二电阻的电阻值可以不同。

随着电容器两极之间电压的不断降低，可以导通电阻值更低的电阻来加快放电速度。针对各个放电电流增大子电路，第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值越大，开始导通第二电阻时的电容器两极间电压越低。所以，本实用新型的一种实现方式中，各个放电电流增大子电路中的任意两个子电路第一子电路和第二子电路满足以下条件：

若第一子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值大于第二子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值，则第一子电路中第二电阻的电阻值小于第二子电路中第二电阻的电阻值；

若第一子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值小于第二子电路中第三电阻的电阻值与第四电阻的电阻值之间的比值，则第一子电路中第二电阻的电阻值大于第二子电路中第二电阻的电阻值。

本实用新型实施例还提供了具有两个放电电流增大子电路的一种电容器放电电路，如图3所示，该电路包括：第一电阻R1、开关K1和两个放电电流增大子电路S1、S2。

第一电阻R1的第一端用于与电容器的正极电连接，第一电阻R1的第二端用于与电容器的负极电连接，其中，R1为120欧姆；

放电电流增大子电路S1、S2包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、电压比较器、通路控制器、电压保护器；

第二电阻的一端用于与电容器的正极电连接，第二电阻的另一端与通路控制器的通路电流输入端电连接，通路控制器的通路电流输出端与电容器的负极电连接，其中，R12为100欧姆，R22为80欧姆，通路控制器Q11、Q21为N沟道耗尽型MOS管的栅极，预设电势差均为3伏；

第三电阻的一端用于与电容器的正极电连接，第三电阻的另一端与电压比较器的控制端电连接，其中，R13为38千欧，R23为30千欧；

第四电阻的一端与电压比较器的控制端电连接，第四电阻的另一端用于与电容器的负极电连接，其中，R14为2千欧，R24为2千欧；

第五电阻的一端用于与电容器的正极电连接，第五电阻的另一端与电压比较器的阳极电连接，其中，R15为30千欧，R25为30千欧；

第六电阻的一端与电压比较器的阳极电连接，第六电阻的另一端用于与电容器的负极电连接，其中，R16为5千欧，R26为5千欧；

电压比较器的阳极与通路控制器的控制端电连接，电压比较器的阴极用于与电容器的负极电连接，其中，电压比较器U11、U21均为TL431集成电路，导通电压为2.5伏。

电压保护器的阳极与电压比较器的阳极电连接，电压保护器的阴极与电压比较器的阴极电连接，其中电压保护器Z11、Z21均为稳压二极管，击穿电压为10伏。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。