超级电容测试方案docx.docx
《超级电容测试方案docx.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超级电容测试方案docx.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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FLUKE2891台；
（2）数字示波器TektronixDPO30341台（含电流卡钳A622，高压隔离探头P5210）；
（3）数字兆欧表HIOKI3451台，VC60D1台；
（4）功率分析仪YOKOGAWAWT16001台；
（5）耐压测试仪TOS51011台；
（6）输出可调超级电容充电机BN-CDJ350V1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_V3.11台；
（10）调压器9KVA1台；
（11）PRODIGIT3257电子负载；
（12）滑动变阻器BX8-27-2.5A2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）；
UR
3
U
U1
U2
t1't2'
t1t2
30min
时间（S）
time
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。
UR
U0
3
U
time
时间（S）
30min
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
t1
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∫to
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。
10.390V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。
10.3.2放电测试
★测试方法及步骤
（1）将电子负载设置为恒流模式，电流值设置为I3；
（2）按3.1步骤
（1）进行充电，充电完成后保持30min；
（3）断开F2，闭合F3，超级电容模块以电流I3=4A及I3=12A放电，利用
示波器记录放电过程中超级电容模块端电压。
★合格判据
放电过程中，电压变化的线性度良好（如图10.4所示），合格；否则，不合
格。
10.3.3模块内超级电容单体间均压性能测试
★测试方法及步骤
打开超级电容模块的盖子，对超级电容模块充电至90V并保持30min，用万
用表测量并记录超级电容模块上层18只超级电容单体各端电压。
由于新的超级
电容模块采用新的封装，电容布局图如下图所示。
图90V电容模块内部电容布局图
★合格判据
我司超级电容采用被动式均衡电路的模块不同单体电压误差小于1%，合格；
否则，不合格。
10.3.4超级电容模块自放电速率测试
★简述
超级电容的自放电主要是由于存在漏电流，漏电流用来衡量产品的绝缘特
性，超级电容器作为储能装置，理想电容在充满电后自然放置，即在无漏电流的情况下，应永远保持满电状态，但实际电容器在制作过程中都会产生一定的漏电流。
漏电流的大小决定自放电特性的好坏。
超级电容器多为储能用。
充有电荷后静置状态下的电压保持能力取决于漏电流，经过相对长的静置时间后，漏电流大的超级电容器保持的电压明显低于漏电流小的。
因此放电时，漏电流大的首先达到放电终了，而漏电流小的仍保持较多的电荷，充电时漏电流小的首先达到充电终了。
★测试方法及步骤
（1）对超级电容模块充电至90V，保持30min并静置。
（2）测量并记录静置了10分钟、20分钟、30分钟、1小时、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、3.5小时、4小时、4.5小时、5小时时超级电容模块的端电压。
★合格判据
采用被动式均衡电路的模块静置5小时后电压高于35V，合格；否则，不合
格。
10.3.5循环充放电测试
★测试方法及步骤
对超级电容模块充电至90V并保持30min。
在之后的2小时里，对超级电容
模块进行随机的循环充放电，之后，模块被放电至大约额定电压的一半并保持2
小时。
在测试过程中，测量充放电过程中超级电容模块中各单体及超级电容模块
的端电压并判断有无异常情况出现。
★合格判据
能正常充电、放电，无异常情况出现，合格；否则，不合格。
10.3.6超温保护测试
★测试方法及步骤（可以在高温存储时进行测试）
（1）超级电容模块外观检查及电气和机械性能的检测；
（2）将超级电容模块放入试验箱中心位置，此时试验箱温度为室温（温度在
15～35℃，相对湿度在25%-75%，气压在86-106KPa，温度以20℃，湿度以50%
为宜，试验箱体积要求大于5倍超级电容模块体积，超级电容模块与试验箱壁间
的距离大于15cm）；
（3）将试验箱温度调至65℃（温差+/-2℃），留足够时间使超级电容模块温度达到稳定（温度变化率在5min内平均不超过1℃/min）；
（4）测试超温的信号端口是否有信号输出；
（5）试验样品在标准大气压下恢复，恢复时间要足以使其达到温度稳定；
（6）超级电容模块外观检查及电气和机械性能的检测。
★合格判据
待超级电容模块温度达到稳定，测试超温信号端口有24V信号输出，在超级
电容模块回复至低于45℃时，温度检测开关KSD-01F60触点断开，测量超温信
号端口无24V信号输出为合格；否则，不合格。
10.4.充电机输入性能测试
10.4.1充电机输入电压变化范围测试
★测试方法及步骤
调整超级电容充电机输入电压，考察充电机输入电压为220Vac±20％（即
176Vac-264Vac），负载电流选择为1A时充电机能否正常工作，在阻性负载下输
出能否维持在440V水平，在容性负载下能正常充电且充电完成后超级电容两端
电压保持稳定。
接线图如下图10.5：
充电机
输入
输入
充电机
输出
滑动变阻器
调压器
示波器
充电机
图10.5充电机输入特性接线图
（1）将市电输入交流220V接入调压器输入端，将调压器输出端接入充电
机的输入端；
（2）将充电机的输出端接到空开F1的输入端；
（3）空开F1的输出端接至滑动变阻器的两端；
（4）将滑动变阻器调整到440欧，设定负载为恒流模式，恒流值为1A；
（5）将示波器电压探头接入充电机的输出端；
（6）用万用表的电压探头来检测充电机的输入端电压；
（7）给充电机上电，闭合空开F1，调整调压器的输出电压范围为176V-264V,
观察输出电压是否维持在440V；
（8）将空开F1输出端接上超级电容模块，重复以上（5）-（7）测试步骤，
观察充电机的是否能正常充电且充电完成后超级电容两端电压能保持稳定；
★合格判据
超级电容充电机在220V±20%AC范围变化时在阻性负载下能稳定输出
440V，在容性负载下能正常充电且充电完成后超级电容两端电压保持稳定合格；
否则，不合格。
10.4.2充电机输入过压保护测试
★测试方法及步骤
调整超级电容充电机输入电压，考察充电机输入电压为高于220Vac+20％
（即264Vac）时，充电机的输出电流调整为1A充电机是否保护关机，在输入电压
低于260Vac时，充电机自动恢复输出，接线图如图
10.6所示。
充电机
输入
输入
充电机
输出
滑动变阻器
示波器
调压器
充电机
图10.6充电机输入特性接线图
（1）将市电输入交流220V接入调压器输入端，将调压器输出端接入充电
机的输入端；
（2）将充电机的输出端接到空开F1的输入端；
（3）空开F1的输出端接至滑动变阻器的两端；
（4）将滑动变阻器调整到440欧，设定负载为恒流模式，恒流值为1A；
（5）将示波器电压探头接入充电机的输入端；
（6）用万用表的电压探头来检测充电机的输出端电压；
（7）给充电机上电，闭合空开F1，调整调压器的输出电压高于264Vac,且
低于330Vac观察充电机是否保护关机；
（8）调整调压器的输入电压低于264V，观察充电机是否自动恢复输出。
（9）将空开F1输出端接上超级电容模块，重复以上（5）-（8）测试步骤，
观察充电机是否自动恢复输出。
★合格判据
充电机的输入电压在高于264Vac且低于330Vac时，保护关机，输入电压低
于260Vac时，自动恢复输出，保护时状态指示灯熄灭，告警触点闭合为合格，否则，不合格。
10.4.3充电机输入欠压保护测试
★测试方法及步骤
调整超级电容充电机输入电压，考察充电机输入电压低于220Vac-20％（即
176Vac）时，充电机输出电流设定为1A充电机是否保护关机，在输入电压高于
180Vac时，充电机自动恢复输出，接线图如图
10.6所示。
（1）将市电输入交流220V接入调压器输入端，将调压器输出端接入充电机的输入端；
（2）将充电机的输出端接到空开F1的输入端；
（3）空开F1的输出端接至滑动变阻器的两端；
（4）将滑动变阻器调整到440欧，设定负载为恒流模式，恒流值为1A；
（5）将示波器电压探头接入充电机的输入端；
（6）用万用表的电压探头来检测充电机的输出端电压；
（7）给充电机上电，闭合空开F1，调整调压器的输出电压范围为176Vac,观察充电机是否保护关机；
（8）调整调压器的输入电压高于180V，观察充电机是否自动恢复输出。
（9）将空开F1输出端接上超级电容模块，重复以上（5）-（8）测试步骤，观察充电机是否自动恢复输出。
★合格判据
充电机的输入电压在低于176Vac时，保护关机，输入电压高于180Vac时，自动恢复输出，保护时状态指示灯熄灭，告警触点闭合为合格，否则，不合格。
10.4.4充电机启动电流测试
★测试方法及步骤
在充电机用市电220Vac输入时测试在充电机的启动瞬间的输入电流是否
为正常输电电流，接线图如图10.7所示。
示波器
示波器电流卡钳输入端
输入
滑动变阻器
输出端
充电机
图10.7充电机启动电流测试接线图
（1）将市电输入交流220V的L端接到充电机的输入L端，交流220V的N
端接到充电机的输入N端。
（2）将充电机的输出端接到空开F1的输入端；
（3）空开F1的输出端接至滑动变阻器的两端；
（4）将示波器的电流卡钳探头220V与充电机的输入端的L的线上；
（5）将滑动变阻器调整到440欧，设定负载为恒流模式，恒流值为1A；
（6）用万用表的电压探头来检测充电机的输出端电压；
（7）给充电机上电，闭合空开F1；
（8）监测示波器的显示的电流变化情况。
（9）将空开F1输出端接上超级电容模块，重复以上（6）-（8）测试步骤，
监测示波器的显示的电流变化情况。
★合格判据
启动电流不超过5A为合格；否则，不合格。
10.5.充电机输出性能测试
10.5.1充电机输出电压变化范围测试
★测试方法及步骤
充电机的输入端接入市电220Vac，考察充电机输出端电压范围为
410V-515VDC连续可调性。
（1）将市电输入交流220V接入充电机输入端；
（2）将示波器电压探头接入充电机的输出端；
（3）给充电机上电，调整充电机输出电压调整电位器，观察直流电压的变
化范围；
★合格判据
在调整充电机的输出电压电位器时示波器显示直流电压输出电压在
410V-515V连续可调，中间没有突变，合格；否则，不合格。
10.5.2充电机输出电流变化范围测试
★测试方法及步骤
充电机的输入端接入市电220Vac，考察充电机输出端电流范围为0.9-1.5A连
续可调性，如图10.8所示。
示波器
电流卡钳
输入端
输入
滑动变阻器
输出端
充电机
图10.8充电机输出电流变化测试接线图
（1）将市电输入交流220V接入充电机输入端；
（2）将充电机的输出端接到空开的F1的输入端，空开F1的输出端接至滑动变阻器的两端；
（3）将示波器的电流卡钳探头接入充电机的输出的正端与空开的输入端的线上；
（4）将滑动变阻器负载的电阻值调整到489欧；
（5）给充电机上电，闭合空开F1，调整输出电流的值，同时调整滑动变阻器的阻值变小使输出电流值逐渐变大至1.5A，监测充电机是否正常工作；
（6）用万用表监测充电机的输出端电压；
（7）连续调整充电机的限流电位器、滑动变阻器，监测充电机的输出端电压是否正常；
（8）将空开F1输出端接上超级电容模块，连续调整充电机的限流电位器，监测充电机的输出端电压是否正常。
★合格判据
在调整充电机的输出电流电位器时输出电流连续可调，合格；否则，不合格。
10.5.3充电机典型效率测试
★测试方法及步骤
考察充电机的效率是否满足指标要求。
接线图如图10.8所示。
（1）将市电输入交流220V接入充电机输入端；
（2）将功率分析仪YOKOGAWAWT1600接入输入端；
（3）将充电机的输出端接到空开F1的输入端；
（4）空开F1的输出端接至滑动变阻器的两端；
（5）将滑动变阻器电阻值调到489欧，接至充电机的输出端；
（6）将示波器的电流卡钳接入充电机的输出端的正端与空开F1的输入端的
电源线上；
（7）用万用表测量充电机的输出电压；
（8）给充电机上电，闭合空开F1，调整充电机的输出电流为0.9A，记录功率分析仪的输入功率，记录示波器的数值，记录万用表的电压数值。
（9）通过公式η=Pout/Pin×100%=[U1×I1/（U2×I2）]×100%计算效率。
★合格判据
充电机的典型效率大于87%为合格；否则，不合格。
10.5.4输出电压调整率测试
★测试方法及步骤
调整超级电容充电机输入电压，考察充电机输入电压为176V
和264V接
入负载电阻440欧时充电机输出能否维持在
440V水平，接线图如图
10.9所示。
充电机
输入
输入
充电机
输出
滑动变阻器
调压器
示波器
充电机
图10.9输出电压调整率接线图
（1）将市电输入交流220V接入调压器输入端，将调压器输出端接入充电
机的输入端；
（2）将充电机的输出端接到空开F1的输入端；
（3）空开F1的输出端接至滑动变阻器的两端；
（2）调整滑动变阻器使电阻值为440欧；
（3）将示波器电压探头接入充电机的输出端；
（4）用万用表的电压探头来检测充电机的输入端电压；
（4）给充电机上电，调整调压器的输出电压范围为176V-264V,记录充电机
的输出电压Vminout和Vmaxout的值；
（5）通过公式
α1=1
（Vmaxout-Vminout）
100%计算电压调整率；
（
max
min
out+V
out
）×
2
×V
（）将空开
F1
输出端接上超级电容模块，重复以上（
）
（）测试步骤，
6
3-
5
记录输出电压的Vminout
和Vmaxout的值，计算电压调整率。
★合格判据
超级电容充电机电压调整率为±0.02%（容性负载），±0.5%（阻性负载），合格；否则，不合格。
10.5.5负载调整率测试
★测试方法及步骤
将超级电容充电机输入电压设定为220Vac，考察充电机在额定负载和空载
时的输出电压变化情况，接线图如图10.10所示.
充电机
输入
输入
充电机
滑动变阻器
输出
示波器
充电机
图10.10充电机负载调整率测试接线图
（1）将市电输入交流220V接入充电机的输入端；
（2）将充电机的输出端接到空开F1的输入端；
（3）空开F1的输出端接至滑动变阻器的两端；
（4）调整滑动变阻器使电阻值为440欧；
（5）将示波器电压探头接入充电机的输出端；
（6）给充电机上电记录示波器显示的输出电压Vload；
（7）断开充电机的负载即断开空开F1，记录示波器显示的输出电压
Voutmax；
（8）通过公式
2
（Voutmax-Vload）
100%计算负载调整率。
α=1
（
max
+Vload
）×
2
×Vout
（）将空开
F1
输出端接上超级电容模块，重复以上（
5
）
（）测试步骤，
9
-
8
记录输出电压的Vload和
Voutmax的值，计算负载调整率。
★合格判据
超级电容充电机负载调整率为±0.01%（容性负载），±0.5%（阻性负载），合格；否则，不合格。
10.5.6输出短路保护测试
升级会员 