[發明專利]一種超級電容電壓檢測系統

在審

• 申請號: 201711068970.5
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107861002A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 楊建勛;魯通;楊煒;陳月陵
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所無錫分所
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R19/25
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 張玉紅

技術領域

本發明涉及電壓測量技術領域，具體是一種超級電容電壓檢測系統，特別涉及一種陣列式儲能系統中超級電容電壓充放電特性及工作過程中電壓檢測。

背景技術

隨著材料技術的發展和工藝進步，低壓大容量的超級電容得以面世。超級電容具有能量密度高、壽命長等優點，被廣泛應用在電動汽車、微網儲能、光伏發電、軌道交通和軍事設備等領域。近年來，國家對儲能技術的大力推廣，超級電容將有著更加廣闊的發展空間。

超級電容在出廠前需要進行測試，包括容值、電壓保持能力、充放電效率、漏電流和內阻等方面測試。傳統測試過程中，需要工作人員將測試數據逐一記錄，輸入到計算機，然后進行運算。當需要測試的超級電容數量變多時，該方式需要耗費大量的時間，難以滿足企業的生產要求。

目前，國內對超級電容的研究較為廣泛，例如專利號為CN103630773A專利公開了一種超級電容管理系統的監測裝置，該裝置采用單片機作為控制芯片，實現對超級電容電壓、漏電流和電流的監測，但是裝置測量電壓的是超級電容組的總電壓，不能對單個超級電容電壓進行有效檢測。專利號為CN105304346A專利公開了一種基于CAN總線通信的超級電容監控系統，該系統通過檢測超級電容的電壓、電流和溫度的數據，實現超級電容工作狀態的判斷，但是該系統僅用于故障狀態的判斷，數據存儲量較小，無法實現超級電容充放電曲線的生成。因此，一種能夠有效檢測超級電容充放電特性，實現大批量超級電容電壓特性檢測的系統亟待研究。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種超級電容電壓檢測系統，其利用差分檢測原理，通過高精度電壓采集電路，實現超級電容工作電壓的采集和充放電曲線繪制；結合系統采集的數據，實現超級電容性能的判斷。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種超級電容電壓檢測系統，其特征在于：包括電壓差分采集電路、濾波處理電路、AD采集電路、控制電路、顯示電路和上位機。超級電容的電壓信號經過差分采集、濾波處理后進入AD采集電路，通過AD轉化后，模擬信號轉變為離散的數字信號，控制電路按照軟件設定的時間間隔實現對信號的讀取，通過系統算法判斷電容的實際電壓和性能；采集的電壓數據通過顯示電路顯示，上位機通過MODBUS-RTU協議實現對數據的遠程讀取。

所述電壓差分采集電路采用運算放大器設計而成，通過檢測單個超級電容兩端的電位差實現對超級電容電壓的檢測。電路運算放大器采用功能強大的高速運放，電阻采用精密電阻。

所述濾波處理電路用于對差分后的獲取的電壓信號濾波，減少噪聲信號對系統的影響，防止系統誤判。濾波處理電路采用低通有源濾波電路結構，采用高速運算放大器實現電路的濾波功能；濾波處理電路的阻尼比設置為0.707，截止頻率設置為100KHz。

所述AD采集電路用于對濾波后的電壓進行采集，通過逐次逼近的方式，實現對調理信號的采樣。AD采集電路選用12位高精度AD轉換芯片，每個芯片具有8路以上AD通道，芯片支持I2C總線協議。

所述控制電路用于AD采樣電路的數據讀取、電壓值的計算、超級電容性能判斷、顯示電路控制和上位機通信。

所述顯示電路采用工業液晶顯示屏，用于超級電容陣列中各電容兩端電壓顯示、工作狀態顯示、充放電曲線顯示和歷史曲線顯示。

進一步的，所述控制電路包括控制芯片、電源電路、時鐘電路、存儲電路和通信電路。控制芯片采用STM32F3系列芯片，時鐘電路采用外置晶振，電源電路采用5V轉3.3V芯片，通信電路采用MAX485設計而成。

本發明采用多組模塊串并聯的方式進行超級電容組電壓采集，簡化了電路的結構。通過高精度差分電路和濾波電路的應用，提高了電壓采集電路的采樣精度和抗干擾能力，保證了電路信號的可靠性。系統根據采集信號判斷超級電容性能，通過顯示電路準確實現電容電壓、工作狀態、工作曲線的顯示。該電壓檢測系統簡化了系統的復雜程度，提高了超級電容電壓特性檢測的效率。

附圖說明

圖1為本發明的系統結構框圖。

圖2為本發明的差分電路原理圖。

圖3為本發明的濾波電路原理圖

圖4為本發明的軟件流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明：