超级电容测试方案

10.备用电源系统测试

10.1测试工具及仪器

（1）数字万用表FLUKE 289 1台；

（2）数字示波器Tektronix DPO3034 1台（含电流卡钳A622，高压隔离探头P5210）；（3）数字兆欧表HIOKI 345 1台，VC60D 1台；

（4）功率分析仪YOKOGAWA WT1600 1台；

（5）耐压测试仪 TOS5101 1台；

（6）输出可调超级电容充电机 BN-CDJ350V 1台；

（7） 24V直流电源一台；

（8）变桨距系统控制柜轴一柜；

（9）变桨试验台SY_BJ_T_V3.1 1台；

（10）调压器9KV A 1台；

（11）PRODIGIT 3257电子负载；

（12）滑动变阻器 BX8-27-2.5A 2台；

10.2.超级电容单体性能测试

10.2.1单体容量测试

★测试方法：

采用恒流放电法测90V超级电容模块的总容量，由于90V超级电容模块含36个超级电容单体，将总容量乘以36即可得到超级电容单体的容量。

测试电路如图10.1所示。

图10.1. 容量测试电路图

放电电流I1及放电电压下降的电压U1和U2见下表。分级方法应根据分立标准。

★测试步骤：

（1）如图10.1进行接线，设定充电机充电电压为150V，闭合F1；

（2）断开F3，闭合F2，对超级电容模块C充电。C达到额定电压后，保持充电机输出30min，以I2=1A电流充电，每15s记录一次150V超级电容模块端电压；以I2’=2A电流充电，每30s记录一次150V超级电容模块端电压；

（3）将示波器电压探头接C的正负极端，将电子负载设置为恒流模式，电流值设置为I1=4A放电。断开F2并闭合F3对超级电容进行放电，每30s记录一次150V超级电容模块端电压。

（4）记录C的正负极之间电压U随时间的变化曲线（如图10.2示意）；

U

U U

R ）

图10.2. 超级电容模块电压变化

（5）根据公式C1=I1×(t2-t1)/(U1-U2)得到90V 超级电容模块在以I1=4A 放电时的总容量，其中U1=80%UR,U2=40%UR,UR 为超级电容的额定电压；

（6）根据公式C2=I2×(t2’-t1’)/(U1-U2)得到90V 超级电容模块在以I2=1A 充电时的总容量，其中U1=80%UR,U2=40%UR,UR 为超级电容的额定电压；

（7） C2’=I2’×(t2’-t1’)(U1-U2)得到90V 超级电容模块在以I2’=2A 时充电过程中的总容量；

（8）求两次以不同电流放电的计算容量的平均值得到实际的总容量计算公式分别为： C=(C1+C2)/2，C’=(C1+C2’)/2，实际的总容量C3=（C+C’）/2，单体容量C0=C3*36。

★合格判据：

单体超级电容容量大于设计指标参数350F+20%/-0%，合格；否则，不合格。

10.2.2直流最大内阻测试

★简述

等效串联内阻是超级电容的主要电气参数之一，当一个电容器被模拟为包括电感、电容、电阻的等效模拟电路时，其中与电容串联的电阻部分即为等效电阻。超级电容的ESR 主要由电极物质内阻、电解液内阻、接触电阻等组成，代表电容器内部发热所消耗的功率，对电容器的充放电过程影响比较大。

超级电容的等效模型如下图10.3所示。其中EPR 为等效并联内阻，代表超级电容的漏电流，影响电容的长期储能性能，EPR 通常很大，可能达到几十千欧，所以漏电流很小。L 代表电容器的感性成分，它是与工作频率有关的分量。

图10.3.超级电容的等效模型

★测试方法

超级电容可以等效为理想电容和等效内阻的串联。放电电流为0时，内阻上电压降为0，超级电容模块的实测端电压等于理想电容的电压：U 测=U 理。放

电电流为I 时，超级电容模块的实测端电压等于理想电容的电压与内阻电压降之和：U 测’=U 理’-IR 。两式相减，可得：IR+ (U 理- U 理’)= U 测-U 测’。由于理想电容

的电压不会发生突变，U 理’= U 理，因此，通过开始放电时实测电压的突变可得：

R=( U 测-U 测’)/I 。

S ）U

U 图10.4 超级电容端电压特性

★测试步骤： （1）如图10.1进行接线，对超级电容模块C 充电。模块充电至约U0=40V 并保持30min ；

（2）将示波器电压探头接C 的正负极端，将电子负载设置为恒流模式，电流值设置为12A 。断开F2并闭合F3。记录C 的正负极之间电压U 随时间的变化曲线（如图10.4示意）；

（3）根据公式R=△U3/I1得到90V 超级电容模块的总内阻。根据公式R0=R/36得出超级电容单体的内阻，如图10.4所示。

★合格判据：

直流最大内阻小于设计指标参数3.2m Ω，合格；否则，不合格。

10.2.3能量密度测试

★测试方法及步骤

（1）由充放电过程中电压随时间变化曲线，得到u=u(t)，根据公式1()36

o t t I E u t dt =∫，分别计算出充电放电过程中超级电容单体吸收和释放的平均能量E1、E2（参见图10.2）。计算单体平均储能E=(E1+E2)/2； （2）根据公式m E 3600/=α得到超级电容单体的能量密度，其中，m 为单体质量，α单位为Wh/kg 。

★合格判据：

能量密度不小于设计指标参数Emax=5.11Wh/kg ，合格；否则，不合格。 10.3 90V 超级电容模块性能测试

10.3.1充电测试

★测试方法及步骤

（1）图10.1中，设定充电机充电电压为90V ，充电电流设置为I2=1A 。将示波器电压探头接模块正负极，将超级电容模块母线串入万用表电流探头；

（2）闭合F2，断开F3，以电流I2=1A 对90V 超级电容模块充电，利用示波器记录充电过程中超级电容模块端电压。

★合格判据

超级电容模块电压可以达到90V ，充电过程中，电压变化的线性度良好（如图10.4所示），合格；否则，不合格。