一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量方法及装置与流程

1.本发明涉及电容器测量技术领域，尤其涉及一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量方法及装置。


背景技术：

2.双电层超级电容模组典型的容量和电压是165f48v，在串并联成高压电容包的过程中，需要进行一致性测试。一致性测试主要是容量、内阻和自放电的测试，自放电是充满电静止24小时测电压下降即可，容量和内阻通常是用专门的设备进行测试，由于电容电压较高，容量大，内阻很小(只有几mω)，测量超级电容模组的容量和内阻通常是用专用设备。国产的大概十万元左右，进口的要几十万元，价格比较昂贵，对于低频次测量的用户不划算。因此需要一种双电层超级电容模组容量和内阻简便的测量方法，方便科研院所、中小企业等非超级电容厂家进行超级电容模组的测量。


技术实现要素：

3.为此，本发明实施例提供了一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量方法及装置，用于解决现有技术中双电层超级电容模组容量和内阻的测试设备昂贵、对于低频次测量的用户不划算的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量方法，该方法包括：
5.s1：对双电层超级电容模组进行充电，直至所述双电层超级电容模组两端的电压达到设定电压v0；
6.s2：充电完成后，对连接有放电电阻的放电回路进行放电，实时采集放电过程中所述双电层超级电容模组的电压和电流，双电层超级电容模组两端的电压为v1断开放电回路；
7.s3：根据采集的电压和电流计算得到所述双电层超级电容模组的容量c和内阻esr。
8.优选地，根据采集的电压和电流计算得到所述双电层超级电容模组的容量c的方法为：
9.利用双电层超级电容模组从v0到v1的放电过程中采集的电流和电压，根据公式计算得到双电层超级电容模组的容量c；
10.其中，i表示电流，∫i表示从v0到v1的放电过程中双电层超级电容模组的电流积分。v0′
和v1′
是放电前后的稳定电压，用所采集的电压选取放电开始前的一小段数据的平均值为v0′
，选取放电结束后稳定设定时间后的一小段数据的平均值为v1′
。
11.优选地，根据采集的电压和电流计算得到所述双电层超级电容模组的内阻esr的方法为：
12.对所采集的开始放电一段时间内的电压进行线性拟合，从拟合曲线上得到开始放电时的电压v
拟
，对所采集的开始放电一段时间内的电流进行线性拟合，从拟合曲线上得到开始放电时的电流i
拟
；
13.根据公式计算得到双电层超级电容模组的内阻esr，v0′
是放电前的稳定电压，用所采集的电压选取放电开始前的一小段时间的平均值为v0′
。
14.优选地，对双电层超级电容模组进行充电，直至所述双电层超级电容模组两端的电压达到设定电压v0包括以下步骤：
15.测量双电层超级电容模组当前的电压，将充电电源电压调至与所述双电层超级电容模组当前的电压差值为预设值；
16.接通充电回路，通过调节电源电压旋钮控制充电回路的电流，使之不超过预设阈值：
17.直至所述双电层超级电容模组两端的电压达到设定电压v0，断开充电回路。
18.优选地，充电完成后，对连接有放电电阻的放电回路进行放电，实时采集放电过程中所述双电层超级电容模组的电压和电流，双电层超级电容模组两端的电压为v1断开放电回路包括以下步骤：
19.充电完成后，将模拟量记录仪通电，等待一个设定的时间间隔，使得双电层超级电容模组的电压稳定；
20.对连接有放电电阻的放电回路进行放电，直至双电层超级电容模组电容电压为设定电压v1，断开放电回路；
21.等待一个设定的时间间隔，使得双电层超级电容模组的电压稳定，断开模拟量记录仪供电。
22.本发明实施例提供一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量装置，其特征在于，包括：
23.充电电源，用于给待测双电层超级电容模组充电；
24.电流传感器，用于测量放电回路中的电流；
25.放电电阻，用于给待测双电层超级电容模组放电；
26.模拟量记录仪，用于采集并记录放电过程中待测双电层超级电容模组的电压和电流；
27.继电器，用于控制充电回路和放电回路的通断；
28.当对所述待测双电层超级电容模组进行充电时，所述充电电源、所述待测双电层超级电容模组以及所述继电器组成充电回路；
29.当对所述待测双电层超级电容模组进行放电时，所述放电电阻、所述待测双电层超级电容模组以及所述继电器组成放电回路。
30.优选地，在所述放电回路中，所述待测双电层超级电容模组与所述继电器以及所述放电电阻串联连接。
31.优选地，还包括万用表，所述万用表用于显示所述待测双电层超级电容模组两端的电压。
32.优选地，所述继电器为200a高压继电器。
33.优选地，所述充电电源为可旋钮微调电压的电源。
34.从以上技术方案可以看出，本发明申请具有以下优点：
35.本发明实施例提供一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量方法及装置，本发明通过实时采集双电层超级电容模组放电过程中的电压和电流，通过一次放电过程实现了对双电层超级电容模组的容量c和内阻esr的测量，测试效率高；使用充电电源、电流传感器、放电电阻、模拟量记录仪以及继电器等简单的仪器，实现对双电层超级电容模组容量c和内阻esr的测量，测量设备价格便宜，方便科研院所、中小企业等非超级电容厂家进行超级电容模组的测量；对采集的电流和电压的数据进行线性拟合，能有效处理掉采集信号的噪声，使得测试结果稳定，提高了测试的精确度。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下边将对实施例中所需要使用的附图做简单说明，通过参考附图会更清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应该理解为对本发明进行任何限制，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，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
37.图1为根据实施例中提供的一种双电层超级电容模组容量的测量方法的流程图；
38.图2为根据实施例中提供的一种双电层超级电容模组充电回路示意图；
39.图3为根据实施例中提供的一种双电层超级电容模组放电回路示意图；
40.图4(a)、(b)、(c)为实施例中测试中三次不同的放电过程示意图。
41.说明书附图标记说明：10-充电电源，20-待测双电层超级电容模组，30-继电器，40-放电电阻，50-电流传感器，60-模拟量记录仪。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案与优点更加清楚，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。
43.参照图1，本发明实施例提出一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量方法，该方法包括：
44.s1：对双电层超级电容模进行充电，直至所述双电层超级电容模组两端的电压达到设定电压v0；
45.s2：充电完成后，对连接有放电电阻的放电回路进行放电，实时采集放电过程中所述双电层超级电容模组的电压和电流，双电层超级电容模组两端的电压为v1，断开放电回路；
46.s3：根据采集的电压和电流计算得到所述双电层超级电容模组的容量c和内阻esr。
47.本发明实施例提供了一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量方法，本发明通过对双电层超级电容模组进行充电，直至双电层超级电容模组两端的电压达到设定电压v0，为放电过程做好准备；实时采集双电层超级电容模组放电过程中的电压和电流，通过对
采集的电压和电流进行计算处理，只需采集电压和电流两个量，就能实现对双电层超级电容模组的容量c的测量，测试方法简单、效率高；通过对采集的电压和电流进行线性拟合，有效处理掉采集信号的噪声，实现了对双电层超级电容模组的内阻esr的测量。本发明测试方法简单，测试效率高、结果稳定，方便科研院所、中小企业等非超级电容厂家进行超级电容模组的测量。
48.实施例一
49.对双电层超级电容模组的容量c进行测量，在步骤s1中包括：
50.测量双电层超级电容模组当前的电压，将充电电源电压调至与所述双电层超级电容模组当前的电压差值为预设值，本实施例中预设值为0.5v；
51.接通充电回路，通过调节电源电压旋钮控制充电回路的电流，使之不超过预设阈值，阈值为80a；
52.当双电层超级电容模组的电压接近24v时，缓慢调，让电流小下来直至双电层超级电容模组两端的电压达到设定电压v0＝24v，充电完成，断开充电回路。
53.进一步地，在步骤s2中包括：
54.充电完成后，将模拟量记录仪通电，等待设定时间(1分钟，也可以是其他时间，测试中保持一致即可，不能过短)，使得双电层超级电容模组的电压稳定；
55.对连接有放电电阻的放电回路进行放电，直至双电层超级电容模组电容电压为设定电压v1＝11v，断开放电回路；
56.等待设定时间(1分钟)，使得双电层超级电容模组的电压稳定，断开模拟量记录仪供电。
57.进一步地，在步骤s3中包括：
58.利用双电层超级电容模组从v0到v1的放电过程中采集的电流和电压，根据公式计算得到双电层超级电容模组的容量c；
59.其中，i表示电流，∫i表示从v0到v1的放电过程中双电层超级电容模组的电流积分。v0′
和v1′
是放电前后的稳定电压，用所采集的电压选取放电开始前的1s的平均值为v0′
，选取放电结束后稳定1分钟后的1s的平均值为v1′
。
60.具体的，通过数据处理得到双电层超级电容模组的容量c，其包括以下步骤：
61.首先取出模拟量记录仪的sd卡，读取数据，放入“模拟量记录仪.exe”文件同目录的lmport data文件夹，运行“模拟量记录仪.exe”转换，然后从export data文件夹拷取asc格式的数据；
62.然后解析asc格式数据，并导出成txt格式；最后运营所编写的数据处理程序，得到容量c。
63.实施例二
64.对双电层超级电容模组的电阻esr进行测量，在步骤s1中包括：
65.测量双电层超级电容模组当前的电压，将充电电源电压调至与所述双电层超级电容模组当前的电压差值为预设值，本实施例中预设值为0.5v；
66.接通充电回路，通过调节电源电压旋钮控制充电回路的电流，使之不超过预设阈值，阈值为80a；
67.当双电层超级电容模组的电压接近24v时，缓慢调，让电流小下来直至双电层超级电容模组两端的电压达到设定电压v0＝24v，充电完成，断开充电回路。
68.进一步地，在步骤s2中包括：
69.充电完成后，将模拟量记录仪通电，等待一个设定的时间间隔(1分钟，也可以是其他时间，测试中保持一致即可，不能过短)，使得双电层超级电容模组的电压稳定；
70.对连接有放电电阻的放电回路进行放电，直至双电层超级电容模组电容电压为设定电压v1＝11v，断开放电回路；
71.等待一个设定的时间间隔(1分钟)，使得双电层超级电容模组的电压稳定，断开模拟量记录仪供电。
72.进一步地，在步骤s3中包括：
73.对所采集的开始放电一段时间内的电压进行线性拟合，从拟合曲线上得到开始放电时的电压v
拟
，对所采集的开始放电一段时间内的电流进行线性拟合，从拟合曲线上得到开始放电时的电流i
拟
，采用拟合值是为了消除测量噪声，从而提高测量准确度；
74.根据公式计算得到双电层超级电容模组的内阻esr，v0′
是放电前的稳定电压，用所采集的电压选取放电开始前的1s的平均值为v0′
。
75.具体的，通过数据处理得到双电层超级电容模组的内阻esr，其包括以下步骤：
76.首先取出模拟量记录仪的sd卡，读取数据，放入“模拟量记录仪.exe”文件同目录的lmport data文件夹，运行“模拟量记录仪.exe”转换，然后从export data文件夹拷取asc格式的数据；
77.然后解析asc格式数据，并导出成txt格式；最后运行所编写的数据处理程序，得到电阻esr。
78.通过上述实施例一和实施例二的测量方法，可以得到表1和图4中的数据。
79.表1
80.数据容量c内阻esr测试起始电压测试终止电压data_discharge31405.8123.9211.62data_discharge4139.75.7924.0211.62data_discharge5139.35.7824.0111.38
81.从表1可以得到，通过3次测量，双电层超级电容模组的容量c的最大最小差为0.5％，电阻esr的最大最小差为0.5％，测量结果比较稳定。如果想提高准确度，可以多测几次求平均。
82.实施例三
83.如图2、图3所示，本发明实施例提供了一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量装置，其特征在于，包括：
84.充电电源10，用于给待测双电层超级电容模组20充电；
85.电流传感器50，用于测量放电回路中的电流；
86.放电电阻40，用于给待测双电层超级电容模组20放电；
87.模拟量记录仪60，用于采集并记录放电过程中待测双电层超级电容模组20的电压和电流，可用其他电压采集设备代替；
88.继电器30，用于控制充电回路和放电回路的通断；
89.当对所述待测双电层超级电容模组20进行充电时，所述充电电源10、所述待测双电层超级电容模组20以及所述继电器30组成充电回路；
90.当对所述待测双电层超级电容模组20进行放电时，所述放电电阻40、所述待测双电层超级电容模组20以及所述继电器30组成放电回路。
91.在本发明实施中，充电电源10为30v100a可旋钮微调电压的电源，通过旋钮微调电压保证充电过程充电回路的电流别太大；电流传感器50为100a量程的直流电流传感器；模拟量记录仪60以1ms为周期将采集的电流和电源数据存在sd卡里面；放电电阻40为0.25ω4000w；继电器30为200a继电器。
92.进一步地，在放电回路中，所述待测双电层超级电容模组20与所述继电器30、所述电流传感器50以及所述放电电阻40串联连接。在测试时还用到万用表，万用表用于显示待测双电层超级电容模组两端的电压。
93.本实施例的一种双电层超级电容模组容量和内阻的测量装置，用以实现上述实施例一和实施例二的测量方法，为了避免冗余，在此不再赘述。
94.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
95.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。