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超级电容测试及应用

发布时间:2017-10-10      点击次数:559
   超级电容测试及应用
  新型能源是当下的热门研究领域,而超级电容作为介于电容器和电池之间的一种新型储能器件,它既有电容器可以快速充放电的特点,又有电池的储能机理。
  超级电容,又叫双电层电容器或法拉第准电容器,他们可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子,实际上形成两个容性存储层,被分离开的正离子在负极板附近,负离子在正极板附近。
  超级电容的“超级”在于其功率密度高,可达锂电池的2~30倍;充放电时间短,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上;循环寿命长,深度充放电可循环使用达数十万次;工作温度范围宽;充放电线路简单;失效开路,过电压不击穿,安全可靠等,是兼备电容和电池特性的新型元件。可以应用在混合动力汽车、移动设备电源、太阳能、风能、燃料电池等发电的储存、紧急照明系统以及大功率电脉冲设备等。
  如何测量超级电容的参数?
  容量测量 如下图测试电路,核心是用一个具有恒流输出及电压限制的功率电源作为充电电源。电容两端的充电电压波形可以通过一个数字示波器进行记录。通过示波器的光标,可以很方便地读出电压从1.5V上升到2.5V所用的时间,基本的计算公式如下:i=C(△V/△t)公式变换为:C= i(△t/△V)。充电电流设定为1A,电压变化范围△V=2.5V-1.5V-1V 那么C=△t,在这个示例中,超级电容的容量在数字上与电容从1.5V充电到2.5V的时间相等。时间单位为秒。由于超级电容结构的特殊性,电容在测试前必须进行完全的放电。
  流入电流测量 由于超级电容表现出明显的非传导性介质特性,所以测量实际的自放电或者自漏电数值是比较困难的。当一只超级电容被充电至工作电压的过程中,流入电流是很大的,并且逐步变小。此时流入电流是介质吸收电流与电容漏电流之和。介质吸收电流是作为能量储存,但深度存储需要比较长的时间,电容的流入电流与时间是对数关系,具体如下表所示。
  只有当介质吸收电流为0时,此时的流入电流才是漏电电流,这大概需要连续充电100个小时才能达到,此时漏电流大概为几微安。在这个点以后,为了继续测量流入电流,需要使用一只准确的微伏表与一只比较大的电阻,数值参看上图。
  直流阻抗与交流阻抗测量  串联等效阻抗或者交流阻抗可以通过LCR电桥在1kHz下进行测量。这种方法测量的结果是比较准确的。另外一种方法是测量所谓的直流阻抗,可以用同一种仪器,但这种方法测量的结果是不准确的,误差比较大。
  下图是用电容容量测量电路获得的充电电压曲线,起始阶段的局部放大图如下图所示,当用1A的电流进行充电时,瞬间发生的电压阶跃可以被用来计算交流内阻,直流内阻或者DC阻抗等于阶跃电压值除以1A的电流,对于内阻很低的电容,可以用更大的电流进行测量。
  在这个示例中,内部阻抗=初始电压阶跃/充电电流=0.15V/1A=0.15Ω,研究得出,直流阻抗是交流阻抗的1.1至1.5倍之间。
  当然,要更深入的了解超级电容的性能,还必须配合一些高精度的电源、电子负载甚至一些智能化的测试系统做进一步的测试。例如,艾德克斯ITS5300电池测试系统集成了电源、电子负载、内阻分析仪、温度测试仪、双极性电源及专业的分析软件,可以自动完成单节超级电容的充放电循环测试、超级电容PACK的充放电循环测试、IT5102多通道在线内阻分析仪采用500Hz或1KHz的交流小信号可以测量电容内阻(ESR,等效串联电阻)以及多节电容一致性的测试及筛选、结合IT5601温度测试仪,PACK测试时单节的电压、内阻和温度的一致性测试等也可以轻松完成。

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