超级电容器内阻测量方法研究

作     者：黄国良 

作者单位：湖南师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林海军

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：超级电容 内阻检测 锁相放大电路 FFT Goertzel 

摘      要：串联等效电阻是超级电容的重要参数之一,是评估超级电容性能的重要指标。超级电容内阻检测为保证其使用过程中的可靠性、安全性、延长超级电容使用寿命提供了依据。为此,本文在湖南省计量检测研究院科研项目“超级电容器内阻测量方法研究的资助下,开展了超级电容内阻检测方法研究,利用交流注入法,设计了超级电容内阻检测的两种方案,即基于锁相放大电路的超级电容内阻检测方法、基于FFT与Goertzel算法的超级电容内阻检测方法等,并给出了对比结果。本文首先介绍了基于交流注入法的超级电容内阻检测的方法,将交流信号注入超级电容,通过测量超级电容的输出电压、电流以及两者的相位差,从而计算出超级电容的内阻值。在此基础上,(1)设计了一种基于锁相放大的超级电容内阻测量电路,包括交流信号源电路(即产生频率为1kHz、有效值为0.1V的交流恒流源)、信号调理电路、锁相放大电路、低通滤波电路等,并通过两种不同超级电容的对比试验,验证了这种电路的准确性,给出测试数据。(2)提出了基于FFT和Goertzel算法的超级电容内阻检测方法,获得了超级电容输出电压滞后输入信号(即交流恒流信号)的相位差,从而计算获得超级电容的内阻值;同时给出了这种算法的软件设计,并进行试验验证,证明了这两种算法的准确性。实验测试结果表明,本文设计的超级电容内阻检测系统能有效地检测超级电容的内阻。其中,基于锁相放大电路的超级电容内阻检测结果的重复性误差小于3%、基于FFT算法的超级电容内阻检测结果的重复性误差小于3%、基于Goertzel算法的超级电容内阻检测结果的重复性误差小于5%,均达到了超级电容内阻检测的要求。