一种运用降压buck电路的高压恒功率超级电容放电装置的制作方法

本发明涉及放电装置技术领域，具体涉及一种运用降压buck电路的高压恒功率超级电容放电装置。

背景技术：

随着超级电容储能系统在汽车行业与轨道交通行业的广泛运用，一种与储能系统配套使用的放电装置应运而生。超级电容储能系统在使用与检修时，考虑安全性与可操作性，特需一种便携简洁的放电装置。

而超级电容储能系统若通过普通的电阻进行放电，不仅放电时间较长，而且功率变化较大，其外表温度与出风口温度较高，容易造成安全事故。当针对高电压大容量的储能系统进行放电时，放电装置往往体积过大，重量较重，无法满足检修时的运输与携带。

综上所述，急需一种运用降压buck电路的高压恒功率超级电容放电装置以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种运用降压buck电路的高压恒功率超级电容放电装置，以解决现有技术中电容放电时间长，出风口温度高等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种运用降压buck电路的高压恒功率超级电容放电装置，包括外壳、风机、放电电阻、降压buck电路和主控制器；放电电阻与降压buck电路连接；主控制器与降压buck电路连接；风机用于放电电阻的散热；风机、放电电阻、降压buck电路和主控制器均设置在外壳内；

所述降压buck电路包括支撑吸收电阻和IGBT；支撑吸收电阻和IGBT并联；放电电阻与IGBT中的二极管并联；主控制器与支撑吸收电阻并联；支撑吸收电阻用于电压采集。

进一步地，所述降压buck电路还包括熔断器、接触器、二极管、电感和电流传感器；支撑吸收电阻依次经过熔断器、接触器与电源正极连接，支撑吸收电阻通过二极管与电源负极连接；放电电阻经电感和电流传感器与IGBT中的二极管并联。

进一步地，所述放电电阻包括多个电阻片；电阻片呈S形，在较小的空间内使电阻片的长度更长，电阻值更大，且散热面积也变大，散热效果更好；每片电阻片之间首尾相接串联在一起。

进一步地，所述电阻片采用不锈钢材料制作而成。

进一步地，所述风机的吹风方向与电阻片S形的空隙方向一致，能有效减小风阻，使热量从电阻中散发出去，使得保证重量轻与小体积的情况下，实现放电功率的最大化。

进一步地，所述外壳上设有控制面板，控制面板与主控制器连接，控制面板包括显示屏和操作按钮。

进一步地，所述外壳底部设有万向轮。

进一步地，本发明还包括外罩，外罩罩在外壳上，用于防护外壳内的元器件；外罩上设有把手。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明放电装置具有方便携带、功率高放电时间短，操作简单、可靠性好等优点，通过以IGBT为核心的Buck电路控制放电，将超级电容输入的高电压转化为恒定的电压，以达到放电电阻恒功率放电的目的。由放电电阻发热来进行放电，通过风扇吹风对放电电阻进行冷却，有效缩短了电容器的放电时间，降低了装置出风口的温度。

(2)本发明中，电阻片呈S形，在较小的空间内使电阻片的长度更长，电阻值更大，且散热面积也变大，提高了散热效果。

(3)本发明中，风机的吹风方向与电阻片S形的空隙方向一致，能有效减小风阻，使热量从电阻中散发出去，使得保证重量轻与小体积的情况下，实现放电功率的最大化。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是放电装置的爆炸图；

图2是放电装置的组装图；

图3是放电装置的电路原理图；

图4是降压buck电路的原理图；

图5是降压buck电路的波形图；

图6是放电电阻的结构示意图；

图7是图6的左视图；

图8是电阻带的俯视图；

其中，1、外壳，2、风机，3、放电电阻，4、外罩，5、显示屏，6、操作按钮，7、把手，8、万向轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

如图1～图8所示，一种运用降压buck电路的高压恒功率超级电容放电装置，包括外壳1、风机2、放电电阻3、降压buck电路、主控制器和外罩4；放电电阻3与降压buck电路连接；主控制器与降压buck电路连接；风机2用于放电电阻3的散热；风机2、放电电阻3、降压buck电路和主控制器均设置在外壳1内；

所述降压buck电路包括支撑吸收电阻、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、熔断器、接触器和二极管；支撑吸收电阻依次经过熔断器、接触器与电源正极连接，支撑吸收电阻通过二极管与电源负极连接；放电电阻3经电感和电流传感器与IGBT中的二极管并联；主控制器与支撑吸收电阻并联；支撑吸收电阻用于电压采集。

所述降压buck电路的工作原理如下：

降压buck电路(降压斩波电路)是直流斩波电路中的一种电路形式，是一种将变化的高电压值的直流电，转化为另一固定低电压或可调电压的电路。一般是指直流对直流的转化。斩波电路是核心组成部分，负责将输入电压转化为目标输出电压。例如：输入为DC1300V时，转化为输出DC480V。

降压斩波电路原理图及波形图如图4、图5所示，图4中V为全控型器件，选用IGBT；D为续流二极管。由图5中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD＝Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：

式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α＝ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。图中负载R即为本实施例中所述的放电电阻3。

所述放电电阻3包括多个采用不锈钢材料(06Cr19Ni10)制作的电阻片；电阻片呈S形，在较小的空间内使电阻片的长度更长，电阻值更大，且散热面积也变大，散热效果更好；每片电阻片之间首尾相接串联在一起，最后通过连接杆进行固定，同时使用云母板进行绝缘固定，组成单框的形式。放电装置的能量经放电电阻3发热的形式进行释放。

所述风机2的吹风方向与电阻片S形的空隙方向一致，即图7中箭头所示方向，能有效减小风阻，使热量从电阻中散发出去，使得保证重量轻与小体积的情况下，实现放电功率的最大化。

本发明装置的散热方式为强迫风冷，通过公式：Q＝Pt＝cmΔT＝c(ρqt)ΔT，

即P＝cρqΔT，其中，P为平均功率，c为空气比热，ρ为空气密度，△T为空气温升，Q为热量，t为时间、q为风量、m为质量。

本实施例以设计一款30KW的放电装置为例，环境温度为20℃时，空气比热c＝1kJ/(kg*K)，空气密度ρ＝1.205kg/m3，选择风量为0.53m³/s的风机2。其计算公式如下：

30kW＝1kJ/(kg*K)*1.205kg/m³*0.53m³/s*△T，得△T＝46.97K。其中，K表示温升。当环境温度为20℃的情况下出风温度仅为70度左右，在安全温度范围内。

所述外壳1上设有控制面板，控制面板与主控制器连接，控制面板包括显示屏5和操作按钮6，显示屏5为触摸屏，通过显示屏5可对放电过程进行实时监控，通过操作按钮6可以对放电装置的参数进行选择，包括放电功率、电流、时间等。

所述外壳1底部设有万向轮8。外罩4罩在外壳1上，用于防护外壳1内的元器件；外罩4上设有把手7。放电装置整体体型较小，重量不超过40KG，且具备万向轮8，可提可推，携带方便。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。