CN110346651A - 超级电容器模组容量内阻测试仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容器模组容量内阻测试仪及其检测方法，其中测试仪包括控制电路模块、检测电路模块、放电控制模块、辅助电源、容量显示模块和ESR显示模块。由辅助电源供电，检测电路模块测试线连接至电容正、负极上，放电控制模块一端接地，控制电路模块中核心运算单元对放电控制模块进行智能操作，周期性地使电容泄出电荷，放电期间，控制电路模块通过检测电路模块所传回的监测数据，结合超级电容放电特性，对电容实际容量实时计算及检测超级电容内部等效串联电阻，完毕后，向容量显示、ESR显示模块提供信号。本发明无需将后备电源电量全部放空，耗时更短，数据更加精准，有效鉴定超级电容器模组劣化情况及寿命评估。

Description

超级电容器模组容量内阻测试仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及电力系统分析领域，特别涉及配电自动化技术研究领域，尤其是一种超级电容器模组容量内阻测试仪及其检测方法。

背景技术

配电自动化的核心功能在于发生故障时进行数据交互、指令接受及开关动作。这就对后备电源的输出功率、存储容量提出了较高要求，在针对其容量损耗及衰减方面也提出了相应的要求。目前自动化装置后备电源的选取，主要以蓄电池、超级电容为主，对于蓄电池的检测手段十分成熟。

但对以超级电容为后备电源的研究尚存在一些问题，主要问题体现在以下几个方面：

(1)超级电容目前的检测、测量缺乏有效手段；

(2)对投产运行时间长的模组容量缺乏有效测试采样及衰损分析；

(3)对于投入运行的超级电容数据无法在线实时采集；

(4)运行异常的超级电容器无法快速探伤。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种超级电容器模组容量内阻测试仪及其检测方法，其操作便捷，随插随用，与传统蓄电池、UPS检测手段相比，无需将后备电源电量全部放空，耗时更短，数据更加精准，有效鉴定超级电容器模组劣化情况及寿命评估。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种超级电容器模组容量内阻测试仪及其检测方法，该超级电容器模组容量内阻测试仪包括电连接在一起的控制电路模块、检测电路模块、放电控制模块、辅助电源、容量显示模块和ESR显示模块；运行过程中由外部的辅助电源作为供电电源，检测电路模块的测试线连接到被测超级电容器模组的正、负极上，放电控制模块一端接地，由控制电路模块中核心运算单元对放电控制模块进行智能操作，周期性地使被测超级电容器模组泄出电荷，放电期间，控制电路模块通过检测电路模块所传回的监测数据，结合超级电容放电特性，对被测超级电容器模组实际容量进行实时计算，同时检测被测超级电容器模组内部等效串联电阻，核心运算单元在实时容量计算与电阻检测完毕后，向置于外部的容量显示模块与ESR显示模块提供数字信号，供运维人员实时查看；

该检测方法，包括以下步骤：

1)被测超级电容器模组连接至超级电容器模组容量内阻测试仪(以下简称测试仪)，测试仪内置放电控制模块；

2)静电容量计算

a)测试开关闭合后，放电控制模块使被测超级电容器模组持续放电；

b)记录被测超级电容器模组的放电电流I₁；

c)取放电时间t₁的电压值记为U₁，放电时间t₂的电压值记为U₂；

d)记录被测超级电容器模组电压从U₁至U₂之间的放电时间t₂-t₁；

e)按公式(1)计算被测超级电容器模组的静电容量C；

C＝I₁·(t₂-t₁)/(U₁-U₂) (1)；

3)直流内阻计算

a)测试开关闭合后，放电控制模块使被测超级电容器模组持续放电一定时间，放电截止；

b)记录被测超级电容器模组的放电电流I₂；

c)取截止放电前电压值记为U₃；

d)记录被测超级电容器模组放电截止后5s的反弹电压值记为U₄；

e)按公式(2)计算被测超级电容器模组的直流内阻R；

R＝(U₄-U₃)/I₂ (2)。

本发明的有益效果是：本发明进一步完善了对超级电容作为后备电源时的内阻测量、容量探查、回路分析、工况研判等检测手段，可使运维人员在其备电状况下正确评估超级电容器的工况、寿命、内阻等各项状态，提升配电自动化后备电源保障水平。通过应用本发明可进一步保障配网自动化装置在电源失电时后备电源可靠稳定，终端可靠上送信号，进一步保障配电自动化自愈功能正常动作，提高地区电网运行安全性及可靠性，有助于提高电网供电可靠性和安全运行控制水平。本发明对于促进社会经济的发展以及生产水平的提高，有着非常深远的意义。

附图说明

图1为本发明超级电容器模组容量内阻测试仪的拓扑结构框图；

图2为本发明中静电容量计算的原理图；

图3为本发明中直流内阻计算的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

如图1所示，本发明中的超级电容器模组容量内阻测试仪，包括电连接在一起的控制电路模块、检测电路模块、放电控制模块、辅助电源、容量显示模块和ESR显示模块。本发明以现有的智能电网蓄电池、UPS检测分析手段为基础，结合超级电容自身特性，新开发检测控制回路、专用采样回路、ESR专用采集回路一体式测量仪器。仪器在运行过程中，由外部辅助电源对测试仪进行供电，检测电路模块测试线连接至电容正、负极上，放电控制模块一端接地，运行过程中控制电路核心运算单元对放电控制模块进行智能操作，周期性地使电容泄出电荷，放电期间，控制电路模块通过检测电路模块所传回的监测数据，结合超级电容放电特性，实现对电容实际容量实时计算与检测超级电容内部等效串联电阻的功能，在实时容量计算与电阻检测完毕后，向测试仪的容量显示与ESR显示模块提供数字信号，供运维人员查看。本发明涉及的新式设备属检修类仪器，采取傻瓜式操作方法，随插随用，与传统蓄电池、UPS检测手段相比，无需将后备电源电量全部放空，耗时更短，数据更加精准，有效鉴定超级电容器模组劣化情况及寿命评估。

一种基于超级电容器模组容量内阻测试仪的检测方法，包括以下步骤：

1)被测超级电容器模组连接至测试仪，测试仪内置放电控制模块；

2)静电容量计算，如图2所示；

a)测试开关闭合后，放电控制模块使被测超级电容器模组持续放电；

b)记录被测超级电容器模组的放电电流I₁；

c)取放电时间t₁的电压值记为U₁，放电时间t₂的电压值记为U₂；

d)记录被测超级电容器模组电压从U₁至U₂之间的放电时间t₂-t₁；

e)按公式(1)计算被测超级电容器模组的静电容量C；

C＝I₁·(t₂-t₁)/(U₁-U₂) (1)；

3)直流内阻计算,如图3所示；

a)测试开关闭合后，放电控制模块使被测超级电容器模组持续放电一定时间，放电截止；

b)记录被测超级电容器模组的放电电流I₂；

c)取截止放电前电压值记为U₃；

d)记录被测超级电容器模组放电截止后5s的反弹电压值记为U₄；

e)按公式(2)计算被测超级电容器模组的直流内阻R；

R＝(U₄-U₃)/I₂ (2)。

本发明进一步完善了对超级电容作为后备电源时的内阻测量、容量探查、回路分析、工况研判等检测手段，可使运维人员在其备电状况下正确评估超级电容器的工况、寿命、内阻等各项状态，提升配电自动化后备电源保障水平。通过应用本发明可进一步保障配网自动化装置在电源失电时后备电源可靠稳定，终端可靠上送信号，进一步保障配电自动化自愈功能正常动作，提高地区电网运行安全性及可靠性，有助于提高电网供电可靠性和安全运行控制水平。本发明对于促进社会经济的发展以及生产水平的提高，有着非常深远的意义。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (1)

1.一种超级电容器模组容量内阻测试仪及其检测方法，其特征在于，该超级电容器模组容量内阻测试仪包括电连接在一起的控制电路模块、检测电路模块、放电控制模块、辅助电源、容量显示模块和ESR显示模块；运行过程中由外部的辅助电源作为供电电源，检测电路模块的测试线连接到被测超级电容器模组的正、负极上，放电控制模块一端接地，由控制电路模块中核心运算单元对放电控制模块进行智能操作，周期性地使被测超级电容器模组泄出电荷，放电期间，控制电路模块通过检测电路模块所传回的监测数据，结合超级电容放电特性，对被测超级电容器模组实际容量进行实时计算，同时检测被测超级电容器模组内部等效串联电阻，核心运算单元在实时容量计算与电阻检测完毕后，向置于外部的容量显示模块与ESR显示模块提供数字信号，供运维人员实时查看；

该检测方法，包括以下步骤：

1)被测超级电容器模组连接至测试仪，测试仪内置放电控制模块；

2)静电容量计算

a)测试开关闭合后，放电控制模块使被测超级电容器模组持续放电；

b)记录被测超级电容器模组的放电电流I₁；

c)取放电时间t₁的电压值记为U₁，放电时间t₂的电压值记为U₂；

d)记录被测超级电容器模组电压从U₁至U₂之间的放电时间t₂-t₁；

e)按公式(1)计算被测超级电容器模组的静电容量C；

C＝I₁·(t₂-t₁)/(U₁-U₂) (1)；

3)直流内阻计算

a)测试开关闭合后，放电控制模块使被测超级电容器模组持续放电一定时间，放电截止；

b)记录被测超级电容器模组的放电电流I₂；

c)取截止放电前电压值记为U₃；

d)记录被测超级电容器模组放电截止后5s的反弹电压值记为U₄；

e)按公式(2)计算被测超级电容器模组的直流内阻R；

R＝(U₄-U₃)/I₂ (2)。