超级电容测试方案docx.docx

1、超级电容测试方案docx10.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

2、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

3、，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）；UR3UU1U2t1 t2t1 t230mi n时间（S ）t i me图 10.2.

4、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=

5、(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，

6、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

7、-U 测 )/I。URU03Ut 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

8、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 = It 1u(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 = E / 3600m 得到超级电容单体的能量密度，其中， m 为单体质量， 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

9、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

10、 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

11、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、 2

12、0 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

13、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1535，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

14、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

15、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

16、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 220V20%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

17、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

18、，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

19、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

20、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

21、）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

22、，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

23、.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

24、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 YOKOGAWA WT1600 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；

25、（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 =Pout/Pin100%=U1I1/(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

26、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1 = 1(V maxout - V min out)100% 计算电压调整率；(maxminout +Vout) 2V（ ）

27、将空开F1输出端接上超级电容模块，重复以上（）（ ）测试步骤，63 -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

28、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(Vout max- Vload )100% 计算负载调整率。 = 1(max+ Vload) 2Vout（ ）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