CN204462257U - 超级电容器容量和直流内阻检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种测量精度较高、可靠性高、体积小、工作效率高、一致性好、可同时对多只超级电容器单体进行检测的超级电容器容量和直流内阻检测装置，包括一个主控制器及多个功率控制单元，主控制器的输入端连接有上位机触摸屏，每个功率控制单元分别由采样电路、控制电路和放电电路构成，其特殊之处是：主控制器自带有A/D转换器和两路CAN通信接口，采样电路由电流传感器构成，电流传感器的末端与主控制器的A/D转换器接口连接；控制电路由通过高速光电耦合器接在主控制器输出端的MOSFET驱动器构成；放电电路包括由串联的大功率电感L1和电容C2、与电容C2并联的起阻抗匹配作用的电阻R3组成的电流平波电路、钳位电阻R1、放电电阻R2、MOSFET Q1和二极管D1。
Description
技术领域
本实用新型涉及超级电容器检测装置，尤其涉及一种超级电容器容量和直流内阻检测装置，可同时对四只及四只以上超级电容器进行检测。
背景技术
在电动汽车或混合电动汽车中，以及在风力发电机、船舶、生产、航天卫星等领域，广泛使用电动机作为动力源，作为该大型电动机的电力源，启动时需要瞬间提供较大的电流，这就需要组合多个超级电容器单体或由超级电容器单体构成的超级电容器模组。超级电容器单体或超级电容器模组的容量和内阻的偏差直接影响到了大型超级电容器模组的整体性能以及参数指标，对后期在各个领域上的使用造成不可估量的影响，为了提高整体超级电容模组的可靠性以及达到固定参数指标，故需要对每只超级电容器单体或超级电容器模组的容量和直流内阻进行精确的测量。故本实用新型有着重大的作用及意义。
测量超级电容器单体或超级电容器模组的方法有多种，应用较多的是通过对超级电容器单体或超级电容器模组进行恒流充电，通过采集充电点电压、截止点的电压和回弹电压进行计算，得出相应的容量和直流内阻。以恒流充电方式测量超级电容器容量和直流内阻的方案结构复杂，选用的开关器件较多，成本过高，恒流充电时纹波系数较大，测量精度相对较低，而且对超级电容器的损伤较大。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种超级电容器容量和直流内阻检测装置，测量精度较高，可靠性高，体积小，工作效率高，一致性好，可同时对多只超级电容器单体容量和直流内阻进行检测并存储测量数据。
本实用新型涉及的超级电容器容量和直流内阻检测装置，包括一个主控制器及多个功率控制单元，主控制器的输入端连接有用于发送装置启动和停止指令的上位机触摸屏，每个功率控制单元分别由采样电路、控制电路和放电电路构成，其特殊之处是：主控制器自带有A/D转换器和两路CAN通信接口，主控制器与上位机触摸屏之间通过CAN总线进行通信，采样电路由串联于放电电路中的电流传感器构成，电流传感器的末端与主控制器的A/D转换器接口连接，A/D转换器用于采集电流传感器末端输出的模拟量以及超级电容器单体正负极两端的电压值；控制电路由通过高速光电耦合器接在主控制器输出端的MOSFET驱动器构成；放电电路包括由串联的大功率电感L1和电容C2、与电容C2并联的起阻抗匹配作用的电阻R3组成的电流平波电路、钳位电阻R1、放电电阻R2、MOSFET Q1和二极管D1，放电电阻R2和MOSFET Q1的漏极和源极串联后与电容C2并联，MOSFET Q1的栅极与MOSFET驱动器输出端连接，钳位电阻R1接在MOSFET Q1的栅级和源极之间。
本实用新型的有益效果是：
1、放电电路采用由主控制器输出PWM信号的方式控制MOSFET的开启和关断，利用由大功率电感和电解电容组成的电流平波电路对超级电容进行恒流放电，当MOSFET开启时，电感中流过较大的电流，对超级电容器进行放电，当MOSFET关断时，通过电容和电阻之间的阻抗匹配防止电流迅速跌落，最终实现以恒定电流放电的效果，主控制器通过记录其放电起始电压、截止电压、回弹电压以及放电时间计算出超级电容器的容量和直流内阻，提高了检测精度，降低了对超级电容器的损伤。
2、主控制器输出的PWM信号与功率控制单元中的MOSFET驱动器之间通过高速光电耦合器进行连接，提高了电路的可靠性和安全性。
3、选用自带A/D转换器和两路CAN通信接口的主控制器，这样使整个电路与原有的电路相比大大减少外部电路器件成本与空间，减小体积。
4、采用多个功率控制单元，一致性好，可同时对多只超级电容器单体容量和直流内阻进行检测并存储测量数据；采样电路的末端直接与主控制器本身自带的A/D转换器连接，这样完全保证了电压和电流值采集的准确性，不但得到准确的电压和电流值，也减小了主控制器内部的计算。
附图说明
图1是本实用新型的系统图；
图2是本实用新型的单个功率控制单元电路原理图；
图3是本实用新型的放电电路原理图。
图中：1－放电电路，2－超级电容器单体，3－电流传感器，4－高速光电耦合器，5－MOSFET驱动器，6－A/D转换器，7－上位机触摸屏，8－CAN通信接口，9－主控制器，10－适配电源。
具体实施方式
如图所示，该超级电容器容量内阻检测装置包括一个主控制器9和多个功率控制单元（功率控制单元1…功率控制单元n）以及一个上位机触摸屏7，主控制器9自带A/D转换器6和两路CAN通信接口8并由适配电源10供电，所述A/D转换器的参考电压为4.096V基准电压。每个功率控制单元分别由采样电路、控制电路和放电电路构成。采样电路由串联于放电电路中的电流传感器3构成，电流传感器3末端通过A/D转换器6与主控制器9接口连接， 检测时超级电容器单体2通过电流传感器3与放电电路串联，A/D转换器6用于采集电流传感器3末端输出的模拟量以及超级电容器单体2正负极两端的电压值。控制电路由通过高速光电耦合器4（控制频率1M）接在主控制器9输出端的MOSFET驱动器5构成，通过高速光电耦合器4对主控制器9与功率控制单元进行了有效的隔离。放电电路包括由大功率电感L1和电容C1、与电容C1并联的起阻抗匹配作用的电阻R3组成的电流平波电路101、钳位电阻R1、放电电阻R2和MOSFET Q1及二极管D1；放电电阻R2和MOSFET Q1的漏极和源极串联后与电容C1并联，MOSFET Q1的栅极与MOSFET驱动器5输出端连接，钳位电阻R1接在MOSFET Q1的栅级和源极之间。所述放电电路放电时主控制器9输出PWM信号的方式控制MOSFET Q1的开启和关断，使得电流处于恒定的值，当MOSFET Q1开启时，电感L1中流过较大的电流，对超级电容器进行放电，当MOSFET Q1关断时，电容C2、电阻R3和大功率电感L1之间组成电流平波电路，防止电流迅速跌落，最终实现以恒定电流放电的效果。放电电路1中的钳位电阻R1对MOSFET Q1起到钳位的作用，MOSFET Q1的栅极和源极产生一定偏压，使得MOSFET Q1能够完全导通和关断。放电电阻R2为大功率电阻，放电过程中放电电阻R2以热量形式将电能释放。所述的主控制器9采用单片机，主控制器9本身带有两路CAN通信接口8，主控制器9通过CAN通信接口8与上位机触摸屏7连接，进行数据传输。所述A/D转换器6 、两路CAN通信接口8与主控制器9集成在一起，用来实现数据传输。主控制器9通过记录超级电容器单体2的放电起始电压、截止电压、回弹电压以及放电时间计算出超级电容器的容量和直流内阻计算超级电容器单体的容量和直流内阻。
Claims (1)
1.超级电容器容量和直流内阻检测装置，包括一个主控制器及多个功率控制单元，主控制器的输入端连接有用于发送装置启动和停止指令的上位机触摸屏，每个功率控制单元分别由采样电路、控制电路和放电电路构成，其特征是：主控制器自带有A/D转换器和两路CAN通信接口，主控制器与上位机触摸屏之间通过CAN总线进行通信，采样电路由串联于放电电路中的电流传感器构成，电流传感器的末端与主控制器的A/D转换器接口连接，A/D转换器用于采集电流传感器末端输出的模拟量以及超级电容器单体正负极两端的电压值；控制电路由通过高速光电耦合器接在主控制器输出端的MOSFET驱动器构成；放电电路包括由串联的大功率电感L1和电容C2、与电容C2并联的起阻抗匹配作用的电阻R3组成的电流平波电路、钳位电阻R1、放电电阻R2、MOSFET Q1和二极管D1，放电电阻R2和MOSFET Q1的漏极和源极串联后与电容C2并联，MOSFET Q1的栅极与MOSFET驱动器输出端连接，钳位电阻R1接在MOSFET Q1的栅级和源极之间。
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