超级电容测试方案.docx

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 R3

U U1

U2

t1' t2't1 t2

30mi n

时间（S ）t i me

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-得U2)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-得U2)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 ，因此，通过开始放电时实测电压的突变可得：理

R=( U 测 -U 测’)/I。

U R

U03

U

t i me时间（S

）

30mi n

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? ，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

E =

I

t 1

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

36

∫t o

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 α= E / 3600m 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。