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          超級電容測試及應用

          作者: 時間:2018-07-27 來源:網絡 收藏

          新型能源是當下的熱門研究領域,而作為介于電容器和電池之間的一種新型儲能器件,它既有電容器可以快速充放電的特點,又有電池的儲能機理。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201807/384298.htm

          器早期有兩個主要的應用領域,第一個是當主能源能量不足時,充當臨時備用電源和短時間供電的應急電源。比如:主電源和備用電源切換時的續(xù)電(基站及服務器,網絡機房,通訊等行業(yè));在快充快放環(huán)境是替代一些蓄電池和動力電池(電動工具行業(yè),電動大巴等)。第二個主要用途就是充當峰值功率電源。在這些應用中,器為系統(tǒng)單獨提供所需的峰值功率電源或與電池一起在連續(xù)工作時提供穩(wěn)流低功率電源,而在峰值負載時提供一個高功率脈沖。在這里,超級電容器減弱了用電器對電池提供峰值功率的要求,這樣就可以大大延長電池的壽命,并減小了電池的整體尺寸。近年來,超級電容器展現(xiàn)出更為廣泛的應用前景,特別是在發(fā)展混合動力或純電動汽車領域的應用。超級電容器與電池聯(lián)合,可以提供高功率輸出和高能量輸出,既減小了電源的體積,又延長了電池的壽命。

          超級電容,又叫雙電層電容器或法拉第準電容器,他們可以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板,在極板上加電,正極板吸引電解質中的負離子,負極板吸引正離子,實際上形成兩個容性存儲層,被分離開的正離子在負極板附近,負離子在正極板附近。

          圖一、工作原理及結構示意圖

          超級電容的“超級”在于其功率密度高,可達鋰電池的2~30倍;充放電時間短,充電10秒~10分鐘可達到其額定容量的95%以上;循環(huán)壽命長,深度充放電可循環(huán)使用達數十萬次;工作溫度范圍寬;充放電線路簡單;失效開路,過電壓不擊穿,安全可靠等,是兼?zhèn)潆娙莺碗姵靥匦缘男滦驮?。可以應用在混合動力汽車、移動設備電源、太陽能、風能、燃料電池等發(fā)電的儲存、緊急照明系統(tǒng)以及大功率電脈沖設備等。

          那么如何測量超級電容的參數?我們以實驗室測量結合計算的方法,簡單介紹一下。

          容量測量:

          如下圖測試電路,核心是用一個具有恒流輸出及電壓限制的功率電源作為充電電源。電容兩端的充電電壓波形可以通過一個數字示波器進行記錄。通過示波器的光標,可以很方便地讀出電壓從1.5V上升到2.5V所用的時間,基本的計算公式如下:i=C(△V/△t)公式變換為:C= i(△t/△V)。充電電流設定為1A,電壓變化范圍△V=2.5V-1.5V-1V 那么C=△t,在這個示例中,超級電容的容量在數字上與電容從1.5V充電到2.5V的時間相等。時間單位為秒。由于超級電容結構的特殊性,電容在測試前必須進行完全的放電。

          流入電流測量:

          由于超級電容表現(xiàn)出明顯的非傳導性介質特性,所以測量實際的自放電或者自漏電數值是比較困難的。當一只超級電容被充電至工作電壓的過程中,流入電流是很大的,并且逐步變小。此時流入電流是介質吸收電流與電容漏電流之和。介質吸收電流是作為能量儲存,但深度存儲需要比較長的時間,電容的流入電流與時間是對數關系,具體如下表所示。

          只有當介質吸收電流為0時,此時的流入電流才是漏電電流,這大概需要連續(xù)充電100個小時才能達到,此時漏電流大概為幾微安。在這個點以后,為了繼續(xù)測量流入電流,需要使用一只準確的微伏表與一只比較大的電阻,數值參看上圖。

          直流阻抗與交流阻抗測量:

          串聯(lián)等效阻抗或者交流阻抗可以通過LCR電橋在1kHz下進行測量。這種方法測量的結果是比較準確的。另外一種方法是測量所謂的直流阻抗,可以用同一種儀器,但這種方法測量的結果是不準確的,誤差比較大。

          下圖是用電容容量測量電路獲得的充電電壓曲線,起始階段的局部放大圖如下圖所示,當用1A的電流進行充電時,瞬間發(fā)生的電壓階躍可以被用來計算交流內阻,直流內阻或者DC阻抗等于階躍電壓值除以1A的電流,對于內阻很低的電容,可以用更大的電流進行測量。

          在這個示例中,內部阻抗=初始電壓階躍/充電電流=0.15V/1A=0.15Ω,研究得出,直流阻抗是交流阻抗的1.1至1.5倍之間。

          當然,要更深入的了解超級電容的性能,還必須配合一些高精度的電源、電子負載甚至一些智能化的測試系統(tǒng)做進一步的測試。例如,艾德克斯ITS5300電池測試系統(tǒng)集成了電源、電子負載、內阻分析儀、溫度測試儀、雙極性電源及專業(yè)的分析軟件,可以自動完成單節(jié)超級電容的充放電循環(huán)測試、超級電容PACK的充放電循環(huán)測試、IT5102多通道在線內阻分析儀采用500Hz或1KHz的交流小信號可以測量電容內阻(ESR,等效串聯(lián)電阻)以及多節(jié)電容一致性的測試及篩選、結合IT5601溫度測試儀,PACK測試時單節(jié)的電壓、內阻和溫度的一致性測試等也可以輕松完成。

          艾德克斯ITECH是專業(yè)生產電源及電子負載的廠家,始終致力于最新最前沿的解決方案的研究。歡迎關注更多動態(tài)。



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