基于RC自然放电的超级电容可变电容模型参数测定方法

摘要

本发明公开了一种基于RC自然放电的超级电容可变电容模型参数测定方法，解决了传统的超级电容器参数测量方法复杂，成本较高，很难实现不同电容器组的扩展测量的问题。由直流充电电源（1）、充电电源开关（2）和防反充电二极管（3）组成充电系统，为超级电容器SC（4）充电；超级电容器SC（4）与放电开关（5）、线路电阻（6）和负载电阻（7）组成放电回路；电流记录表（8）和电压记录表（9）分别用于记录放电时超级电容SC（4）的输出电流和电压；详细考虑了超级电容放电电流，负载电阻功率和线路电阻影响，提出了一种适用于不同型号超级电容可变电容模型参数测定的装置，简化了测量步骤，减少了测量装置的成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于RC自然放电的超级电容可变电容模型参数测定装置，适用于不同型号超级电容器(组)的可变电容模型参数测定。

背景技术

超级电容作为一项能量存储技术，提出了一种能在短时间内完成能量存储和释放的方法，在分布式发电和可再生能源应用中有着重要的作用。然而，商业化生产的超级电容，仅给出统一的电容值和内阻值来表示，并且有较大的修正误差。实验证明超级电容的电容值会随其电压变化，同时作为储能设备，超级电容一般要经过串并联后形成超级电容器组来使用。这种情况下依然使用厂商提供的电容值和内阻值来表示超级电容，则会造成预期结果与实际的工作情况有较大偏差。可变电容模型在原有电容串联内阻模型的基础上加入了并联的压控可变电容，准确描述了超级电容的电容值随电压变化特性。然而，对相关参数的测定则需要对超级电容进行恒流放电，需要特殊的恒流放电装置对放电电流进行控制。对于不同型号和电压等级的超级电容器(组)则需要不同的恒流放电装置来配合参数测定，扩展性不强。因此，传统的超级电容器参数测量装置结构和方法相对复杂，成本较高，很难实现不同电容器组的扩展测量。

发明内容

本发明提供了一种基于RC自然放电的超级电容可变电容模型参数测定方法，解决了传统的超级电容器参数测量方法复杂，成本较高，很难实现不同电容器组的扩展测量的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种基于RC自然放电的超级电容可变电容模型参数测定方法，包括以下步骤：

第一步、由直流充电电源(1)、充电电源开关(2)和防反充电二极管(3)组成充电系统，为超级电容器SC(4)充电；超级电容器SC(4)与放电开关(5)、线路电阻(6)和负载电阻(7)组成放电回路；电流记录表(8)和电压记录表(9)分别用于记录放电时超级电容SC(4)的输出电流和电压；

第二步、选择负载电阻(7)的电阻值R_load和功率P_load的基准值分别为：

第三步、将放电开关(5)置于断开位置，设置直流充电电源(1)电压为被测的超级电容器SC(4)的额定工作电压V_SCN与防反充电二极管(3)导通额定压降压V₃之和：即V_SCN+V₃，直流充电电源(1)电流为被测的超级电容器SC(4)的连续工作电流I_SCN的一半，将充电电源开关(2)置于闭合位置，对超级电容器SC(4)进行充电；

第四步、观察电压记录表(9)的电压示数，当示数上升至超级电容器SC(4)的额定工作电压V_SCN，直流充电电源(1)的输出电流减小为1％的超级电容器SC(4)的连续工作电流I_SCN时，断开充电电源开关(2)，等待5分钟以避免超级电容电荷重新分配现象；

第五步、闭合放电开关(5)，通过负载电阻(7)对超级电容器SC(4)进行RC自然放电，并利用电流记录表(8)和电压记录表(9)分别记录放电时超级电容器SC(4)的输出电流和电压；

第六步、绘制超级电容器SC(4)的自然放电曲线，测量t₀时刻，初始压降ΔV和初始电流I₀，计算超级电容可变电容模型中的内阻R_SC为：

第六步、从超级电容RC自然放电曲线中的电压曲线上选取两点P₁(V₁，t₁)和P₂(V₂，t₂)，其中V₁为2/3的超级电容器SC(4)的额定工作电压V_SCN，V₂分别为1/3的超级电容器SC(4)的额定工作电压V_SCN，根据以下公式计算可变电容模型的初始电容值C₀和电压控制系数k_V：

其中，

R₆+R₇＝R_total-R_SC；

本发明在测量单一超级电容参数的基础上，还可以通过提高充电电源等级和调整放电回路中负载电阻和放电开关来实现对不同串并联组合的超级电容器组可变电容模型参数的测定。

本发明详细考虑了超级电容放电电流，负载电阻功率和线路电阻影响，提出了一种适用于不同型号超级电容可变电容模型参数测定的装置，简化了测量步骤，减少了测量装置的成本。

附图说明

图1所示为RC自然放电超级电容可变电容参数测定装置示意图；

图2所示为超级电容RC自然放电曲线图；

图3所示为超级电容可变电容模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种基于RC自然放电的超级电容可变电容模型参数测定方法，包括以下步骤：

第一步、由直流充电电源(1)、充电电源开关(2)和防反充电二极管(3)组成充电系统，为超级电容器SC(4)充电；超级电容器SC(4)与放电开关(5)、线路电阻(6)和负载电阻(7)组成放电回路；电流记录表(8)和电压记录表(9)分别用于记录放电时超级电容SC(4)的输出电流和电压；

第二步、选择负载电阻(7)的电阻值R_load和功率P_load的基准值分别为：

第三步、将放电开关(5)置于断开位置，设置直流充电电源(1)电压为被测的超级电容器SC(4)的额定工作电压V_SCN与防反充电二极管(3)导通额定压降压V₃之和：即V_SCN+V₃，直流充电电源(1)电流为被测的超级电容器SC(4)的连续工作电流I_SCN的一半，将充电电源开关(2)置于闭合位置，对超级电容器SC(4)进行充电；

第四步、观察电压记录表(9)的电压示数，当示数上升至超级电容器SC(4)的额定工作电压V_SCN，直流充电电源(1)的输出电流减小为1％的超级电容器SC(4)的连续工作电流I_SCN时，断开充电电源开关(2)，等待5分钟以避免超级电容电荷重新分配现象；

第五步、闭合放电开关(5)，通过负载电阻(7)对超级电容器SC(4)进行RC自然放电，并利用电流记录表(8)和电压记录表(9)分别记录放电时超级电容器SC(4)的输出电流和电压；

第六步、绘制超级电容器SC(4)的自然放电曲线，测量t₀时刻，初始压降ΔV和初始电流I₀，计算超级电容可变电容模型中的内阻R_SC为：

第六步、从超级电容RC自然放电曲线中的电压曲线上选取两点P₁(V₁，t₁)和P₂(V₂，t₂)，其中V₁为2/3的超级电容器SC(4)的额定工作电压V_SCN，V₂分别为1/3的超级电容器SC(4)的额定工作电压V_SCN，根据以下公式计算可变电容模型的初始电容值C₀和电压控制系数k_V：

其中，

R₆+R₇＝R_total-R_SC；