基于DSP的超级电容模组储能效率测试系统及测试方法与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种基于dsp的超级电容模组储能效率测试系统及测试方法。

背景技术：

1、超级电容器作为一种理想的储能器，在“充电—放电”过程中实现了电能到电场能再到电能的转换，而整个过程中没有任何化学反应，也不对周边环境造成污染。具有高功率密度和高能量密度的特点，超级电容器比现有各种蓄电池都要优越，并且其单体充放电电流可高达几百安培。此外，超级电容器还可以实现快速充电，在极短时间内即可完成对电容器的充电，并且工作温度范围广泛，循环寿命长，性能稳定，没有任何噪音，结构简单，质量轻，体积小。

2、然而，超级电容单体的耐压一般只有2.5v～3v，为了达到使用电压，必须通过串并联构成超级电容模组。通过将多个超级电容单体并联构成超级电容模块，然后将这些模块单元依次串联，就可以构成更大的模组。在新能源发电技术不断深化和电动汽车普及的背景下，超级电容模组的应用变得越来越普及。在汽车系统中，超级电容模组可以被用来提供启动电流、辅助动力、恶劣天气下的启动和停止等功能，同时在电车和混合动力车辆中也有广泛应用。超级电容模组对于新能源发电的不稳定性和电动汽车的续航里程都有着重要的补偿作用。

3、尽管超级电容器在多个领域被广泛应用，但是超级电容模组在储能过程中存在能量的损耗，对于超级电容储能损耗可用储能效率来进行衡量，但目前对超级电容的测试系统大多以电压、电流、内阻、容量为测试对象，与储能效率较为接近的有充电效率，其检测方法有放电检测法、基于放电率的检测法、直流脉冲检测法，但以上方法的稳定性和准确性较差且无法直接得出储能效率。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本技术提出了一种基于dsp的超级电容模组储能效率测试系统及测试方法，其能够基于超级电容模组满放满充时其放电量和充电量的比值来衡量储能效率，提高测试系统的精度。

2、为了实现上述目的，本技术提出了一种基于dsp的超级电容模组储能效率测试系统，包括dsp控制电路，所述dsp控制电路分别与第一驱动电路和第二驱动电路相连接，所述第一驱动电路与充电电路相连接，所述充电电路与整流电路相连接，所述充电电路还与超级电容模组相连接，所述第二驱动电路与放电电路相连接，所述超级电容模组还经所述放电电路与负载相连接，所述超级电容模组还经检测电路与所述dsp控制电路相连接，所述基于dsp的超级电容模组储能效率测试系统还包括为该系统供电的供电电源电路，其中，所述整流电路用于外接市电，将市电进行变压整流处理后连接至所述充电电路，所述检测电路用于检测所述超级电容模组的端电压和端电流，并将检测到的信号传输至所述dsp控制电路，所述dsp控制电路用于分别向所述第一驱动电路或第二驱动电路发送控制信号，以控制所述充电电路或放电电路工作，所述充电电路受控工作时，使所述超级电容模组通过所述充电电路进行充电；所述放电电路受控工作时，使所述超级电容模组通过所述放电电路对负载放电，所述dsp控制电路还用于计算超级电容模组的储能效率。

3、在一些实施例中，所述充电电路包括第二接线端子，所述第二接线端子用于与所述整流电路相连接，所述第二接线端子的第一接线端引出第一并联电路连接至第二十一电容的第一连接端，所述第二十一电容的第二连接端接地，所述第一并联电路由第二十一二极管、第二十二二极管以及第二十一电阻并联在一起，其中所述第二十一二极管、第二十二二极管的阳极与所述第二接线端子的第一接线端相连接，从所述第二接线端子的第一接线端还引出连接线连接至第一mos管的d极，所述第一mos管的s极接地，所述第一mos管的s极还引出导线经第二十三电阻连接至所述第一mos管的g极，所述第一mos管的g极还经第二并联电路连接至第一驱动电路，所述第二并联电路由第二十二电阻以及第二十三二极管并联在一起，其中所述第二十三二极管的阳极与所述第一mos管的g极相连接，所述第二接线端子的第二接线端引出导线连接至第二十四二极管的阳极，所述第二十四二极管的阴极接地，在所述第二接线端子的第一接线端与第二接线端之间设有第二十二电容；第二十五二极管的阳极接地，其阴极连接至第二十四电阻的第一连接端，所述第二十四电阻的第一连接端还经第二十三电容连接至所述第二接线端子的第二接线端，所述第二十四电阻的第二连接端接地，所述第二十四电阻的第二连接端连接至第二十一电感的第一连接端，所述第二十一电感的第二连接端经第三并联电路连接至所述第二接线端子的第二接线端，所述第三并联电路由第二十四电容、第二十五电解电容、第二十六电解电容、第二十七电容以及第二十五电阻并联在一起，其中，第二十五电解电容、第二十六电解电容的正极对应所述第二十一电感的第二连接端，所述充电电路与超级电容模组相连接。

4、在一些实施例中，所述第一驱动电路通过第三接线端子连接所述dsp控制电路，所述第三接线端子的第一接线端连接至型号为pc923的第一mos管驱动芯片的-引脚，所述第三接线端子的第二接线端通过第六十一电阻连接至所述第一mos管驱动芯片的+引脚，所述第一mos管驱动芯片的+引脚还引出两条导线，其中一条导线经第六十一电容连接至所述第一mos管驱动芯片的-引脚，另一条导线经第六十二电阻连接至所述第一mos管驱动芯片的-引脚，所述第一mos管驱动芯片的vcc引脚以及o1引脚均连接至+15v电源，所述第一mos管驱动芯片的gnd引脚连接至-15v电源，所述第一mos管驱动芯片的o2引脚连接至所述充电电路中。

5、在一些实施例中，所述放电电路包括通过导线与所述超级电容模组连接的第一连接点和第二连接点，所述第一连接点经第三十一电感连接至第二mos管的d极，所述第二mos管的s极连接至所述第二连接点，所述第二mos管的g极引出两条导线，其中一条经第三十二电阻连接至所述第二连接点，另一条导线经第四并联电路连接至第二驱动电路，所述第四并联电路由第三十一电阻以及第三十一二极管并联在一起，其中所述第三十一二极管的阳极与所述第二mos管的g极相连接；从所述第二mos管的d极引出导线连接至第三十三电阻的第一连接端，所述第三十三电阻的第一连接端还连接至第一串联电路的第一连接端，所述第一串联电路由第三十四电阻以及第三十二电容串联在一起，所述第一串联电路的第二连接端连接至第三十四二极管的阴极，所述第三十四二极管的阳极连接至所述第三十三电阻的第一连接端，所述第三十三电阻的第一连接端还经第五并联电路连接至第三十三电阻的第二连接端，所述第五并联电路由第三十二二极管和第三十三二极管并联在一起，其中，所述第三十二二极管和第三十三二极管的阳极连接至所述第三十三电阻的第一连接端，所述第三十三电阻的第二连接端还经第三十一电容连接至所述第二mos管的s极，在所述第三十四二极管的阴极还引出导线经第六并联电路连接至所述第二mos管的s极，所述第六并联电路由第三十三电解电容、第三十四电容、第三十五电容以及第三十五电阻并联在一起，其中，所述第三十三电解电容的正极对应所述第三十四二极管的阴极；所述放电电路连接至所述负载。

6、在一些实施例中，所述第二驱动电路通过第四接线端子连接所述dsp控制电路，所述第四接线端子的第一接线端连接至型号为pc923的第二mos管驱动芯片的-引脚，所述第四接线端子的第二接线端通过第七十一电阻连接至所述第二mos管驱动芯片的+引脚，所述第二mos管驱动芯片的+引脚还引出两条导线，其中一条导线经第七十一电容连接至所述第二mos管驱动芯片的-引脚，另一条导线经第七十二电阻连接至所述第二mos管驱动芯片的-引脚，所述第二mos管驱动芯片的vcc引脚以及o1引脚均连接至+15v电源，所述第二mos管驱动芯片的gnd引脚连接至-15v电源，所述第二mos管驱动芯片的o2引脚连接至所述放电电路中。

7、在一些实施例中，所述检测电路中包括电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路用于检测所述超级电容模组的端电压，所述电流检测电路用于检测所述超级电容模组的端电流。

8、在一些实施例中，所述电压检测电路包括型号为vsm025a的电压传感器，所述电压传感器的in+引脚经导线与所述超级电容模组相连接，所述电压传感器的in-引脚经第四十一电阻与所述超级电容模组相连接，所述电压传感器的out-引脚连接至-15v电源，所述电压传感器的out+引脚连接至+15v电源，所述电压传感器的m引脚连接至型号为tl084的第一集成运放中第一运算放大器的+引脚，该第一运算放大器的+引脚还经第四十二电阻接地，所述第一运算放大器的-引脚连接至其输出引脚，所述第一运算放大器的输出引脚还连接至第四十三电阻的第一连接端，所述第四十三电阻的第二连接端经第四十一电容连接至第一集成运放中第二运算放大器的输出引脚，所述第四十三电阻的第二连接端还经第四十四电阻连接至所述第二运算放大器的-引脚，该-引脚还引出导线经第四十二电容接地，所述第二运算放大器的+引脚经第四十五电阻接地，该第二运算放大器的+引脚还经第四十六电阻连接至第二运算放大器的输出引脚，所述第二运算放大器的输出引脚还连接至第四十七电阻的第一连接端，所述第四十七电阻的第二连接端经第四十三电容接地，所述第四十七电阻的第二连接端还引出导线连接至第四十一二极管的阴极，所述第四十一二极管的阳极接地，所述第四十一二极管的阴极还连接至第四十二二极管的阳极，所述第四十二二极管的阴极连接至+3v电源，从所述第四十一二极管的阴极引出连接线连接至所述dsp控制电路。

9、在一些实施例中，所述电流检测电路包括型号为cs050的电流传感器，所述电流传感器用于连接所述超级电容模组，所述电流传感器的1引脚连接至+15v电源，其2引脚连接至-15v电源，其4引脚接地，其3引脚连接至型号为tl084的第二集成运放中第一运算放大器的+引脚，所述第一运算放大器的-引脚连接至其输出引脚，所述第一运算放大器的输出引脚还连接至第五十一电阻的第一连接端，所述第五十一电阻的第二连接端经第五十一电容连接至第二集成运放中第二运算放大器的输出引脚，所述第五十一电阻的第二连接端还经第五十二电阻连接至所述第二运算放大器的-引脚，该-引脚还引出导线经第五十二电容接地，所述第二运算放大器的+引脚经第五十三电阻接地，该第二运算放大器的+引脚还经第五十四电阻连接至第二运算放大器的输出引脚，所述第二运算放大器的输出引脚还连接至第五十五电阻的第一连接端，所述第五十五电阻的第二连接端经第五十三电容接地，所述第五十五电阻的第二连接端还引出导线连接至第五十一二极管的阴极，所述第五十一二极管的阳极接地，所述第五十一二极管的阴极还连接至第五十二二极管的阳极，所述第五十二二极管的阴极连接至+3v电源，从所述第五十一二极管的阴极引出连接线连接至所述dsp控制电路。

10、本技术还提出了一种基于dsp的超级电容模组储能效率测试方法，包括以下步骤：

11、步骤1、基于dsp的超级电容模组储能效率测试系统开始工作后，先进行初始化；

12、步骤2、当用户选择充电时，执行步骤3至步骤6，当用户选择放电时，执行步骤7至步骤10；

13、步骤3、所述dsp控制电路根据所述检测电路传送来的信号判断所述超级电容模组是否完全放电；

14、步骤4、当未完全放电时，所述dsp控制电路通过所述第二驱动电路控制所述放电电路工作，使所述超级电容模组通过所述放电电路向负载放电；

15、步骤5、当完全放电后，通过设置参数选择充电方式，其中充电方式包括恒流充电、恒压充电或三段式充电，所述dsp控制电路通过所述第一驱动电路控制所述充电电路工作，使所述超级电容模组通过所述充电电路进行充电；所述dsp控制电路根据所述检测电路传送来的信号判断所述超级电容模组是否充满；

16、步骤6、当未充满时，所述dsp控制电路通过所述第一驱动电路控制所述充电电路工作，使所述超级电容模组通过所述充电电路继续进行充电；当充满后，计算充电量；

17、步骤7、所述dsp控制电路根据所述检测电路传送来的信号判断所述超级电容模组是否充满；

18、步骤8、当未充满时，所述dsp控制电路通过所述第一驱动电路控制所述充电电路工作，使所述超级电容模组通过所述充电电路进行充电；

19、步骤9、当充满后，通过设置参数选择放电方式，其中放电方式包括恒压放电或者恒流放电；所述dsp控制电路通过所述第二驱动电路控制所述放电电路工作，使所述超级电容模组通过所述放电电路向负载放电；所述dsp控制电路根据所述检测电路传送来的信号判断所述超级电容模组是否完全放电；

20、步骤10、当未完全放电时，所述dsp控制电路通过所述第二驱动电路控制所述放电电路工作，使所述超级电容模组通过所述放电电路继续向负载放电；当完全放电后，计算放电量；

21、步骤11、通过公式(1)计算得到超级电容模组的储能效率，其为超级电容模组在满充和满放时其放电量与充电量的比值，

22、

23、其中，q放为满放时超级电容模组的放电量；q充为满充时超级电容模组的充电量；u放(t)和i放(t)为t时刻超级电容模组的放电电压和放电电流，u充(t)和i充(t)为t时刻超级电容模组的充电电压和充电电流。

24、本技术的该方案的有益效果在于上述基于dsp的超级电容模组储能效率测试系统及测试方法能够提高测试系统的精度，通过选择不同的充/放电方式，并能对不同充/放电方式下超级电容模组的状态进行监测，这样的设计能够更好地评估超级电容模组的储能效率及性能表现。通过本技术可以使用户更准确地掌握超级电容模组的储能效率及其状态，从而更换效率较低的超级电容模组，以提高储能系统的稳定性以及电车或混合动力车辆的续航能力。