CN108918968B - 超级电容直流内阻测试方法、切换时间算法及可读介质 - Google Patents

超级电容直流内阻测试方法、切换时间算法及可读介质 Download PDF

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CN108918968B CN201810286580.3A CN201810286580A CN108918968B CN 108918968 B CN108918968 B CN 108918968B CN 201810286580 A CN201810286580 A CN 201810286580A CN 108918968 B CN108918968 B CN 108918968B
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Abstract

本发明旨在提供超级电容直流内阻测试方法、切换时间算法及可读介质，以解决现有技术方案中超级电容直流内阻测试不准确的问题。涉及超级电容内阻测试领域，该超级电容直流内阻测试方法包括：获取第一电压‑时间数据，基于第一电压‑时间数据进行线性拟合以获取第一拟合函数；获取超级电容放电过程中电压的切换时间；根据第一拟合函数和切换时间计算获得超级电容器在切换时间的电压；根据第一恒定电流、额定电压以及超级电容器在切换时间的电压计算获得直流内阻。超级电容直流内阻测试方法、切换时间算法及可读介质可以获得相对于现有技术更为准确的直流内阻，克服了现有技术中存在的问题。

Description

超级电容直流内阻测试方法、切换时间算法及可读介质
技术领域
本发明涉及超级电容内阻测试领域，具体涉及一种超级电容直流内阻测试方法、切换时间算法及可读介质。
背景技术
超级电容器是利用电极材料与电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型储能元件。当外加电场施加在两个电极上后，溶液中的阴、阳离子会在电场的作用下分别向正、负电极迁移，而在电极表面形成所谓的双电层；当外加电场撤销后，电极上具有的正、负电荷与溶液中具有相反电荷的离子会互相吸引而使双电层变得更加稳定，这样就会在正、负极间产生稳定的电位差。这是一个纯粹的物理现象，带电离子的迁移速度很快，使得超级电容具有很高的输出功率。同时双电荷层的距离非常小(一般0.5nm以下)，再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。
基于超级电容器的大容量、高功率特点，它在智能仪表领域有两个主要的应用，第一个是利用它大容量的特点，它充当临时备用电源和短时间供电的应急电源，给时钟芯片供电；第二个是利用它高功率的特点，它充当峰值功率电源，辅助电池给智能仪表输出大的功率(如开关阀、通讯等)，减弱智能仪表对电池提供峰值功率的要求，这样就可以大大延长电池的寿命，并减小了电池的整体尺寸。针对以上两个主要应用，超级电容器的容量和直流内阻是评价其质量的最重要指标，人们也经常用这两个参数来计算超级电容放电终点的电压值，从而指导超级电容的选型。
目前，IEC 62391.1-2015《Fixed electric double-layer capacitors for usein electronic equipment-Part 1Generic specification》和DL/T1652-2016《电能计量设备用超级电容器技术规范》已经对容量和直流内阻的测试做了明确的规定。它们采用相同的容量测试方法，且得到行业的普遍认同；然而，它们测试直流内阻的方法并不相同，并且这两种方法都存在一些问题。
现在研究理论认为，超级电容器的直流内阻主要来自于集流体、电极和电解液三部分，其中集流体和电极的内阻取决于电子在这类导体中的迁移速度，由于电子在这两类物质中的迁移速度很大，因此，电子通过的时间会可以忽略不计。而电解液内阻取决于带电粒子在电解液中的迁移速度，它会受到很多因素的影响，诸如温度、电解液粘度等，带电粒子迁移的时间并不能忽略，一般在几十μs至几十ms之间。
方法一：IEC 62391.1-2015
(a)测试流程
首先以恒定电流将超级电容器充电至额定电压UR，保持额定电压30分钟，然后以恒定电流I将超级电容器完全放电。将放电时电压变化曲线(见图1)的直线段反向延长，和放电开始的时间相交于一点，此点和放电开始的电压变化定义为ΔU3，直流内阻(DCR)可以由以下公式计算：DCR＝ΔU3/I
(b)存在的问题
这种测试方法测出来的内阻主要来自于集流体和电极两部分，大部分的电解液内阻基本上都被忽略了，测出来的值往往较小。在超级电容的应用中，通过这个内组和容量计算出来放电终点的电压值往往高于测试结果，并不能很好的指导超级电容的选型。
方法二：DL/T 1652-2016
(a)测试流程
首先以恒定电流将超级电容器充电至额定电压UR，保持额定电压30分钟，然后以恒定电流I将超级电容器放电，测量超级电容10ms时的电压，此点和放电开始的电压变化定义为ΔU2(见图1)，直流内阻(DCR)可以由以下公式计算：DCR＝ΔU2/I
(b)存在的问题
一方面，这种方法需要设备具有很高的时间分辨率，采样频率至少为5ms/次，而这种设备往往成本较高，不太适合应用于出厂检验和入厂检验；
另一方面，这种方法固定了采集电压的时间(10ms)，对于应用于智能仪表领域的低内阻超级电容而言，10ms处的电压降(ΔU2)不仅有来自于内阻部分，还有放电的电压降；而对于大内阻超级电容而言，10ms处的电压降(ΔU2)却不能表征全部的内阻，因此会导致测试得到的直流内阻值不准确，不能很好的指导超级电容的选型。
发明内容
本发明旨在提供一种超级电容直流内阻测试方法、切换时间算法及可读介质，以解决现有技术方案中超级电容直流内阻测试不准确的问题。
为了实现所述目的，本发明超级电容直流内阻测试方法，包括：
获取第一电压-时间数据，所述第一电压-时间数据为在预设条件下以第一设定频率采集的电压-时间数据，所述预设条件为将充电至额定电压的超级电容器以第一恒定电流进行放电；
基于第一电压-时间数据进行线性拟合以获取第一拟合函数；
获取超级电容放电过程中电压的切换时间；
根据第一拟合函数和切换时间计算获得超级电容器在切换时间的电压；
根据第一恒定电流、额定电压以及超级电容器在切换时间的电压计算获得直流内阻。
在上述的超级电容直流内阻测试方法中，所述切换时间通过如下步骤获得：
获取第二电压-时间数据，所述第二电压-时间数据为在预设条件下以第二设定频率采集的电压-时间数据，所述预设条件为将充电至额定电压的超级电容器以第一恒定电流进行放电；
获取切换时间的估算时间；
基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数；基于估算时间后的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第三拟合函数；
基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间，进而基于采集的第二电压-时间数据获得更为精确的切换时间；进而提高直流内阻的测试精度。
在上述的超级电容直流内阻测试方法中，所述基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数包括：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第二拟合函数；或，所述基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数包括：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行对数拟合以获取第二拟合函数。
基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第二拟合函数，其优点在于：使得第二拟合函数与第三拟合函数非常便于计算，且使得第二拟合函数与第三拟合函数有且只有一个交点，便于根据交点获取切换时间；
基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第二拟合函数，其优点在于：使得第二拟合函数与实际值的拟合度更高，提高切换时间计算的精度。
在上述的超级电容直流内阻测试方法中，所述获取切换时间的估算时间包括：基于第二电压-时间数据获取超级电容放电时的电压-时间曲线，根据电压-时间曲线中曲线段与直线段之间的界限获得估算时间。
在上述的超级电容直流内阻测试方法中，所述基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间包括：计算基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点，如果第二拟合函数与第三拟合函数的交点数为1，则获取该交点所对应的时间为切换时间；或,所述基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间包括：计算基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点，如果第二拟合函数与第三拟合函数的交点数大于1，则获取所有交点对应的时间中与估算时间最接近的时间作为切换时间；或,所述基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间包括：计算基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点，如果第二拟合函数与第三拟合函数的交点数等于0，则基于估算时间前的第二电压-时间数据采用新的拟合函数进行拟合以获取新的第二拟合函数，并根据新的第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。针对第二拟合函数与第三拟合函数的交点个数的不同，采用不同的方式获取切换时间；应当知道的，采用不同的方式拟合形成第二拟合函数，会使得第二拟合函数与第三拟合函数的交点个数可能存在不同。当第二拟合函数与第三拟合函数有且只有一个交点时(如第二拟合函数为一次函数时)，可直接获取该交点所对应的时间为切换时间。当第二拟合函数与第三拟合函数的交点数量不确定时，可以根据具体获得的交点数进行选择性地处理。
在上述的超级电容直流内阻测试方法中所述第一电压-时间数据通过如下步骤获得：
以第一恒定电流将超级电容器充电至额定电压，并保持额定电压设定时间；
以第一恒定电流将超级电容器放电，并以第一设定频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第一电压-时间数据；
或，所述第二电压-时间数据通过如下步骤获得：
以第一恒定电流将超级电容器充电至额定电压，并保持额定电压设定时间；
以第一恒定电流将超级电容器放电，并以第二设定频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第二电压-时间数据。有助于提高直流内阻的计算精度。
在上述的超级电容直流内阻测试方法中所述第一设定频率的值大于等于1Hz且小于等于100Hz；所述第二设定频率的值大于等于20KHz；或，所述第一恒定电流I的值大于等于(4*C*UR)mA且小于等于(400*C*UR)mA，其中，C表示所述超级电容的标称容量，单位为F，UR表示额定电压，单位为V；或，所述设定时间Tk的值大于等于0.5min且小于等于60min；或，所述以第一恒定电流将超级电容器放电包括：以第一恒定电流将超级电容器放电N％，其中10≤N≤100。
本发明的另一方面，切换时间算法，包括：
获取第二电压-时间数据，所述第二电压-时间数据为在预设条件下以第二设定频率采集的电压-时间数据，所述预设条件为将充电至额定电压的超级电容器以第一恒定电流进行放电；
获取切换时间的估算时间；
基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数；基于估算时间后的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第三拟合函数；
基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。
基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间；基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间，进而基于采集的第二电压-时间数据获得更为精确的切换时间；进而提高直流内阻的测试精度。
在上述的超级电容直流内阻测试方法中，所述基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数包括：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第二拟合函数；或，所述基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数包括：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行对数拟合以获取第二拟合函数。
基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第二拟合函数，其优点在于：使得第二拟合函数与第三拟合函数非常便于计算，且使得第二拟合函数与第三拟合函数有且只有一个交点，便于根据交点获取切换时间；
基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第二拟合函数，其优点在于：使得第二拟合函数与实际值的拟合度更高，提高切换时间计算的精度。
可读介质，其上存储有计算机程序，在所述程序被处理器执行时实现如上文所述的方法。
通过实施本发明可以取得以下有益技术效果：本发明基于测得的第一电压-时间数据拟合获取第一拟合函数，并基于第一拟合函数、切换时间第一恒定电流和额定电压计算获得相对于现有技术更为准确的直流内阻；克服了现有技术中存在的问题。
附图说明
图1为超级电容器充放电过程中的电压特征图；
图2为根据本公开的一个实施例的超级电容直流内阻测试方法的流程图；
图3为根据本公开的一个实施例的切换时间算法的流程图；
图4为根据本公开的一个实施例的双直线拟合图；
图5为根据本公开的一个实施例的基于估算时间前的第二电压-时间数据进行直线拟合的拟合图；
图6为根据本公开的一个实施例的对数-直线拟合图；
图7为根据本公开的一个实施例的基于估算时间前的第二电压-时间数据进行对数拟合的拟合图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请，并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在本申请中，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……”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。
下面，对本申请实施例中涉及的部分用语进行说明，以便于本领域技术人员理解。
切换时间：如图1所示，在超级电容器放电过程中的电压-时间曲线分为曲线段和直线段；本申请中的切换时间指的是曲线段转换为直线段时的时间节点，即图中M所在的时间。
电压-时间数据：包括若干组数据，每组数据包括超级电容器放电过程中的放电时间及超级电容器在该放电时间的电压。
在本发明公开的一个实施例，如图2所示，超级电容直流内阻测试方法包括：
步骤S1：获取第一电压-时间数据。所述第一电压-时间数据为充电至额定电压的超级电容器在以第一恒定电流放电过程中以第一设定频率采集的电压-时间数据。
步骤S2：基于第一电压-时间数据进行线性拟合以获取第一拟合函数；
步骤S3：获取超级电容放电过程中电压的切换时间；
步骤S4：根据第一拟合函数和切换时间计算获得超级电容器在切换时间的电压；
步骤S5：根据第一恒定电流、额定电压和超级电容器在切换时间的电压计算获得直流内阻。
图1为超级电容器在充放电过程中的电压特征图，其中A时间段为充电时间段，B时间段为保持额定电压的时间段；C时间段为放电时间段。可见，超级电容器放电过程中的电压-时间曲线分为曲线段(图1中的C1段)和直线段(图1中的C2段)。其中，曲线段的电压降主要来自于内阻的电压降，而直线段的电压降主要来自于非内阻引起的电压降。
步骤S2中，根据第一电压-时间数据进行线性拟合以获取第一拟合函数，其中，第一拟合函数用于表示电压-时间曲线中直线段所在直线的函数，拟合获得第一拟合函数时，第一电压-时间数据采用直线段的电压-时间数据是最为准确的；同时，由于直线段的在时间轴上的长度要远大于曲线段在时间轴上的长度，因此，所以第一电压-时间数据即便包含了部分曲线段的电压-时间数据，线性拟合以获取的第一拟合函数与电压-时间曲线中直线段的函数也是基本一致的。根据第一电压-时间进行线性拟合得到第一拟合函数后，可以根据第一拟合函数计算直线段所在时间轴上的各时间点的电压；可以知道的，第一拟合函数为一次函数，可以通过公式U＝kT+b表示，其中，U表示超级电容器的在时间T的电压，T表示超级电容器放电时间，k和b为常数，k和b的值在拟合过程中计算所得，拟合的具体方法可以根据现有技术中的方法实现，本申请不做限定。
本实施例的方法在使用过程中，第一设定频率无需设置太高，一般情况下，第一设定频率可以不低于1Hz且不超过100Hz，进而既可以采集到适量适用的第一电压-时间数据，又可以降低采集装置的成本；当第一设定频率不低于1Hz且不超过10Hz时，基本不会采集到曲线段的数据，进而使得拟合的第一拟合函数更接近实际电压-时间曲线中直线段所对应的函数。
基于切换时间和第一拟合函数，可以计算得到超级电容器在切换时间的电压；相应的，根据额定电压和超级电容器在切换时间的电压可以得到内阻引起的电压降(即图1中的ΔUt，曲线段产生的电压降)；再相应的，根据内阻引起的电压降与第一恒定电流可以得到直流内阻。
其中，上述过程可以通过公式1计算实现；
DCR＝{UR-(k*T+b)}/I (1)
其中，DCR表示直流电阻，UR表示额定电压，k和b为第一拟合函数的常量(k是第一拟合函数对应直线的斜率，b为第一拟合函数对应直线的截距)，T为超级电容器放电时间，(k*T+b)表示超级电容器在放电时间T的电压，I为第一恒定电流。
可选的，如图3所示，切换时间通过如下步骤获得：
步骤S11：获取第二电压-时间数据，所述第二电压-时间数据为充电至额定电压的超级电容器在以第一恒定电流放电过程中以第二设定频率采集的电压-时间数据；
步骤S12：获取切换时间的估算时间；
步骤S13：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数；
步骤S14：基于估算时间后的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第三拟合函数；
步骤S15：基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。
当然，可以知道的，实际运用过程中，可重复步骤S11～步骤S14以获得多个切换时间，并取多个切换时间的平均值作为步骤S2采用的切换时间；当然，为了取得测量消耗与切换时间精度之间的平衡，一般可以重复步骤S11～步骤S143～5次。
通过切换时间的估算时间，将第二电压-时间数据分为估算时间前的第二电压-时间数据和估算时间后的第二电压-时间数据；根据估算时间前的第二电压-时间数据拟合的第二拟合函数和根据估算时间后的第二电压-时间数据拟合成的第三拟合函数的交点(如：图1中的M点)，其对应的时间即切换时间。其中估算时间可以在根据超级电容器的类型设定；也可以基于第二电压-时间数据获取超级电容放电时的电压-时间曲线，根据电压-时间曲线中曲线段与直线段之间的界限获得估算时间，其中曲线段与直线段之间的界限可以通过绘制电压-时间图后根据观察获得；亦可以采用其他方式获得切换时间的估算时间。
基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数时，采用的不同拟合方式获得的第二拟合函数不同，相应的，不同的第二拟合函数与第三拟合函数的交点数量也可能不同。根据第二拟合函数与第三拟合函数交点数，情况可以分为三类，即无交点、一个交点和两个及两个以上交点。
对于无交点的情况(即第二拟合函数与第三拟合函数的交点数为0)，可以基于估算时间前的第二电压-时间数据采用新的拟合函数进行重新拟合以获取新的第二拟合函数，并根据新的第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。
对于一个交点的情况(即第二拟合函数与第三拟合函数的交点数为1)，可直接以该交点所对应的时间作为切换时间。
对于两个交点及两个以上交点的情况(即第二拟合函数与第三拟合函数的交点数大于1)，可以获取所有交点对应的时间中与估算时间最接近的时间作为切换时间。当最接近的时间有两个时，可以任选其一，也可以采用设定的规则选择其中一个。可以知道的，估算时间可以是时间点，也可以时间段。当估算时间为时间段时，以与估算时间中间值最接近的时间作为与估算时间最接近的时间。
基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合时，采用线性拟合、对数拟合等拟合方式，以下结合附图4～附图7分别对基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合的情况和基于估算时间前的第二电压-时间数据进行对数拟合的情况进行说明。
1、线性拟合，如图4为双直线拟合图(即基于估算时间前的第二电压-时间数据进行直线拟合，以及基于估算时间后的第二电压-时间数据进行直线拟合)。图5是基于估算时间前的第二电压-时间数据进行直线拟合的拟合图(放大图),其拟合的确定系数R2＝0.8823。双自直线拟合优点在于拟合方便，而且保证拟合后的第二拟合函数和第三拟合函数的交点只有一个，无需判断第二拟合函数与第三拟合函数的交点数，可以直接以第二拟合函数与第三拟合函数的交点所对应的时间作为切换时间。
2、对数拟合，如图6为对数-直线拟合图(即基于估算时间前的第二电压-时间数据进行对数拟合，以及基于估算时间后的第二电压-时间数据进行直线拟合)。图7中是基于估算时间前的第二电压-时间数据进行对数拟合的拟合图，其中拟合的确定系数R2＝0.9901。对数-直线拟合的优点在于拟合的确定系数更接近1，其拟合的结果更接近实际值。
可选的，第一设定频率的值选取范围为大于等于1Hz且小于等于100Hz；第二设定频率的值选取范围为大于等于20KHz。通过相对高频采集的第二电压-时间数据用于计算超级电容放电过程中电压的切换时间；通过相对低频采集的第一电压-时间数据用于拟合第一拟合函数；再基于该切换时间和第一拟合函数得到直流内阻。其优点在于，通过相对高频采集的第二电压-时间数据计算超级电容放电过程中电压的切换时间，可以提高切换时间的准确度；而不是简单地按照目前的标准执行。
通过低频采集的第一电压-时间数据用于拟合第一拟合函数，再基于该切换时间和第一拟合函数得到直流内阻。依赖昂贵的高速采样设备，可以大规模的应用于超级电容的出厂检验和入厂检验，进而在保证精度的同时降低成本。
第一恒定电流I的值的选取范围大于等于(4*C*UR)mA且小于等于(400*C*UR)mA，其中，C表示所述超级电容的标称容量，单位为F，UR表示额定电压，单位为V；其中()mA表示括号内计算的结果单位置为mA，如(4*1F*1V)mA＝4mA。
可选的，所述第一电压-时间数据可以通过如下步骤获得：
以第一恒定电流将超级电容器充电至额定电压，并保持额定电压设定时间；
以第一恒定电流将超级电容器放电，并以第一设定频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第一电压-时间数据。
设定时间Tk的值可以满足：0.5min≤Tk≤60min；其中min表示分钟。
以第一恒定电流将超级电容器放电时不一定要全部放电，可以部分放电。作为可选，以第一恒定电流将超级电容器放电N％，其中10≤N≤100。
可选的，所述第二电压-时间数据通过如下步骤获得：
以第一恒定电流将超级电容器充电至额定电压，并保持额定电压设定时间；
以第一恒定电流将超级电容器放电，并以第二设定频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第二电压-时间数据。
设定时间Tk的值可以满足：0.5min≤Tk≤60min；其中min表示分钟。
以第一恒定电流将超级电容器放电时不一定要全部放电，可以部分放电。作为可选，以第一恒定电流将超级电容器放电N％，其中10≤N≤100。
以下对超级电容直流内阻测试方法的实际使用过程，做实例性说明：
实例性说明一，对象：5.5V 0.47F的超级电容器。该超级电容器用于充当临时备用电源和短时间供电的应急电源，给时钟芯片供电，它可以长时间给时钟芯片供电。
步骤一，以第一恒定电流4.7mA将超级电容器充电至额定电压5.5V，保持额定电压10分钟；
步骤二，以第一恒定电流4.7mA将超级电容器放电50％，并以500KHz的频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第二电压-时间数据；
步骤三，基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数；基于估算时间后的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第三拟合函数；
步骤四，基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间；
步骤五，重复步骤一至步骤四3次～5次，获得切换时间的平均值为35.53ms；
步骤六，以第一恒定电流4.7mA将超级电容器充电至额定电压5.5V，保持额定电压10分钟；
步骤七，以第一恒定电流4.7mA将超级电容器放电50％，并以10Hz的频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第二电压-时间数据；
步骤八，基于第一电压-时间数据进行线性拟合以获取第一拟合函数，第一拟合函数为U＝-1.03×10-2V/s*T+5.455V；T表示超级电容器的放电时间，U表示超级电容器在时间T的电压；
步骤九，基于第一拟合函数和切换时间获得超级电容器在切换时间的电压；
步骤十，根据第一恒定电流4.7mA、额定电压5.5V以及超级电容器在切换时间的电压计算获得直流内阻。
步骤九和步骤十用公式DCR＝{UR-(k*T+b)}/I实现；即直流内阻DCR＝{5.5V-(-1.03×10-2V/s*3.553×10-2s+5.455V)}/0.0047A＝9.652Ω。
现有技术方法二(IEC 62391.1-2015)计算直流内阻DCR＝(5.5V-5.455V)/0.0047A＝9.574Ω，两者仅相差0.8％，一致性很好；
现有技术方法二(DL/T 1652-2016)计算直流内阻DCR＝{5.5V-(-1.03×10-2V/s*1×10-2s+5.455)}/0.0047A＝9.596Ω，两者仅相差0.6％，一致性很好；
由此可见，对于较大内阻的超级电容，三种方法测试出来的结果非常接近。
实例性说明2，对象：5.5V 3.0F的超级电容器，用于充当峰值功率电源，辅助电池给智能仪表输出大的功率，支持其进行无线通讯。
步骤一，以第一恒定电流660mA将超级电容器充电至额定电压5.5V，保持额定电压30分钟；
步骤二，以第一恒定电流660mA将超级电容器放电50％，并以500KHz的频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第二电压-时间数据。
步骤三，基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数；基于估算时间后的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第三拟合函数；
步骤四，基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间；
步骤五，重复步骤一至步骤四3次～5次，获得切换时间的平均值为5.03ms；
步骤六，以第一恒定电流660mA将超级电容器充电至额定电压5.5V，保持额定电压10分钟；
步骤七，以第一恒定电流660mA将超级电容器放电50％，并以10Hz的频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第一电压-时间数据；
步骤八，基于第一电压-时间数据进行线性拟合以获取第一拟合函数，得到的第一拟合函数为U＝-0.6583V/s*T+5.478V；T表示超级电容器的放电时间，U表示超级电容器在时间T的电压；
步骤九，基于第一拟合函数和切换时间获得超级电容器在切换时间的电压；
步骤十，根据第一恒定电流4.7mA、额定电压5.5V以及超级电容器在切换时间的电压计算获得直流内阻。
步骤九和步骤十用公式DCR＝{UR-(k*T+b)}/I实现；即直流内阻DCR＝{5.5V-(-0.6583V/s*5.03×10-3s+5.478V)}/0.660A＝38.4mΩ。
现有技术方法一(IEC 62391.1-2015)计算的直流内阻DCR＝(5.5V-5.478V)/0.660A＝33.3mΩ，两者两者相差13.1％，，结果一致性不好；
现有技术方法二(DL/T 1652-2016)计算的直流内阻DCR＝{5.5V-(-0.65835.03×10-3V/s*1×10-2s+5.478V)}/0.660＝43.3Ω，两者相差12.9％，，结果一致性不好；
由此可见，对于低内阻的超级电容，本方法测试得到的结果更准确。对于一个固定型号的超级电容，只需要使用1次高速采样设备确定了切换时间后，后续的常规检验(出厂检验和入厂检验)都可以采用廉价的检测设备计算出准确的直流内阻DCR。
在本发明公开的一个实施例，一种切换时间算法，如图3所示，包括：
步骤S11：获取第二电压-时间数据，所述第二电压-时间数据为充电至额定电压的超级电容器在以第一恒定电流放电过程中以第二设定频率采集的电压-时间数据；
步骤S12：获取切换时间的估算时间；
步骤S13：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数；基于估算时间后的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第三拟合函数；
步骤S14：基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。
本实施例中一种切换时间算法的方法与超级电容直流内阻测试方法中切换时间的获取方法一致；可以参考超级电容直流内阻测试方法中切换时间的获取方法；本实施例不再详细描述。
在本发明公开的一个实施例，一种可读介质，其上存储有计算机程序，在所述程序被处理器执行时实现上述实施例中所述的切换时间算法。
在本发明公开的一个实施例，一种可读介质，其上存储有计算机程序，在所述程序被处理器执行时实现上述实施例中所述的超级电容直流内阻测试方法。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.超级电容直流内阻测试方法，其特征在于，包括：
获取第一电压-时间数据，所述第一电压-时间数据为在预设条件下以第一设定频率采集的电压-时间数据，所述预设条件为将充电至额定电压的超级电容器以第一恒定电流进行放电；
基于第一电压-时间数据进行线性拟合以获取第一拟合函数；
获取超级电容放电过程中电压的切换时间；在超级电容器放电过程中的电压-时间曲线分为曲线段和直线段；所述切换时间指的是曲线段转换为直线段时的时间节点；
根据第一拟合函数和切换时间计算获得超级电容器在切换时间的电压；
根据第一恒定电流、额定电压以及超级电容器在切换时间的电压计算获得直流内阻；
所述切换时间通过如下步骤获得：获取第二电压-时间数据，所述第二电压-时间数据为在预设条件下以第二设定频率采集的电压-时间数据，所述预设条件为将充电至额定电压的超级电容器以第一恒定电流进行放电；获取切换时间的估算时间；基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数；基于估算时间后的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第三拟合函数；基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。
2.如权利要求1所述的超级电容直流内阻测试方法，其特征在于，所述基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数包括：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第二拟合函数；或，所述基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数包括：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行对数拟合以获取第二拟合函数。
3.如权利要求1所述的超级电容直流内阻测试方法，其特征在于，所述获取切换时间的估算时间包括：基于第二电压-时间数据获取超级电容放电时的电压-时间曲线，根据电压-时间曲线中曲线段与直线段之间的界限获得估算时间。
4.如权利要求1所述的超级电容直流内阻测试方法，其特征在于，所述基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间包括：计算基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点，如果第二拟合函数与第三拟合函数的交点数为1，则获取该交点所对应的时间为切换时间；或,所述基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间包括：计算基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点，如果第二拟合函数与第三拟合函数的交点数大于1，则获取所有交点对应的时间中与估算时间最接近的时间作为切换时间；或,所述基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间包括：计算基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点，如果第二拟合函数与第三拟合函数的交点数等于0，则基于估算时间前的第二电压-时间数据采用新的拟合函数进行拟合以获取新的第二拟合函数，并根据新的第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。
5.如权利要求2所述的超级电容直流内阻测试方法，其特征在于，所述第一电压-时间数据通过如下步骤获得：以第一恒定电流将超级电容器充电至额定电压，并保持额定电压设定时间；以第一恒定电流将超级电容器放电，并以第一设定频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第一电压-时间数据；或，所述第二电压-时间数据通过如下步骤获得：以第一恒定电流将超级电容器充电至额定电压，并保持额定电压设定时间；以第一恒定电流将超级电容器放电，并以第二设定频率采集放电过程中的电压以获取超级电容放电过程中的第二电压-时间数据。
6.如权利要求5所述的超级电容直流内阻测试方法，其特征在于，所述第一设定频率的值大于等于1Hz且小于等于100Hz；所述第二设定频率的值大于等于20KHz；或，所述第一恒定电流I的值大于等于(4*C*U)mA且小于等于(400*C*U)mA，其中，C表示所述超级电容的标称容量，单位为F，U表示额定电压，单位为V；或，所述设定时间T的值大于等于0.5min且小于等于60min；或，所述以第一恒定电流将超级电容器放电包括：以第一恒定电流将超级电容器放电N％，其中10≤N≤100。
7.获取切换时间的方法，其特征在于，包括：获取第二电压-时间数据，所述第二电压-时间数据为在预设条件下以第二设定频率采集的电压-时间数据，所述预设条件为将充电至额定电压的超级电容器以第一恒定电流进行放电；获取切换时间的估算时间；基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数；基于估算时间后的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第三拟合函数；基于第二拟合函数与第三拟合函数的交点获取超级电容放电过程中电压的切换时间。
8.如权利要求7所述的获取切换时间的方法，其特征在于，所述基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数包括：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行线性拟合以获取第二拟合函数；或，所述基于估算时间前的第二电压-时间数据进行拟合以获取第二拟合函数包括：基于估算时间前的第二电压-时间数据进行对数拟合以获取第二拟合函数。
9.可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，在所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～8中任意一项所述的方法。
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