基于交流注入法的超级电容器内阻检测装置研究

摘要

超级电容器在很多领域得到了广泛应用，但是随着使用时间的增长，其性能会出现下降，如不对其进行实时监测，可能会造成非常严重的后果。超级电容器有很多重要的电气参数，但是大多参数都不能准确反映其性能，内阻就是能够反映其性能变化的参数之一，当超级电容器出现性能退化或失效时其内阻相比于产品的额定内阻会出现明显变化。
　　超级电容器内阻值非常小，大约在mΩ级，所以设计过程中要尽量克服工频信号等干扰对测量精度的影响；超级电容器的容量范围在0.1F~1000F，所以设计时一定要考虑安全性。
　　本文所设计的超级电容器内阻检测装置是基于交流注入法的原理，并在其基础上加以改进来实现的，弥补了传统交流注入法的不足。该检测系统由交流恒流源模块、交流差分放大电路模块、模拟乘法器模块、低通滤波模块、A/D转换模块以及单片机控制模块等重要模块组成。
　　应用 MATLAB软件建立检测系统仿真模型，仿真结果与被测超级电容器额定内阻一致，说明该检测系统原理正确，方案可行；加入工频干扰信号重新进行仿真，仿真结果不变，说明该方案可以有效抑制工频信号干扰。
　　接下来对系统各硬件模块进行设计，对系统中一些重要模块进行仿真和试验，保证了其精度和稳定性满足设计需求。对PC机软件模块进行设计，设计程序流程图，根据程序流程图完成了软件编程。
　　对检测系统进行调试，测试检测系统性能。应用检测系统对被测超级电容进行试验，检测结果与超级电容器额定内阻相比，误差范围不到±1％，说明检测结果可以作为超级电容器的内阻值，该检测系统能够准确检测超级电容器内阻。最后简单分析了测量误差产生的可能原因。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2国内外超级电容器测试技术研究现状

1.3研究目的及意义

1.4主要研究内容

第2章 超级电容器等效串联内阻检测

2.1超级电容器的等效模型

2.2影响超级电容器内阻的因素

2.3超级电容器等效串联内阻测量方法比较

2.4实验装置检测原理

2.5方案可行性分析与判断

2.6本章小结

第3章 超级电容器内阻测量系统电路设计

3.1交流恒流源电路设计

3.2交流差分放大电路模块设计

3.3模拟乘法器模块电路设计

3.4低通滤波电路模块设计

3.5 A/D转换电路模块设计

3.6单片机系统模块电路设计

3.7 PC机通信软件模块设计

3.8本章小结

第4章 超级电容器检测系统性能调试

4.1正弦信号发生器电路性能测试

4.2交流恒流源电路性能调试

4.3低通滤波电路性能调试

4.4检测系统调试

4.5本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A

附录B