CN111103482A - 一种超级电容器的全自动测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容器的全自动测试方法，包括以下步骤：S1，通过电压检测装置采集初始电压U0并将初始电压U0数值传输到PLC进行自放电性能判定；S2，对超级电容器进行统一放电至指定电压U1；S3，对超级电容器进行恒电流I、恒时长t放电，通过电压检测装置采集放电末端电压U2的数据并传输到PLC进行电容量检测；S4，超级电容器先经放电电阻放电至低电压后，再短路放电至0V；S5，进行内阻检测。本发明还公开了一种超级电容器的全自动测试系统；本发明，实现了在全自动线上检测超级电容器的自放电、电容量、交流内阻三项基本电性能，PLC判读后自动分选，测试系统运行流畅、工作效率高、可靠性好，减少了人工作业，提升生产效率。

Description

一种超级电容器的全自动测试方法和系统

技术领域

本发明涉及超级电容器的测试领域，特别涉及一种超级电容器的全自动测试方法和系统。

背景技术

超级电容器现有的检测方法，需要分别进行自放电检测、电容量检测、和交流内阻ESRac检测。

自放电性能检测是对产品加电老化后，在常温或高温下搁置一段时间后检测的产品剩余电压，例如12H~72H后测电压，通过读取启动瞬间的电压值来判断自放电性能是否合格。超级电容器的交流内阻ESRac可用LCR仪直接读取。传统电容量检测方法，为单点夹取产品正负极进行测试，需要人工一个个上架、下架，人工效率影响大，因此电容量测试分选效率较低。

现有超级电容器的检测方法无法实现全自动测试，在测试时，产品上下架需要人工参与，因此测试效率低,人工成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种超级电容器的全自动测试方法，包括以下步骤：

S1，进行自放电检测：超级电容器在老化后，使用精密测试夹具夹住超级电容器的引脚，采集初始电压U0并将初始电压U0数值传输到PLC；将初始电压U0与PLC中预存的自放电性能电压阈值相比较，来判定自放电性能是否合格；

S2，若步骤S1的自放电性能合格，再进行电容量检测准备：若初始电压U0大于指定电压U1，则程控电路启动标准电阻对超级电容器进行电阻放电，直至超级电容器的电压统一放电至指定电压U1；

S3，在步骤S2后，若步骤S1的自放电性能合格，则进行电容量检测：在步骤S2后，通过恒流放电电源对超级电容器进行恒电流I、恒时长t放电，通过电压检测装置采集放电末端电压U2的数据并传输到PLC，将放电末端电压U2与PLC中预存的电容量检测电压阈值范围相比较，来判定电容量性能是否合格；否则，直接进入S4；

S4，超级电容器先经放电电阻放电至低电压后，再短路放电至0V；

S5，若步骤S3的电容量性能合格，进行内阻检测：通过LCR数字电桥检测超级电容器的交流内阻ESRac并将数据传输到PLC；将交流内阻ESRac与PLC中预存的交流内阻阈值相比较，来判定内阻性能是否合格。

根据本发明提供的全自动测试方法，若步骤S1的自放电性能不合格，则超级电容器经过步骤S4放电至0V后，PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入自放电NG分选盒；若步骤S3的电容量性能不合格，则超级电容器经过步骤S4放电至0V后，PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入电容量NG分选盒；若步骤S5检测到内阻性能不合格，则PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入内阻NG分选盒。

根据本发明提供的全自动测试方法，在所述步骤S3，PLC中预存有第一电容量检测电压阈值范围和第二电容量检测电压阈值范围；所述放电末端电压U2在第一电容量检测电压阈值范围时，所述超级电容器为A 等品；所述放电末端电压U2在第二电容量检测电压阈值范围时，所述超级电容器为B 等品。

根据本发明提供的全自动测试方法，若步骤S5检测到内阻性能合格，当所述放电末端电压U2在第一电容量检测电压阈值范围时，PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入容量A等品分选盒；当所述放电末端电压U2在第二电容量检测电压阈值范围时，PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入容量B等品分选盒。

根据本发明提供的全自动测试方法，在进行恒电流I、恒时长t放电时，所述恒电流I为50~6000mA，所述恒时长t为5~10s。

本发明还提供了一种超级电容器的全自动测试系统，包括机架、传料机构、检测装置、及控制系统；所述控制系统与检测装置通讯连接，所述检测装置包括程控电路、恒流放电电源、LCR数字电桥、精密测试夹具、放电电阻；所述控制系统包括PLC；所述程控电路实时监测超级电容器的电压并控制放电；所述全自动测试系统通过如上任一项所述的全自动测试方法来对超级电容器进行测试。

根据本发明提供的全自动测试系统，所述检测装置处包括依次设置的自放电检测工位、电容量检测工位、内阻检测工位。

根据本发明提供的全自动测试系统，所述全自动测试系统还包括分选盒，所述分选盒包括自放电NG分选盒、电容量NG分分选盒、容量A等品分选盒、容量B等品分选盒、内阻NG分选盒；所述每个分选盒处分别设置有电磁阀，所述电磁阀根据PLC的指令将超级电容器投入到相应的分选盒内。

根据本发明提供的全自动测试系统，所述检测装置还包括极性检测装置；所述传料机构包括气动夹具、绝缘平送轨道、电容器翻转装置、引脚整形装置、传送链、及传动轴，所述传送链上安装有塑料夹。

根据本发明提供的全自动测试系统，所述控制系统还包括变频器和机械传动装置，所述变频器控制传送链运转速度，所述机械传动装置带动传送链及传动轴。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明，将自放电、容量测试、内阻分选系统进行结合从而实现了在全自动线上检测超级电容器的自放电、电容量、交流内阻三项基本电性能，并可通过PLC判读后自动分选，测试系统运行流畅、工作效率高、可靠，减少了人工作业，提升生产效率。

本发明的容量分选通过检测产品电压来判定。由公式C=I*△T/△U可知，当电流I和放电时间△T恒定时，容量C与△U呈反比。本发明的全自动测试方法，通过先检测的产品初始电压U0，判定其自放电性能，然后用程控电路将产品放电至一定电压U1（例如2.0V），使所有待测容量产品的放电起始电压U1均相同，再以恒流、恒时长对产品放电，记录其放电末端电压U2。因为所有待测产品的U1相同，△U=U1-U2，则判定U2即可判定容量大小，本申请是将电压信号作为容量判断依据，设备无需计算容量值，通过监测到的电压值即可自动分选容量。本申请的测试方法只涉及产品放电，无充电过程，大大简化了容量测试工步。

本发明，控制系统的PLC根据事先设定的相关参数的分档范围对超级电容器的自放电、电容量、交流内阻进行分选，通过控制电磁阀动作将产品打入相应的分选盒中。实现了全自动分选。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种超级电容器的全自动测试方法的流程图一；

图2为本发明实施例一所述的一种超级电容器的全自动测试方法的流程图二；

图3为本发明实施例一所述的一种超级电容器的全自动测试方法的工位流程改进方案（包括图3-1、3-2、3-3）；

图4为本发明实施例一所述的一种超级电容器的全自动测试系统的工作原理示意图；

图5为本发明实施例二所述的一种超级电容器的全自动测试方法的流程图三；

图6为本发明实施例二所述的一种超级电容器的全自动测试方法的工位流程改进方案（包括图6-1、6-2）；

图7为本发明实施例二所述的一种超级电容器的全自动测试系统的工作原理示意图；

图8为本发明实施例二所述的一种超级电容器的全自动测试系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的作进一步说明：

实施例一：

实施例一如图1~图4所示。

在本实施例中，一种超级电容器的全自动测试系统，包括机架、传料机构、检测装置、控制系统。

检测装置包括极性检测装置、程控电路、恒流放电电源、LCR数字电桥、精密测试夹具、放电电阻。其中，程控电路实时监测超级电容器的电压并控制放电。检测装置处包括依次设置的自放电检测工位、电容量检测工位和内阻检测工位。

控制系统与检测装置通讯连接。控制系统包括PLC。

本发明可实现自放电检测、电容量检测和内阻检测的一体化全自动测试。以下对超级电容器的全自动测试方法进行说明，如图1所示。

S1，进行自放电检测：

超级电容器在老化后，通过传料机构送料至自放电检测工位处；

使用精密测试夹具夹住超级电容器的引脚后，通过电压检测装置采集初始电压U0，并将初始电压U0数值传输到PLC；

将初始电压U0与PLC中预存的自放电性能电压阈值相比较，来判定自放电性能是否合格；

S2，若步骤S1的自放电性能合格，再进行电容量检测准备：若初始电压U0大于指定电压U1，则程控电路启动标准电阻对超级电容器进行电阻放电，直至超级电容器的电压统一放电至指定电压U1；否则，若步骤S1的自放电性能不合格，直接进入S4；

S3，在步骤S2后，若步骤S1的自放电性能合格，则进行电容量检测：

通过恒流放电电源对超级电容器进行恒电流I、恒时长t放电；

通过电压检测装置采集放电末端电压U2的数据并传输到PLC；

将放电末端电压U2与PLC中预存的电容量检测电压阈值范围相比较，来判定电容量性能是否合格；

S4，超级电容器先经放电电阻放电至低电压后，再短路放电至0V；

S5，若步骤S3的电容量性能合格，进行内阻检测：通过LCR数字电桥检测超级电容器的交流内阻ESRac并将数据传输到PLC；将交流内阻ESRac与PLC中预存的交流内阻阈值相比较，来判定内阻性能是否合格。

步骤S3可判定超级电容器电容量性能是否合格。为了进一步对产品进行更细致地分类，还可以根据检测结果将产品分为A 等品和B等品。具体的，在所述步骤S3中，PLC中预存有第一电容量检测电压阈值范围和第二电容量检测电压阈值范围，当所述放电末端电压U2在第一电容量检测电压阈值范围时，所述超级电容器为容量A 等品；当所述放电末端电压U2在第二电容量检测电压阈值范围时，所述超级电容器为容量B 等品。

在检测装置之后还设置有分选盒。分选盒包括自放电NG分选盒、电容量NG分选盒、容量A等品分选盒、容量B等品分选盒、内阻NG分选盒。在每个分选盒处分别设置有相应的电磁阀。电磁阀与PLC通讯，PLC根据检测结果对被检测的超级电容器产品进行分类，并向相应的电磁阀发出指令，电磁阀根据PLC的指令将超级电容器投入到相应的分选盒内。

电压检测装置类似万用表，只检测电压值。

程控电路可以监测电容器的电压，并判断是否将产品连接到电阻进行放电。

步骤S4中的放电电阻是普通电阻，产品连接它就会释放电量，对放电终止电压不控制，只需要放电到低电压以确保安全性。步骤S2中的标准电阻是程控电路的组成部份，用以控制产品逐步放电至指定电压U1。

传料机构包括绝缘平送轨道、气动夹具、电容器翻转装置、引脚整形装置、传送链及传动轴。

控制系统还包括变频器和机械传动装置。

变频器控制传送链运转速度，机械传动装置带动传送链及传动轴，传送链上安装有塑料夹。超级电容器产品随着传送链向前传送。

为了更清楚地说明，具体实施例如下：

首先依据超级电容器的规格在PLC内设置相关的参数，例如，设定自放电性能电压阈值U0’为 2.1V，电容量检测电压阈值范围为1.3V~1.5V，交流内阻阈值ESR’为150mΩ。

判定标准为：

U0≥2.1V为自放电合格品；

步骤S2中超级电容器的电压统一放电至指定电压U1为2.0V ；

当1.50V≥U2≥1.40V 时为容量A等品，当1.40V＞U2≥1.30V 时为容量B等品，U2＜1.30V 及U2＞1.50V 为电容量不良品；

ESRac≤150mΩ为内阻合格品。

并将每个分选盒上方各自所对应的电磁阀预先输入PLC内。

然后启动电源，用气动夹具从排架上夹取整排老化后的带电产品，放到绝缘平送轨道上。绝缘平送轨道的出口与极性检测装置相接，极性检测装置上设有光电感应和转向器，通过光电感应区分正负引脚，由电机驱动转向器调整电容器正负引脚至正确朝向，以避免反向充放电。电容器翻转装置与极性检测装置末端相接，将电容器抓取后经两次摆转，将电容器引脚朝上，输送到传送链，同时机械传动轴顶开传送链上的塑料夹，夹取电容器。传料机构上设引脚整形装置将引脚撑开、压平整形。

如图2、图3、图4所示，传料机构将产品送料至自放电检测工位处进行步骤S1自放电检测，精密测试夹具夹住超级电容器的引脚后，电压检测装置采集老化后超级电容器产品的初始电压U0，并将初始电压U0的数值传输到PLC，PLC将初始电压U0与PLC中预存的自放电性能电压阈值U0’相比较，来判定自放电性能合格性。U0≥2.1V为自放电合格品；U0≥2.1V为自放电不良品。

自放电合格品进入步骤S2的放电流程，事先设定放电截止电压（指定电压）U1=2.0V。在放电流程，产品依次经过多个工位。在传送到每个工位时均检测电压，若检测到电压值＞U1，则程控电路启动标准电阻对产品放电，产品在每个工位上逐次放电，直至电压值=U1则放电停止，这使每个产品电压均为2.0V。当初始电压U0为2.05V时，超级电容器产品为自放电不良品，但其电压值＞U1，因此也放电到指定电压2.0V。

然后，自放电合格品通过导轨传输到容量测试工位。自放电不良品（自放电NG品）则留在自放电测试工位（第一闭环）继续传送至放电电阻处，使自放电不良品先放电至0.5V以下，再短路放电至0V，之后PLC控制电磁阀将自放电不良品打入相应的自放电NG分选盒。

进入容量测试工位的产品，进行步骤S3的电容量检测，以20~30个工位为一组，通过恒流电源对其恒电流I、恒时长t放电。根据产品容量大小，放电电流设置I为50~6000mA，放电时间t设置为5~10s。

超级电容器的容量C是指放电容量，通常以恒定电流I给电容器充电至额定电压Ur，恒压一定时间后再以恒流I放电，记录放电区间△U对应的时间区间△T，依据公式C=I*△T/△U，计算出产品容量C。现有技术通常设定I=4CUr。本发明，程控电路控制放电截止电压U1和放电电流I，可根据产品容量大小设定恒流电源放电时较常规方法的4CUr更大的电流I，例如，设定恒电流I为50~6000mA，以缩短测试时间。具体的，用于判定的标准电压与合适的放电电流I，可事先用常规容量测试设备检测容量对应关系后确定。

恒流放电后再通过电压检测装置采集检测放电末端电压U2，将放电末端电压U2的数据传输到PLC，PLC根据预先设定的分选标准将产品分为电容量合格品和电容量不良品（容量NG品），其中，电容量合格品又可细分为容量A等品、容量B等品。

容量测试为分组检测，放电期间产品停滞5~10s，再换下一组。容量测试完毕，容量合格品被传料机构传送到内阻测试工位（第三闭环）进行下一步检测。

在容量测试工位（第二闭环）向内阻测试工位（第三闭环）转移容量合格品的同时，自放电测试工位（第一闭环）也在向容量测试工位（第二闭环）转移自放电合格品。

进入内阻测试工位（第三闭环）的产品，执行步骤S4，经电阻放电至低电压后，再经短路放电至0V。

若产品的电容量性能合格，则进行步骤S5内阻检测，电容器在传送链上输送到数字电桥处检测ESRac，将交流内阻ESRac数据传输给PLC进行判定。PLC将交流内阻ESRac与PLC中预存的交流内阻阈值相比较，来判定内阻性能是否合格。

电容量不良品则留下在容量测试工位（第二闭环）传输到放电电阻处，使电容量不良品先放电至0.5V以下，再短路放电至0V，之后PLC控制电磁阀将电容量不良品打入相应电容量NG分选盒。

超级电容器在传送到相应的分选盒上方时，PLC开启设置在分选盒上方的电磁阀，顶针顶开塑料夹，超级电容器分别掉到相应的分选盒内：电容器的内阻不良品（内阻NG品）掉入内阻NG分选盒；内阻测试合格的容量A 等品掉入容量A等品分选盒；内阻测试合格的容量B 等品掉入容量B等品分选盒。

至此，最终完成对超级电容器产品的自放电性能、电容量性能、内阻性能的自动测试和分选。

自放电测试工位可以为自放电测试机架，容量测试工位可以为容量测试机架，内阻测试工位可以为内阻测试机架，在这三个机架处可分别进行自放电分选、容量分选、内阻分选。三个机架间有导轨连接，可进行产品输送；有数据传输，可性能进行综合分档。

分选盒为多个类似抽屉的盒子，设在传送链的下端及检测装置后侧。

本发明的容量分选通过检测产品电压来判定。由公式C=I*△T/△U可知，当电流I和放电时间△T恒定时，容量C与△U呈反比。本发明的全自动测试方法，通过先检测的产品初始电压U0，判定其自放电性能，然后用程控电路将产品放电至一定电压U1（例如2.0V），使所有待测容量产品的放电起始电压U1均相同，再以恒流、恒时长对产品放电，记录其放电末端电压U2。因为所有待测产品的U1相同，△U=U1-U2，则判定U2即可判定容量大小，本申请是将电压信号作为容量判断依据，设备无需计算容量值，通过监测到的电压值即可自动分选容量。本申请的测试方法只涉及产品放电，无充电过程，大大简化了容量测试工步。

本发明，将自放电、容量测试、内阻分选系统进行结合从而实现了在全自动线上检测超级电容器的自放电、电容量、交流内阻三项基本电性能，并可通过PLC判读后自动分选，测试系统运行流畅、工作效率高、可靠性好，减少了人工作业，提升生产效率。

本发明，控制系统的PLC根据事先设定的相关参数的分档范围对超级电容器的自放电、电容量、交流内阻进行分选，通过控制电磁阀动作将产品打入相应的分选盒中。实现了全自动分选。

本发明所述的自放电检测、容量检测、内阻检测分为三个机台，在实际应用中可灵活组合，根据需求测试1~3项性能。且不同机台间可传输数据实现联合判定。

实施例二

实施例二如图5~图8所示。

与实施例一不同的是，在本实施例中，将自放电测试工位、容量测试工位、内阻测试工位放在同一个机架上，集自放电、容量、内阻检测于一体。

老化排架上的带电产品通过气动夹具夹取放到绝缘平送轨道，经极性检测及调整后，由传送链输送至程控电路处，采集初始电压U0的数据传输到PLC判定自放电合格性。

之后按工位向前传输，在每个工位处监测产品电压，若电压大于U1（2.0V）时，则连接电阻放电，逐步放电至2.0V后停止放电。产品继续传送到恒流电源处，20~30个一组对产品进行恒电流、恒时长放电，采集放电结束电压U2，将数据传输到PLC对容量合格性进行判定。

容量检测完毕后产品继续传送，经放电电阻放电至0.5V以下，再短路放电至0V后，送到数字电桥处检测ESRac。经所有检测行程后，PLC将产品分档为自放电不良品、电容量不良品、内阻不良品、容量A 等品、容量B 等品等，通过控制电磁阀动作将产品掉到相应的分选盒中。

该替代方案可形象地称为单闭环系统。单闭环系统同样能满足自放电、容量、内阻性能分选，且机台结构简化，整体系统使工位更容易设计。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超级电容器的全自动测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，进行自放电检测：超级电容器在老化后，使用精密测试夹具夹住超级电容器的引脚，采集初始电压U0并将初始电压U0数值传输到PLC；将初始电压U0与PLC中预存的自放电性能电压阈值相比较，来判定自放电性能是否合格；

S2，若初始电压U0大于指定电压U1，则程控电路启动标准电阻对超级电容器进行电阻放电，直至超级电容器的电压统一放电至指定电压U1；

S3，在步骤S2后，若步骤S1的自放电性能合格，则进行电容量检测：通过恒流放电电源对超级电容器进行恒电流I、恒时长t放电，采集放电末端电压U2的数据并传输到PLC，将放电末端电压U2与PLC中预存的电容量检测电压阈值范围相比较，来判定电容量性能是否合格；否则，直接进入S4；

S4，超级电容器先经放电电阻放电至低电压后，再短路放电至0V；

S5，若步骤S3的电容量性能合格，进行内阻检测：通过LCR数字电桥检测超级电容器的交流内阻ESRac并将数据传输到PLC；将交流内阻ESRac与PLC中预存的交流内阻阈值相比较，来判定内阻性能是否合格。

2.如权利要求1所述的全自动测试方法，其特征在于，若步骤S1的自放电性能不合格，则超级电容器经过步骤S4放电至0V后，PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入自放电NG分选盒；

若步骤S3的电容量性能不合格，则超级电容器经过步骤S4放电至0V后，PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入电容量NG分选盒；

若步骤S5检测到内阻性能不合格，则PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入内阻NG分选盒。

3.如权利要求1所述的全自动测试方法，其特征在于，在所述步骤S3，PLC中预存有第一电容量检测电压阈值范围和第二电容量检测电压阈值范围；所述放电末端电压U2在第一电容量检测电压阈值范围时，所述超级电容器为A 等品；所述放电末端电压U2在第二电容量检测电压阈值范围时，所述超级电容器为B 等品。

4.如权利要求3所述的全自动测试方法，其特征在于，若步骤S5检测到内阻性能合格，

当所述放电末端电压U2在第一电容量检测电压阈值范围时，PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入容量A等品分选盒；当所述放电末端电压U2在第二电容量检测电压阈值范围时，PLC控制电磁阀将相应的超级电容器放入容量B等品分选盒。

5.如权利要求1所述的全自动测试方法，其特征在于，在进行恒电流I、恒时长t放电时，所述恒电流I为50~6000mA，所述恒时长t为5~10s。

6.一种超级电容器的全自动测试系统，其特征在于，包括机架、传料机构、检测装置、及控制系统；所述控制系统与检测装置通讯连接，所述检测装置包括程控电路、恒流放电电源、LCR数字电桥、精密测试夹具、放电电阻；所述控制系统包括PLC；所述程控电路实时监测超级电容器的电压并控制放电；所述全自动测试系统通过权利要求1~5任一项所述的全自动测试方法来对超级电容器进行测试。

7.如权利要求6所述的全自动测试系统，其特征在于，所述检测装置处包括依次设置的自放电检测工位、电容量检测工位、和内阻检测工位。

8.如权利要求6所述的全自动测试系统，其特征在于，所述全自动测试系统还包括分选盒，所述分选盒包括自放电NG分选盒、电容量NG分选盒、容量A等品分选盒、容量B等品分选盒、内阻NG分选盒；所述每个分选盒处分别设置有电磁阀，所述电磁阀根据PLC的指令将超级电容器投入到相应的分选盒内。

9.如权利要求6所述的全自动测试系统，其特征在于，所述检测装置还包括极性检测装置；所述传料机构包括气动夹具、绝缘平送轨道、电容器翻转装置、引脚整形装置、传送链、及传动轴，所述传送链上安装有塑料夹。

10.如权利要求9所述的全自动测试系统，其特征在于，所述控制系统还包括变频器和机械传动装置，所述变频器控制传送链运转速度，所述机械传动装置带动传送链及传动轴。

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