CN110336089A - 宽电压等级蓄电池组放电负载装置及其控制组合方法 - Google Patents

宽电压等级蓄电池组放电负载装置及其控制组合方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽电压等级蓄电池组放电负载装置及其控制组合方法，包括多根合金电阻排、功率继电器切换电路和放电电流实现模块；功率继电器切换电路用于切换并组合各合金电阻排，控制各合金电阻排的连接方式，使多根合金电阻组成不同电压等级范围的放电负载；放电电流实现模块用于实现不同电压等级放电负载所需的放电电流或放电功率；功率继电器切换电路由多个功率继电器组成；每个合金电阻排与不同功率继电器连接。通过控制各功率继电器的常闭触点和常开触点的闭合与断开，实现各合金电阻排的不同组合方式，实现不同电压范围的蓄电池组放电负载，解决了现有蓄电池组放电负载装置兼容的电压等级窄，造成维护成本高、维护人员劳动强度大的问题。

Description

宽电压等级蓄电池组放电负载装置及其控制组合方法
技术领域
本发明属于蓄电池放电检测及维护领域，涉及一种适用于0~480V电压等级的宽电压等级蓄电池组放电负载装置及其控制组合方法。
背景技术
目前运营商、电力、铁路、蓄电池生产企业或其他重要行业都备有应急后备电源，其具备各种电压等级的蓄电池组(如12V、24V、36V、48V、72V、110V、220V、380V、450V等)，每年都要按照相应维护规程定期对其进行日常维护、容量检测以及后备电源带载能力检验等。因此蓄电池放电设备或各种仪表成为本行业必备的运行维护测量测试设备和装置，各种电压等级的蓄电池智能放电设备应运而生。然而目前市场上的大多属于单一电压等级技术形态产品或装置，或仅能满足2~3种电压等级蓄电池组放电产品，完全不能满足当前后备电源蓄电池组的维护需求。客户为了应对更多电压等级（如12V、24V、36V、48V、72V、110V、220V、380V、450V等）蓄电池组，需要购买多款电压等级蓄电池放电检测设备或仪器，严重增加企业运行维护成本。为满足不同电压等级蓄电池组的日常维护、定期检测，需要频繁调配各种电压等级的蓄电池检测设备，增大了维护人员的劳动强度。为此，用户迫切需要一款适用于宽电压范围蓄电池放电设备或装置，只需要一台设备就可以满足多种电压等级的蓄电池组运行维护管理及检测服务，大大节约购买多种设备的资金，而且方便使用，智能化程度高，为实现此需求，首先需要设计一款能适用于宽电压范围蓄电池放电负载装置。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种宽电压等级蓄电池组放电负载装置，以解决现有技术中蓄电池组放电负载装置兼容的电压等级窄，造成各种等级的蓄电池组维护、检测需要采用多种电压等级蓄电池组放电检测设备，使得运行维护成本高、维护人员劳动强度大的问题。
本发明的另一目的在于，提供一种宽电压等级蓄电池组放电负载装置的控制组合方法，对宽电压等级蓄电池组放电负载装置进行相应控制，实现不同电压等级的蓄电池组的维护、检测需求。
本发明所采用的技术方案是，宽电压等级蓄电池组放电负载装置，包括多根合金电阻排、功率继电器切换电路和放电电流实现模块；
所述多根合金电阻排用于组成不同电压等级范围的蓄电池组放电负载；
所述功率继电器切换电路用于切换并组合各合金电阻排，控制各合金电阻排的连接方式，使其组成不同电压等级范围的放电负载；
所述放电电流实现模块用于实现不同电压等级放电负载所需的放电电流或放电功率。
进一步的，所述功率继电器切换电路由多个功率继电器组成；所述每个合金电阻排与不同功率继电器连接；所述功率继电器切换电路经放电电流实现模块与蓄电池组连接；
所述放电电流实现模块采用IGBT模块或MOSFET模块，所述MOSFET模块的漏极对应IGBT模块的集电极，其源极对应IGBT模块的发射极，其栅极对应IGBT模块的栅极；
所述合金电阻排分层设置在一个合金电阻箱中，最底层合金电阻排和最顶层合金电阻排与至少两个功率继电器通过其触点连接；其余合金电阻排即位于最底层和最顶层之间的合金电阻排，与至少三个功率继电器通过其触点连接。
进一步的，所述最底层合金电阻排，其一端与蓄电池组一端连接、另一端经一功率继电器与IGBT模块的集电极连接，IGBT模块的发射极与蓄电池组另一端连接；
所述最底层合金电阻排和所述与其相连的功率继电器的常开触点与常闭触点的公共端连接，该功率继电器的常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接，常开触点另一端与最底层合金电阻排上层的合金电阻排连接；或该功率继电器的常开触点另一端与IGBT模块的集电极连接，常闭触点另一端与最底层合金电阻排上层的合金电阻排连接；
所述位于最底层与最顶层之间的合金电阻排，其一端分成两路：一路和与该合金电阻排下层的合金电阻排以及IGBT模块连接的功率继电器连接，且连接该功率继电器常开触点另一端或常闭触点另一端，另一路经另一功率继电器的常开触点与蓄电池组一端连接；其另一端经又一功率继电器，与IGBT模块的集电极连接；
所述位于最底层与最顶层之间的合金电阻排连接所述又一功率继电器的常闭触点与常开触点的公共端；该又一功率继电器的常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接，常开触点另一端与位于该合金电阻排上层的合金电阻排一端连接；或该又一功率继电器的常开触点另一端与IGBT模块的集电极连接，常闭触点另一端与位于该合金电阻排上层的合金电阻排一端连接；
所述最顶层合金电阻排，其一端分两路连接：一路经再一功率继电器的常开触点与蓄电池组一端连接，另一路和与该合金电阻排下层的合金电阻排以及IGBT模块连接的功率继电器连接，且连接该功率继电器的常开触点另一端或常闭触点另一端；其另一端连接IGBT模块的集电极。
进一步的，所述最底层合金电阻排，其一端与IGBT模块的发射极连接，IGBT模块的集电极与蓄电池组一端连接，最底层合金电阻排另一端经一功率继电器与蓄电池组另一端连接；
所述最底层合金电阻排和所述与其相连的功率继电器的常开触点与常闭触点的公共端连接；该功率继电器的常闭触点另一端与蓄电池组连接，常开触点另一端与最底层合金电阻排上层的合金电阻排连接；或该功率继电器的常开触点另一端与蓄电池组连接，常闭触点另一端与最底层合金电阻排上层的合金电阻排连接；
所述位于最底层与最顶层之间的合金电阻排，其一端分成两路：一路和与该合金电阻排下层的合金电阻排以及蓄电池组连接的功率继电器连接，且连接该功率继电器常开触点另一端或常闭触点另一端，另一路经另一功率继电器的常开触点与IGBT模块的发射极连接；其另一端经又一功率继电器与蓄电池组另一端连接；
所述位于最底层与最顶层之间的合金电阻排与所述又一功率继电器的常闭触点与常开触点的公共端连接；该又一功率继电器的常闭触点另一端与蓄电池组连接，常开触点另一端与位于该合金电阻排上层的合金电阻排连接；或该又一功率继电器的常开触点另一端与蓄电池组连接，常闭触点另一端与位于该合金电阻排上层的合金电阻排连接；
所述最顶层合金电阻排，其一端分两路连接：一路经再一功率继电器的常开触点与IGBT模块的发射极连接，另一路和与该合金电阻排下层的合金电阻排以及蓄电池组连接的功率继电器连接，且连接该功率继电器的常开触点另一端或常闭触点另一端；其另一端连接蓄电池组的另一端；
所述IGBT模块的栅极连接外部PWM控制信号。
进一步的，所述最底层合金电阻排经一个功率继电器的常开触点与蓄电池组连接。
进一步的，所述最底层合金电阻排经一个功率继电器的常开触点与IGBT模块的发射极连接。
进一步的，所述最顶层合金电阻排经一个功率继电器的常闭触点与IGBT模块的集电极或蓄电池组连接。
进一步的，所述合金电阻箱中设有第一合金电阻排、第二合金电阻排、第三合金电阻排、第四合金电阻排、第五合金电阻排和第六合金电阻排，第一合金电阻排~第六合金电阻排从下到上分六层设置；
所述功率继电器切换电路由第一功率继电器、第二功率继电器、第三功率继电器、第四功率继电器、第五功率继电器、第六功率继电器、第七功率继电器、第八功率继电器、第九功率继电器和第十功率继电器组成；
所述第一合金电阻排一端与蓄电池组的正极连接，另一端与第六功率继电器的常闭触点和常开触点的公共端连接，第六功率继电器常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接，IGBT模块的发射极连接蓄电池组负极，IGBT模块的栅极连接外部PWM控制信号；
所述第二合金电阻排的一端分为两路：一路经第一功率继电器的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第六功率继电器常开触点另一端连接；其另一端与第七功率继电器的常闭触点和常开触点的公共端连接，第七功率继电器常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第三合金电阻排的一端分为两路：一路经第二功率继电器的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第七功率继电器常开触点另一端连接；其另一端与第八功率继电器的常闭触点和常开触点的公共端连接，第八功率继电器常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第四合金电阻排的一端分为两路：一路经第三功率继电器的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第八功率继电器常开触点另一端连接；其另一端与第九功率继电器的常闭触点和常开触点的公共端连接，第九功率继电器常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第五合金电阻排的一端分为两路：一路经第四功率继电器的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第九功率继电器常开触点另一端连接；其另一端与第十功率继电器的常闭触点和常开触点的公共端连接，第十功率继电器常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第六合金电阻排的一端分为两路：一路经第五功率继电器的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第十功率继电器常开触点另一端连接；其另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第一合金电阻排~第六合金电阻排的电阻值均为0.9Ω，功率均为3.3KW。
本发明所采用的另一技术方案是，宽电压等级蓄电池组放电负载装置的控制组合方法，所述第一功率继电器~第五功率继电器的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排~第六合金电阻排并联，实现电压处于0~30V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为120A，并通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
进一步的，所述第一功率继电器~第五功率继电器中任意三个功率继电器的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排与常开触点吸合的三个功率继电器对应的合金电阻排并联，实现电压处于31~42V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为120A，并通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为流或放电功率；
所述第一功率继电器~第五功率继电器中任意两个功率继电器的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排与常开触点吸合的两个功率继电器对应的合金电阻排并联，实现电压处于43~60V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为120A，并通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率；
所述第二功率继电器、第四功率继电器的常开触点吸合，第六功率继电器常闭触点、第八功率继电器常闭触点和第十功率继电器常闭触点断开，同时第六功率继电器常开触点、第八功率继电器常开触点和第十功率继电器常开触点闭合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排与第二合金电阻排串联为一组，第三合金电阻排和第四合金电阻排串联为一组，第五合金电阻排和第六合金电阻排串联为一组，三组串联的合金电阻排再并联，实现电压处于61~149V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为120A，并通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率；
所述第三功率继电器的常开触点吸合，第六功率继电器常闭触点、第七功率继电器常闭触点、第九功率继电器常闭触点和第十功率继电器常闭触点断开，同时第六功率继电器常开触点、第七功率继电器常开触点、第九功率继电器常开触点、第十功率继电器常开触点闭合，其他继电器触点状态不变，第一合金电阻排、第二合金电阻排和第三合金电阻排串联为一组，第四合金电阻排、第五合金电阻排和第六合金电阻排串联为一组，两组串联的合金电阻排再并联，实现电压处于150~299V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流60A，外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率；
所述第六功率继电器常闭触点、第七功率继电器常闭触点、第八功率继电器常闭触点、第九功率继电器常闭触点、第十功率继电器常闭触点断开，同时第六功率继电器常开触点、第七功率继电器常开触点、第八功率继电器常开触点、第九功率继电器常开触点、第十功率继电器常开触点闭合，其他继电器触点状态不变，第一合金电阻排~第六合金电阻排串联连接，实现电压处于300~480V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为35A，外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
本发明的有益效果是，针对宽电压范围蓄电池放电仪，提供0~480V宽电压范围蓄电池组放电负载装置，该负载装置包括大功率合金电阻箱（六根合金电阻排）、功率继电器切换电路和大功率半导体IGBT模块。大功率合金电阻箱采用的航空合金电阻排，电热转换效率高，安全系数高，无污染、体积小、重量轻；功率继电器切换电路在外部控制电路控制下能快速切换，将部分或全部合金电阻排串/并联组合成相应电压等级蓄电池组所用到的合适电阻值，满足放电电流的需要。大功率半导体IGBT模块在外部控制电路提供的PWM信号控制下能快速实现恒流或恒功率放电的需要。大功率合金电阻箱、功率继电器切换电路和大功率半导体IGBT模块通过合适导线连接在一起形成负载装置，并配上相应控制组合方法，实现了0~480V范围内各电压等级蓄电池组放电的需要。解决了现有技术中蓄电池组放电负载装置兼容的电压等级窄，造成各种等级的蓄电池组维护、检测需要采用多种电压等级蓄电池组放电检测设备，使得运行维护成本高、维护人员劳动强度大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是宽电压范围蓄电池组放电负载装置的原理图。
图2是宽电压范围蓄电池组放电负载装置的另一原理图。
图3是0~30V电压范围放电时，宽电压范围蓄电池组放电负载装置工作原理图。
图4是31~42V电压范围放电时，宽电压范围蓄电池组放电负载装置工作原理图。
图5是43~60V电压范围放电时，宽电压范围蓄电池组放电负载装置工作原理图。
图6是61~149V电压范围放电时，宽电压范围蓄电池组放电负载装置工作原理图。
图7是150~299V电压范围放电时，宽电压范围蓄电池组放电负载装置工作原理图。
图8是300~480V电压范围放电时，宽电压范围蓄电池组放电负载装置工作原理图。
图9是IGBT模块元件管脚定义图。
图中，1.第一合金电阻排，2.第二合金电阻排，3.第三合金电阻排，4.第四合金电阻排，5.第五合金电阻排，6.第六合金电阻排，7.第一功率继电器，8.第二功率继电器，9.第三功率继电器，10.第四功率继电器，11.第五功率继电器，12.第六功率继电器，12-1.第六功率继电器常闭触点，12-2.第六功率继电器常开触点，13.第七功率继电器，13-1.第七功率继电器常闭触点，13-2.第七功率继电器常开触点，14.第八功率继电器，14-1.第八功率继电器常闭触点，14-2.第八功率继电器常开触点，15.第九功率继电器，15-1.第九功率继电器常闭触点，15-2.第九功率继电器常开触点，16.第十功率继电器，16-1.第十功率继电器常闭触点，16-2.第十功率继电器常开触点，17.放电电流实现模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
宽电压范围蓄电池组放电负载装置，如图1所示，由多根合金电阻排组成的合金电阻箱、多个功率继电器组成的功率继电器切换电路和放电电流实现模块17组成。所述功率继电器切换电路用于切换并组合合金电阻箱中各合金电阻排，实现不同电压等级；所述放电电流实现模块17用于实现不同电压等级所需的放电电流或放电功率。所述功率继电器切换电路经放电电流实现模块17与蓄电池组连接，所述合金电阻箱的各合金电阻排与功率继电器切换电路的功率继电器连接。
所述大功率合金电阻箱由第一合金电阻排1、第二合金电阻排2、第三合金电阻排3、第四合金电阻排4、第五合金电阻排5和第六合金电阻排6组成；所述功率继电器切换电路由第一功率继电器7、第二功率继电器8、第三功率继电器9、第四功率继电器10、第五功率继电器11、第六功率继电器12、第七功率继电器13、第八功率继电器14、第九功率继电器15和第十功率继电器16组成。第一合金电阻排1~第六合金电阻排6从下到上依次分六层安装。所述放电电流实现模块17采用IGBT模块或MOSFET模块，本实施例以IGBT模块为例，MOSFET模块的漏极对应与其类型相同（NPN或PNP）的IGBT模块的集电极，其源极对应IGBT模块的发射极，其栅极对应IGBT模块的栅极。
第一合金电阻排1的B1端与电源正极连接，第一合金电阻排1的B7端与第六功率继电器常闭触点12-1和第六功率继电器常开触点12-2的公共端连接，第六功率继电器常闭触点12-1另一端与IGBT模块的集电极连接，第六功率继电器常开触点12-2另一端与第二合金电阻排2的B2端连接；第二合金电阻排2的B2端与第一功率继电器7的常开触点一端连接，第一功率继电器7的常开触点另一端与电源正极连接，第二合金电阻排2的B8端与第七功率继电器常闭触点13-1和第七功率继电器常开触点13-2的公共端连接，第七功率继电器常闭触点13-1另一端与IGBT模块的集电极连接，第七功率继电器常开触点13-2另一端与第三合金电阻排3的B3端连接；第三合金电阻排3的B3端与第二功率继电器8的常开触点一端连接，第二功率继电器8的常开触点另一端与电源正极连接，第三合金电阻排3的B9端与第八功率继电器常闭触点14-1和第八功率继电器常开触点14-2的公共端连接，第八功率继电器常闭触点14-1另一端与IGBT模块的集电极连接，第八功率继电器常开触点14-2另一端与第四合金电阻排4的B4端连接；第四合金电阻排4的B4端与第三功率继电器9的常开触点一端连接，第四功率继电器10的常开触点另一端与电源正极连接，第四合金电阻排4的B10端与第九功率继电器常闭触点15-1和第九功率继电器常开触点15-2的公共端连接，第九功率继电器常闭触点15-1另一端与IGBT模块的集电极连接，第九功率继电器常开触点15-2另一端与第五合金电阻排5的B5端连接；第五合金电阻排5的B5端与第四功率继电器10的常开触点一端连接，第四功率继电器10的常开触点另一端与电源正极连接，第五合金电阻排5的B11端与第十功率继电器常闭触点16-1和第十功率继电器常开触点16-2的公共端连接，第十功率继电器常闭触点16-1另一端与IGBT模块的集电极连接，第十功率继电器常开触点16-2另一端与第六合金电阻排6的B6端连接；第六合金电阻排6的B6端与第五功率继电器11的常开触点一端连接，第五功率继电器11的常开触点另一端与电源正极连接，第六合金电阻排6的B12端与IGBT模块的集电极连接；IGBT模块的发射极与电源负极连接，IGBT模块的栅极与外部PWM控制信号连接，如图1所示，此时采用的是NPN型IGBT模块，当采用PNP型IGBT模块时，PNP型IGBT模块的发射极连接蓄电池组的正极，第一电阻排以及第一功率继电器7~第五功率继电器11连接蓄电池组的负极，以上所述IGBT模块管脚定义请见图9所示。
如图2所示，IGBT模块的连接关系可发生变化，即IGBT模块的集电极连接蓄电池组的正极，IGBT模块的发射极连接第一合金电阻排1，且IGBT模块的发射极经第一功率继电器7~第五功率继电器11一一对应连接第二合金电阻排2~第六合金电阻排6。第六合金电阻排另一端，以及第六功率继电器12~第十功率继电器16的常开触点一端或常闭触点一端均连接蓄电池组的负极，此时对应的IGBT模块为NPN型IGBT模块，当采用PNP型IGBT模块时，PNP型IGBT模块的发射极连接蓄电池组的负极，第六电阻排另一端，以及第六功率继电器12~第十功率继电器16的常开触点另一端或常闭触点另一端连接蓄电池组的正极。
本发明详细工作原理：所述具体实例设计参数为：0~30V，最大120A；31~42V，最大120A；43~60V，最大120A；61~149V，最大120A；150~299V，最大60A；300~480V，最大35A；第一合金电阻排1~第六合金电阻排6采用电阻值为0.9Ω、功率为3.3KW的合金电阻排。
本发明负载装置正极和负极间连接蓄电池组电压处于0~30V范围时，如图3所示，图右为图左的等效图，可控制第一功率继电器7、第二功率继电器8、第三功率继电器9、第四功率继电器10、第五功率继电器11的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排1、第二合金电阻排2、第三合金电阻排3、第四合金电阻排4、第五合金电阻排5和第六合金电阻排6并联连接，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
本发明负载装置正极和负极间连接蓄电池组电压处于31~42V范围时，如图4所示，图右为图左的等效图，可控制第一功率继电器7、第二功率继电器8、第三功率继电器9的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排1、第二合金电阻排2、第三合金电阻排3和第四合金电阻排4并联连接，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
本发明负载装置正极和负极间连接蓄电池组电压处于43~60V范围时，如图5所示，图右为图左的等效图，可控制第一功率继电器7、第二功率继电器8常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排1、第二合金电阻排2和第三合金电阻排3并联连接，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
本发明负载装置正极和负极间连接蓄电池组电压处于61~149V范围时，如图6所示，图右为图左的等效图，可控制第二功率继电器8、第四功率继电器10的常开触点吸合，控制第六功率继电器常闭触点12-1、第八功率继电器常闭触点14-1和第十功率继电器常闭触点16-1断开，同时第六功率继电器常开触点12-2、第八功率继电器常开触点14-2和第十功率继电器常开触点16-2闭合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排1与第二合金电阻排2串联为一组，第三合金电阻排3和第四合金电阻排4串联为一组，第五合金电阻排5和第六合金电阻排6串联为一组，串联的三组合金电阻排再并联连接，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
如图1所示，本发明第一合金电阻排1只能与第二合金电阻排2串联，第二合金电阻排2只能和第三合金电阻排3串联，即只有相邻的两个合金电阻排可以串联，间隔的均无法串联，若要求任意两个合金电阻排都能随意串联，则需要更多的继电器去控制，这样的装置要适应0~480V全电压范围工作，其控制过程极其复杂，而本发明的宽电压等级负载装置最简单、最经济、最易分析、最易控制。
本发明负载装置正极和负极间连接蓄电池组电压处于150~299V范围时，如图7所示，图右为图左的等效图，可控制第三功率继电器9常开触点吸合，控制第六功率继电器常闭触点12-1、第七功率继电器常闭触点13-1、第九功率继电器常闭触点15-1和第十功率继电器常闭触点16-1断开，同时第六功率继电器常开触点12-2、第七功率继电器常开触点13-2、第九功率继电器常开触点15-2、第十功率继电器常开触点16-2闭合，其他继电器触点状态不变，第一合金电阻排1、第二合金电阻排2和第三合金电阻排3串联为一组，第四合金电阻排4、第五合金电阻排5和第六合金电阻排6串联为一组，两组串联的合金电阻排再并联连接，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
本发明负载装置正极和负极间连接蓄电池组电压处于300~480V范围时，如图8所示，图右为图左的等效图，可控制第六功率继电器常闭触点12-1、第七功率继电器常闭触点13-1、第八功率继电器常闭触点14-1、第九功率继电器常闭触点15-1、第十功率继电器常闭触点16-1断开，同时第六功率继电器常开触点12-2、第七功率继电器常开触点13-2、第八功率继电器常开触点14-2、第九功率继电器常开触点15-2、第十功率继电器常开触点16-2闭合，其他继电器触点状态不变，第一合金电阻排1、第二合金电阻排2、第三合金电阻排3、第四合金电阻排4、第五合金电阻排5和第六合金电阻排6串联连接，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
另外，当控制使得五个合金电阻排串联时，实现电压处于180~400V范围（即：220V、240V、380V电池组）的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为35A，外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。当控制使得四个合金电阻排串联时，实现电压处于150~300V范围（即：220V电池组）的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为35A，外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
本发明大功率合金电阻箱的合金电阻排规划为6层，为了达到120A，设计每层电阻排至少能通过20A电流，阻值以常用蓄电池（组）24V为基础计算，其电压下限20V，可计算电阻R=20V/20A=1Ω，又因在电流大的情况下电阻值略有增大，故取合金电阻排阻值为0.9Ω，以保证在20V时也能满足120A的放电电流。功率计算：如图6所示，当电压为149V，放电电流达到120A时，计算总负载功率最高近18KW；如图7所示，当电压为299V，放电电流达到60A时，计算总负载功率最高近18KW；6层合金电阻排共同承担近18KW，每层合金电阻排功率为3KW。故本实例选用了0.9Ω/3.3KW的合金电阻排。
本发明总负载功率设定最大18KW，故电压升高，电流等级要相应降低，电压为0~149 V时设计放电电流为120A，电压为150~299V时设计放电电流为60A，电压为300~480V时设计放电电流为35A。在本发明的装置中，各电压等级范围所对应的放电电流大小可以任意配置。任意电流都可以通过外部PWM控制信号控制IGBT模块的导通占空比，实现所需的放电电流或放电功率。PWM控制原理属于电源设计、测试领域常用的基本知识。现以电压48V，实现50A放电电流为例来具体说明如何控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。见图4，三根合金电阻排并联作为48V放电负载，总电阻值为0.3Ω，实际试验中，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块的导通占空比，边采样放电电流边逐渐增加导通占空比（占空比为0.3125），改变加载在三根合金电阻排两端的电压（稳定后平均电压为15V），进而调节合金电阻排的放电电流（50A）或放电功率(2.4KW)。计算式：I=DU/R=0.3125*48/0.3=50(A)。此处D为导通占空比；U为本发明负载装置正极和负极间连接的蓄电池组电压；R为合金电阻排组合后的总电阻。
本实施例为了节约成本、提高工作效率，设计第一合金电阻排1的B1端和第六合金电阻排6的B12端都不需要接入功率继电器触点。所用功率继电器主要目的是，根据电压等级，切换并组合相应的合金电阻排，而第一合金电阻排1的B1端和第六合金电阻排6的B12端即使接入功率继电器触点，其触点也并不参与切换组合工作，故舍弃。
除去本发明图1所示的连接关系，也可以通过改变与合金电阻排连接的功率继电器的触点类型及触点的闭合顺序，即可以通过合金电阻排和功率继电器的其他连接方法，实现本发明的宽电压等级。如图4所示，本发明负载装置正极和负极间连接蓄电池组电压处于31~42V范围时，也可控制第一功率继电器7、第三功率继电器9、第四功率继电器10的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排1、第二合金电阻排2、第四合金电阻排4和第五合金电阻排5并联连接，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。或亦可控制第三功率继电器9、第四功率继电器10、第五功率继电器11的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排1、第四合金电阻排4、第五合金电阻排5和第六合金电阻排6并联连接，通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。还有其他几种组合方式，总之只要组合成4层合金电阻排并联即可。图5所示组合方式亦如此，只要组合成3层合金电阻排并联即可。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
需要说明的是，在本发明中，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。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.宽电压等级蓄电池组放电负载装置，其特征在于，包括多根合金电阻排、功率继电器切换电路和放电电流实现模块（17）；
所述多根合金电阻排用于组成不同电压等级范围的蓄电池组放电负载；
所述功率继电器切换电路用于切换并组合各合金电阻排，控制各合金电阻排的连接方式，使其组成不同电压等级范围的放电负载；
所述放电电流实现模块（17）用于实现不同电压等级放电负载所需的放电电流或放电功率。
2.根据权利要求1所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置，其特征在于，所述功率继电器切换电路由多个功率继电器组成；所述每个合金电阻排与不同功率继电器连接；
所述功率继电器切换电路经放电电流实现模块（17）与蓄电池组连接；
所述放电电流实现模块（17）采用IGBT模块或MOSFET模块，所述MOSFET模块的漏极对应IGBT模块的集电极，其源极对应IGBT模块的发射极，其栅极对应IGBT模块的栅极；
所述合金电阻排分层设置在一个合金电阻箱中，最底层合金电阻排和最顶层合金电阻排与至少两个功率继电器通过其触点连接；其余位于最底层和最顶层之间的合金电阻排，与至少三个功率继电器通过其触点连接。
3.根据权利要求2所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置，其特征在于，所述最底层合金电阻排，其一端与蓄电池组一端连接、另一端经一功率继电器与IGBT模块的集电极连接，IGBT模块的发射极与蓄电池组另一端连接；
所述最底层合金电阻排和所述与其相连的功率继电器的常开触点与常闭触点的公共端连接，该功率继电器的常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接，常开触点另一端与最底层合金电阻排上层的合金电阻排连接；或该功率继电器的常开触点另一端与IGBT模块的集电极连接，常闭触点另一端与最底层合金电阻排上层的合金电阻排连接；
所述位于最底层与最顶层之间的合金电阻排，其一端分成两路：一路和与该合金电阻排下层的合金电阻排以及IGBT模块连接的功率继电器连接，且连接该功率继电器常开触点另一端或常闭触点另一端，另一路经另一功率继电器的常开触点与蓄电池组一端连接；其另一端经又一功率继电器，与IGBT模块的集电极连接；
所述位于最底层与最顶层之间的合金电阻排连接所述又一功率继电器的常闭触点与常开触点的公共端；该又一功率继电器的常闭触点另一端与IGBT模块的集电极连接，常开触点另一端与位于该合金电阻排上层的合金电阻排一端连接；或该又一功率继电器的常开触点另一端与IGBT模块的集电极连接，常闭触点另一端与位于该合金电阻排上层的合金电阻排一端连接；
所述最顶层合金电阻排，其一端分两路连接：一路经再一功率继电器的常开触点与蓄电池组一端连接，另一路和与该合金电阻排下层的合金电阻排以及IGBT模块连接的功率继电器连接，且连接该功率继电器的常开触点另一端或常闭触点另一端；其另一端连接IGBT模块的集电极。
4.根据权利要求2所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置，其特征在于，所述最底层合金电阻排，其一端与IGBT模块的发射极连接，IGBT模块的集电极与蓄电池组一端连接，最底层合金电阻排另一端与蓄电池组另一端连接；
所述最底层合金电阻排和所述与其相连的功率继电器的常开触点与常闭触点的公共端连接；该功率继电器的常闭触点另一端与蓄电池组连接，常开触点另一端与最底层合金电阻排上层的合金电阻排连接；或该功率继电器的常开触点另一端与蓄电池组连接，常闭触点另一端与最底层合金电阻排上层的合金电阻排连接；
所述位于最底层与最顶层之间的合金电阻排，其一端分成两路：一路和与该合金电阻排下层的合金电阻排以及蓄电池连接的功率继电器连接，且连接该功率继电器常开触点另一端或常闭触点另一端，另一路经另一功率继电器的常开触点与IGBT模块的发射极连接；其另一端经又一功率继电器与蓄电池组另一端连接；
所述位于最底层与最顶层之间的合金电阻排与所述又一功率继电器的常闭触点与常开触点的公共端连接；该又一功率继电器的常闭触点另一端与蓄电池组连接，常开触点另一端与位于该合金电阻排上层的合金电阻排连接；或该又一功率继电器的常开触点另一端与蓄电池组连接，常闭触点另一端与位于该合金电阻排上层的合金电阻排连接；
所述最顶层合金电阻排，其一端分两路连接：一路经再一功率继电器的常开触点与IGBT模块的发射极连接，另一路和与该合金电阻排下层的合金电阻排以及蓄电池组连接的功率继电器连接，且连接该功率继电器的常开触点另一端或常闭触点另一端；其另一端连接蓄电池组的另一端；
所述IGBT模块的栅极连接外部PWM控制信号。
5.根据权利要求3所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置，其特征在于，所述最底层合金电阻排经一个功率继电器的常开触点与蓄电池组连接。
6.根据权利要求4所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置，其特征在于，所述最底层合金电阻排经一个功率继电器的常开触点与IGBT模块的发射极连接。
7.根据权利要求3、4、5或6所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置，其特征在于，所述最顶层合金电阻排经一个功率继电器的常闭触点与IGBT模块的集电极或蓄电池组连接。
8.根据权利要求7所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置，其特征在于，所述合金电阻箱中设有第一合金电阻排（1）、第二合金电阻排（2）、第三合金电阻排（3）、第四合金电阻排（4）、第五合金电阻排（5）和第六合金电阻排（6），第一合金电阻排（1）~第六合金电阻排（6）从下到上分六层设置；
所述功率继电器切换电路由第一功率继电器（7）、第二功率继电器（8）、第三功率继电器（9）、第四功率继电器（10）、第五功率继电器（11）、第六功率继电器（12）、第七功率继电器（13）、第八功率继电器（14）、第九功率继电器（15）和第十功率继电器（16）组成；
所述第一合金电阻排（1）一端与蓄电池组的正极连接，另一端与第六功率继电器（12）的常闭触点和常开触点的公共端连接，第六功率继电器常闭触点（12-1）另一端与IGBT模块的集电极连接，IGBT模块的发射极连接蓄电池组负极，IGBT模块的栅极连接外部PWM控制信号；
所述第二合金电阻排（2）的一端分为两路：一路经第一功率继电器（7）的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第六功率继电器常开触点（12-2）另一端连接；其另一端与第七功率继电器（13）的常闭触点和常开触点的公共端连接，第七功率继电器常闭触点（13-1）另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第三合金电阻排（3）的一端分为两路：一路经第二功率继电器（8）的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第七功率继电器常开触点（13-2）另一端连接；其另一端与第八功率继电器（14）的常闭触点和常开触点的公共端连接，第八功率继电器常闭触点（14-1）另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第四合金电阻排（4）的一端分为两路：一路经第三功率继电器（9）的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第八功率继电器常开触点（14-2）另一端连接；其另一端与第九功率继电器（15）的常闭触点和常开触点的公共端连接，第九功率继电器常闭触点（15-1）另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第五合金电阻排（5）的一端分为两路：一路经第四功率继电器（10）的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第九功率继电器常开触点（15-2）另一端连接；其另一端与第十功率继电器（16）的常闭触点和常开触点的公共端连接，第十功率继电器常闭触点（16-1）另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第六合金电阻排（6）的一端分为两路：一路经第五功率继电器（11）的常开触点与蓄电池组的正极连接，另一路与第十功率继电器常开触点（16-2）另一端连接；其另一端与IGBT模块的集电极连接；
所述第一合金电阻排（1）~第六合金电阻排（6）的电阻值均为0.9Ω，功率均为3.3KW。
9.如权利要求8所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置的控制组合方法，其特征在于，所述第一功率继电器（7）~第五功率继电器（11）的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排（1）~第六合金电阻排（6）并联，实现电压处于0~30V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为120A，并通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
10.根据权利要求9所述的宽电压等级蓄电池组放电负载装置的控制组合方法，其特征在于，所述第一功率继电器（7）~第五功率继电器（11）中任意三个功率继电器的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排（1）与常开触点吸合的三个功率继电器对应的合金电阻排并联，实现电压处于31~42V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为120A，并通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为流或放电功率；
所述第一功率继电器（7）~第五功率继电器（11）中任意两个功率继电器的常开触点吸合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排（1）与常开触点吸合的两个功率继电器对应的合金电阻排并联，实现电压处于43~60V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为120A，并通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率；
所述第二功率继电器（8）、第四功率继电器（10）的常开触点吸合，第六功率继电器常闭触点（12-1）、第八功率继电器常闭触点（14-1）和第十功率继电器常闭触点（16-1）断开，同时第六功率继电器常开触点（12-2）、第八功率继电器常开触点（14-2）和第十功率继电器常开触点（16-2）闭合，其他继电器的触点状态不变，第一合金电阻排（1）与第二合金电阻排（2）串联为一组，第三合金电阻排（3）和第四合金电阻排（4）串联为一组，第五合金电阻排（5）和第六合金电阻排（6）串联为一组，三组串联的合金电阻排再并联，实现电压处于61~149V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为120A，并通过外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率；
所述第三功率继电器（9）的常开触点吸合，第六功率继电器常闭触点（12-1）、第七功率继电器常闭触点（13-1）、第九功率继电器常闭触点（15-1）和第十功率继电器常闭触点（16-1）断开，同时第六功率继电器常开触点（12-2）、第七功率继电器常开触点（13-2）、第九功率继电器常开触点（15-2）、第十功率继电器常开触点（16-2）闭合，其他继电器触点状态不变，第一合金电阻排（1）、第二合金电阻排（2）和第三合金电阻排（3）串联为一组，第四合金电阻排（4）、第五合金电阻排（5）和第六合金电阻排（6）串联为一组，两组串联的合金电阻排再并联，实现电压处于150~299V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流60A，外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率；
所述第六功率继电器常闭触点（12-1）、第七功率继电器常闭触点（13-1）、第八功率继电器常闭触点（14-1）、第九功率继电器常闭触点（15-1）、第十功率继电器常闭触点（16-1）断开，同时第六功率继电器常开触点（12-2）、第七功率继电器常开触点（13-2）、第八功率继电器常开触点（14-2）、第九功率继电器常开触点（15-2）、第十功率继电器常开触点（16-2）闭合，其他继电器触点状态不变，第一合金电阻排（1）~第六合金电阻排（6）串联连接，实现电压处于300~480V范围的蓄电池组放电负载，其最大放电电流为35A，外部PWM控制信号控制IGBT模块，实现所需的放电电流或放电功率。
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