CN109709399A - 超级电容器内阻检测装置、方法和计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种超级电容器内阻检测装置，包括交流恒流源、交流差分放大器、模拟乘法器、低通滤波器、A/D转换器、微处理器和显示器，交流差分放大器与模拟乘法器连接，模拟乘法器与低通滤波器连接，低通滤波器与A/D转换器连接，A/D转换器与微处理器连接，微处理器与显示器连接；交流恒流源和交流差分放大器与超级电容器并联，交流恒流源与模拟乘法器连接。该装置可将超级电容器两端输出的电压响应信号放大，并对放大后的信号进行滤波处理，滤除纹波和谐波的干扰，提高测试结果的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及电子元件检测技术领域，具体涉及一种超级电容器内阻检测装置、方法和计算机可读存储介质。
背景技术
超级电容器作为新型化学电源，以其功率密度高、循环寿命长、安全性好、绿色环保等特点，成为目前各国政府大力扶持和发展的重点战略研究对象，也成为许多科研工作者研究的重点与热点。近年来，随着超级电容器技术的日益成熟，其应用领域不断扩大，不仅广泛用于各种便携式电子设备，而且小批量应用于电动汽车、功率补偿设备等。目前，应用于超级电容器中的电化学测试技术有很多种，主要有电位扫描技术、计时电位分析技术和阻抗测量技术等。其中以循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法较为常用，而交流阻抗法可以对超级电容器的等效串联内阻进行很安全的在线监测，该方案不需对超级电容器进行放电处理就可以实现，不进行放电处理也不会影响超级电容器的性能。
然而现有的交流阻抗法仍存在不足，在对超级电容器输入恒定交流信号时，超级电容器两端输出的电压响应信号极为微弱，采集到的响应信号非常容易受到充电器产生的纹波和谐波的干扰，导致测试结果的离散性大，结果不精确。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种超级电容器内阻检测装置，该装置可将超级电容器两端输出的电压响应信号放大，并对放大后的信号进行滤波处理，滤除纹波和谐波的干扰，提高测试结果的精确度。
一种超级电容器内阻检测装置，其特征在于，包括交流恒流源、交流差分放大器、模拟乘法器、低通滤波器、A/D转换器、微处理器和显示器，交流差分放大器与模拟乘法器连接，模拟乘法器与低通滤波器连接，低通滤波器与A/D转换器连接，A/D转换器与微处理器连接，微处理器与显示器连接；交流恒流源和交流差分放大器与超级电容器并联，交流恒流源与模拟乘法器连接。
一种超级电容器内阻检测装置的检测方法如下：
所述的交流恒流源向超级电容器输入正弦信号u1；
超级电容器两端输出电压响应信号u2并经过交流差分放大器放大；
正弦信号u1和放大的电压响应信号u2输入至模拟乘法器得到乘积电压u；
乘积电压u经过低通滤波器过滤交流部分后得到u’；
u’经过A/D转换器为数字信号后输入微处理器，微处理器调用预置内阻计算公式并计算，得到的超级电容器内阻显示于显示器上。
进一步的，一种超级电容器内阻检测装置的检测方法如下：
所述的交流恒流源向超级电容器输入的正弦信号u1为u1＝Acosωt；
超级电容器两端输出电压响应信号u2并经过交流差分放大器放大，u2＝Bcos(ωt+θ)，θ为u1和u2之间的相位差；
正弦信号u1和放大的电压响应信号u2输入至模拟乘法器得到的乘积电压u为u＝k×u1×u2＝0.5AB[cosθ+cos(ωt+2θ)]，式中k为模拟乘法器的放大倍数；
乘积电压u经过低通滤波器过滤交流部分后得到的u’为u’＝0.5kABcosθ；
u’经过A/D转换器为数字信号后输入微处理器，微处理器调用预置内阻计算公式为式为：R＝Bcosθ/I，式中I为交流恒流源输出的交流信号的最大值；
经过微处理器计算后得到超级电容器内阻为R＝2u/kAI。
一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质用于存储微处理器的程序代码，所述的程序代码包括预置内阻计算公式。
本发明的有益效果是：该装置可将超级电容器两端输出的电压响应信号放大，并对放大后的信号进行滤波处理，滤除纹波和谐波的干扰，提高测试结果的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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是超级电容器内阻检测装置的结构框图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-超级电容器，2-交流恒流源，3-交流差分放大器，4-模拟乘法器，5-低通滤波电路，6-A/D转换器，7-微处理器，8-显示器。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1所示，一种超级电容器内阻检测装置，包括交流恒流源2、交流差分放大器3、模拟乘法器4、低通滤波器5、A/D转换器6、微处理器7和显示器8，交流差分放大器3与模拟乘法器4连接，模拟乘法器4与低通滤波器5连接，低通滤波器5与A/D转换器6连接，A/D转换器6与微处理器7连接，微处理器7与显示器8连接；交流恒流源2和交流差分放大器3与超级电容器1并联，交流恒流源2与模拟乘法器4连接。
一种超级电容器内阻检测装置的检测方法如下：
所述的交流恒流源2向超级电容器1输入正弦信号u1；
超级电容器1两端输出电压响应信号u2并经过交流差分放大器3放大；
正弦信号u1和放大的电压响应信号u2输入至模拟乘法器4得到乘积电压u；
乘积电压u经过低通滤波器5过滤交流部分后得到u’；
u’经过A/D转换器6为数字信号后输入微处理器7，微处理器7调用预置内阻计算公式并计算，得到的超级电容器1内阻显示于显示器上。
进一步的，一种超级电容器内阻检测装置的检测方法如下：
所述的交流恒流源2向超级电容器1输入的正弦信号u1为u1＝Acosωt；
超级电容器1两端输出电压响应信号u2并经过交流差分放大器3放大，u2＝Bcos(ωt+θ)，θ为u1和u2之间的相位差；
正弦信号u1和放大的电压响应信号u2输入至模拟乘法器4得到的乘积电压u为u＝k×u1×u2＝0.5AB[cosθ+cos(ωt+2θ)]，式中k为模拟乘法器4的放大倍数；
乘积电压u经过低通滤波器5过滤交流部分后得到的u’为u’＝0.5kABcosθ；
u’经过A/D转换器6为数字信号后输入微处理器7，微处理器7调用预置内阻计算公式为式为：R＝Bcosθ/I，式中I为交流恒流源2输出的交流信号的最大值；
经过微处理器7计算后得到超级电容器1内阻为R＝2u/kAI。
一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质用于存储微处理器7的程序代码，所述的程序代码包括预置内阻计算公式。
本实施例中的交流恒流源2选用深圳龙威电源有限公司生产的TAG-101D型正弦波信号发生器，交流差分放大器3选用ADI公司生产的AD603型差分放大器，模拟乘法器4选用ADI公司生产的AD834高速四象限模拟乘法器，低通滤波器5选用德州仪器生产的TLC14型滤波器，A/D转换器6选用ADI公司生产的AD5432YRMZ型模数转换器，微处理器7选用戴尔OptiPlex5050M型主机，显示器8选用戴尔SE2416Hm型显示屏。
实施例
以下内容为对该检测装置和检测方法的可靠性和精确度：
超级电容器A,额定电压为2.7V，电容为650F，常温下额定内阻为10mΩ；
超级电容器B，额定电压2.7V，电容为500F，常温下额定内阻为24mΩ。
表1超级电容器内阻测试结果比较(mΩ)
从表1中可以看出，对于超级电容器A，原始测试方法的绝对误差值为0.23，误差率为2.3％；本测试方法的绝对误差值0.05，误差率为0.5％；原始测试方法的绝对误差值和误差率均高于利用本装置和检测方法得到的绝对误差值和误差率；
对于超级电容B，原始测试方法的绝对误差值为0.14，误差率为0.5％；本测试方法的绝对误差值为0.03，误差率为0.1％；本装置和本装置的检测方法比原始测试方法更加可靠且精度更高。
Claims (4)
1.一种超级电容器内阻检测装置，其特征在于，包括交流恒流源、交流差分放大器、模拟乘法器、低通滤波器、A/D转换器、微处理器和显示器，交流差分放大器与模拟乘法器连接，模拟乘法器与低通滤波器连接，低通滤波器与A/D转换器连接，A/D转换器与微处理器连接，微处理器与显示器连接；交流恒流源和交流差分放大器与超级电容器并联，交流恒流源与模拟乘法器连接。
2.根据权利要求1所述的装置的检测方法，其特征在于，所述的交流恒流源向超级电容器输入正弦信号u1；
超级电容器两端输出电压响应信号u2并经过交流差分放大器放大；
正弦信号u1和放大的电压响应信号u2输入至模拟乘法器得到乘积电压u；
乘积电压u经过低通滤波器过滤交流部分后得到u’；
u’经过A/D转换器为数字信号后输入微处理器，微处理器调用预置内阻计算公式并计算，得到的超级电容器内阻显示于显示器上。
3.根据权利要求2所述的装置的检测方法，其特征在于，所述的交流恒流源向超级电容器输入的正弦信号u1为u1＝Acosωt；
超级电容器两端输出电压响应信号u2并经过交流差分放大器放大，u2＝Bcos(ωt+θ)，θ为u1和u2之间的相位差；
正弦信号u1和放大的电压响应信号u2输入至模拟乘法器得到的乘积电压u为u＝k×u1×u2＝0.5AB[cosθ+cos(ωt+2θ)]，式中k为模拟乘法器的放大倍数；
乘积电压u经过低通滤波器过滤交流部分后得到的u’为u’＝0.5kABcosθ；
u’经过A/D转换器为数字信号后输入微处理器，微处理器调用预置内阻计算公式为式为：R＝Bcosθ/I，式中I为交流恒流源输出的交流信号的最大值；
经过微处理器计算后得到超级电容器内阻为R＝2u/kAI。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述的计算机可读存储介质用于存储微处理器的程序代码，所述的程序代码包括预置内阻计算公式。
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