超级电容测试方法

超级电容测试方法1．静电容量测试方法：⑴测试原理超级电容器静电容量的测试，是采用对电容器恒流放电的方法测试，并按下列公式计算；C=It/(U1－U2)式中：C——静电容量，F；I——恒定放电电流，A；U1、U2——采样电压，V；t——U1到U2所需的放电时间，S。⑵测试程序用100A的电流对电容器充电，电容器充电到最高工作电压止并恒压10秒，然后，以100A的电流对电容器放电，取U1为1.2V,U2为1.0V，记录该电压范围内的放电时间，共循环3次。计算每次循环的静电容量，取平均值。2．储存能量测试⑴测试原理：超级电容器能量的测试，是采用以电容器给定的电压范围，对电容器进行恒功率放电到1/2工作电压的方法进行。电容器的输出能量W是由恒定放电功率P和放电时间t关系得到的，即：W=P•t⑵测试工序用恒定电流100A对电容器充电到最高工作电压，然后，恒压至充电电流下降到规定电流（牵引型10A，启动型1A），静止5秒后，以恒定功率对电容器放电到1/2工作电压，录放电时间并计算能量值。循环3次测量，取平均值。注：恒定功率值确定方法是以标称能量确定的，牵引型2W/KJ，启动型5W/KJ。3．等效串联电阻测试（DC）⑴测试原理电容器的内阻是根据电容器断开恒流充电电路10毫秒内，电压的突变来测量的。即：式中：R——电容器的内阻；U0——电容器切断充电前的电压；Ui——切断充电后10毫秒内的电压；I——切断充电前的电流。⑵测量工序对电容器以恒定电流100A充电，充电至最高工作电压的80%时断开充电电路，用采样机分别记录电容器断电后10毫秒内的电压变化值，并计算内阻，重复3次，取平均值。4．漏电流测试将电容器以恒电流100A充电至额定电压，在此电压值下恒压充电3h，记录充电过程的电流值。5．自放电测试将电容器以恒电流100A充电至额定电压后，在此电压值下恒压充电30min，然后开路搁置72h。在最初的三个小时内，每一分钟记录一次电压值，在剩余的时间内，每十分钟记录一次电压值。计算自放电能量损失，SDLF(self-dischargeenergylossfactor)=1-(V/Vw)2，计算时间点分别为：0.5，1，8，24，36，72h。注：电压测试仪须具备高输入阻抗，将放电影响降低到最小。6．温度特性测试⑴测试条件：电容器依次进行25±3℃—65±3℃—-30±3℃—25±3℃的温度特性测试。电容器在一个环境温度下，与环境温度达到平衡后（即低温16小时，高温4小时，高低温恢复到室温的时间为6小时），进行性能测试。⑵测试方法：电容器恒电流100A充电至额定电压，转恒压充电10s，然后以恒电流100A放电至额定电压的0.5倍，依此循环3次。计算第二次、第三次循环的容量值的平均值，为电容器的测试容量。7．循环寿命试验电容器在20℃±5℃下，以恒流充电100A至额定电压转恒压充电10s，然后以恒电流100A放电至额定电压的0.5倍，完成一次循环。循环100次记录一次数据，若某个循环的放电时间小于初始放电时间的70%，则停止循环寿命试验。1法拉电容法拉电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。2特点超级电容的特点：（1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”，也不存在过度放电的问题；（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；（4）功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍；（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；（6）充电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，长期使用免维护；（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；（8）检测方便，剩余电量可直接读出；（9）容量范围通常0.01F--1000F，而耐压往往偏低（几伏特到十多伏，新开发出的也不过二十多伏）。超级电容可做成超级电容模组，适合高容量的需求。缺点：（1）目前超级电容的耐压均不高。实际使用中过压保护电路必不可少。有人经常将二个到多个超级电容串接来接入大电压环境中。这种做法是不对的。因为随着电容的漏电，而电容的品质又不尽相同，在后期多次的充放电后容易造成局部单元过充而击穿的现象。（2）超级电容毕竟不是电池，存在电压随着放电而逐渐下降的问题，所以需要较复杂的输出电路。3应用◆法拉电容的低阻抗对于当今许多高功率应用是必不可少的。对于快速充放电，法拉电容器小的ESR意味着更大的功率输出。[1]◆瞬时功率脉冲应用，重要存储、记忆系统的短时间功率支持。应用举例1、快速充电应用，几秒钟充电，几分钟放电。例如电动工具、电动玩具；2、在UPS系统中，超级电容器提供瞬时功率输出，作为发动机或其它不间断系统的备用电源的补充；3、应用于能量充足，功率匮乏的能源，如太阳能；4、当公共汽车从一种动力源切换到另一动力源时的功率支持；5、小电流，长时间持续放电，例如计算机存储器后备电源；4国内生产企业国内法拉电容生产厂家大大小小有几十家，领头的有锦州凯美、北京集星、万裕、北京合众汇能等等，应用中，很多用户都遇到相同的问题，就是怎样计算一定容量的超级电容在以一定电流放电时的放电时间，或者根据放电电流及放电时间，怎么选择超级电容的容量，下面我们给出简单的计算公司，用户根据这个公式，就可以简单地进行电容容量、放电电流、放电时间的推算，十分地方便。C(F)：超电容的标称容量；R(Ohms)：超电容的标称内阻；ESR(Ohms)：1KZ下等效串联电阻；Vwork(V)：正常工作电压Vmin(V)：截止工作电压；t(s)：在电路中要求持续工作时间；Vdrop(V)：在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降；I(A)：负载电流；超电容容量的近似计算公式，保持所需能量=超级电容减少的能量。保持期间所需能量=1/2I(Vwork+Vmin)t；超电容减少能量=1/2C(Vwork2-Vmin2)，因而，可得其容量(忽略由IR引起的压降)C=(Vwork+Vmin)It/(Vwork2-Vmin2)举例如下：如单片机应用系统中，应用超级电容作为后备电源，在掉电后需要用超级电容维持100mA的电流，持续时间为10s,单片机系统截止工作电压为4.2V，那么需要多大容量的超级电容能够保证系统正常工作？由以上公式可知：工作起始电压Vwork＝5V工作截止电压Vmin＝4.2V工作时间t=10s工作电源I＝0.1A那么所需的电容容量为：C=(Vwork+Vmin)It/(Vwork2-Vmin2)=(5+4.2)*0.1*10/(52-4.22)=1.25F根据计算结果，可以选择5.5V1.5F电容就可以满足需要了。关于法拉电容1.简介名称：法拉电容，因为其容量为法拉级所以称其为法拉电容。法拉是电容的单位，1F等于106µF，也等于1012PF。超级电容。因为相对于其它种类的电容来说，其容量远远大于别的电容，可达到法拉级，所以叫超级电容。双电层电容。在制造工艺上，电容由二层极片组成。电荷在极片上的积累存储了电量。所以有此名称。黄金电容：因为电容刚面市时价格较高，所以叫黄金电容。这四种叫法指的是一种产品。2.分类从加工工艺上来说，有扣式和卷绕式二种，从材料组成上来说，有水系和有机系二种。从形状上分有扣式和柱式和方型。不同种类的产品各有不同的性能及应用场所。3.基本性能参数电压。指的是允许充电的最高电压。这是由材料特性决定的。充电电压长时间超过额定值可能引起电容失效。容量：额定电压下的电量，通常用法拉来表示。电压越低，容量越小。二都成正比关系。内阻：指的是串联等效电阻，测量是用产生频率为1kHz交流电压的内阻仪来测量的。内阻的大小与充电、放电电流有直接的关系。内阻越小，充电、放电电流可以达到越大，反之，内阻越大，可以达到的充电、放电电流越小。相应地，充电时间会延长。充放电电流：此参数与内阻有直接关系。电流大，充放电速度快。电流小，充放电速度慢。容量小的电容充放电电流小；容量大的电容，充放电电流大。每种电容都有最大允许充放电电流，具体数据见规格书。漏电流：指的是浮充状态下的稳定电流，以我公司生产的5.5V/0.33F为例，50μA@5.5V。电容容量越大，其漏电流越大。自放电：法拉电容都有自放电现象，自放电率要高于电池。寿命：电容在正常使用条件下的寿命要远远高于充电电池，通常情况下为十万次以上。伴随着使用次数的延长，容量会下降。放电平台：电容无放电平台，电压随放电时间呈线性下降。这点与电池不同。温度：电容使用的温度范围是-20℃~+70℃，此点性能不如微法级的电容。微法级的电解电容可达到105℃，储存温度范围为-20℃~+45℃。4.应用4.1用于手摇充电电筒是作为供电电源。要求电容的内阻低。4.2可用于电子产品的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。后备电源有时钟记忆后备电源，有掉电保护后备电源。断电报警后备电源等。应用的电容从5.5V/0.1F~5.5V/4F，时钟记忆后备电源多用小容量的，要求断电后维持数据从几个小时到几天不等。此外还可用于手机，数码相机，MP3，MP4，电子定时器，数显温控仪，PLC设备，电子门禁系统，仪器仪表、程控交换机、税控机、无绳电话等。这要求电容的漏电流低。4.3启动电源。利用电容的短时间大电流放电特性用在一些电路中作启动。如用于智能IC卡表上做启动电磁阀用，用于电动玩具上做启动电机或齿轮用，用于太阳能产品上等。这要求电容的内阻尽量低。这样能保证大电流放电。4.4可在太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。此种应用多为大容量。要求漏电流低。5.注意事项5.1电容不可用于以下场合5.1.1不能用于交流线路中5.1.2不能用于滤波5.2电压5.2.1在应用时其工作电压不能超过其额定充电电压。电容的工作电压超过充电电压时，不仅会缩短其寿命，而且按照实际电压的不同，电容器内部因化学反应需产生的气体可能会导致泄露和开裂。5.3极性5.3.1使用前一定要检查电容器的极性。电容的极性以第一次充电时的极性为准。5.3.2电容长时间在相反的极性下工作，不仅会缩短寿命，而且会发生严重的损毁，例如电解液可能会发生泄漏。另外，实验表明在这种情况下，电容还会在一些抗压能力较弱的半导体元件中积累残余电荷。5.4环境温度5.4.1电容的寿命会受到工作温度的影响，一般而言，电容的工作环境温度每降低10℃左右其寿命可延长1倍，因此，应使电容的工作温度在最大容许温度下尽可能地降低。5.4.2电容的工作温度超出允许的范围之上，不仅会缩短其寿命，而且电容会受到严重的损毁，因此在校验电容的工作温度时不仅要考虑环境温度和产品单元的内部温度，还要考虑产品单元内部发热元件的热辐射和震荡电流引起电容自身的发热。一定要避免在PCB板电容位置的反面放置发热元件。5.5电容串联使用6.5.1由于串联时加在各电容的电压是不均衡的，首先要确保加在各电容上的电压不超过其充电电压，如果电压平衡被打破，个别电容就可能出现过载，为了防止上述情况发生，可在每个电容两端并联一个分压电阻，以保证电容的漏电流不会对电容产生影响。5.6焊接条件过量的热冲击会导致电容电气性能降低，丧失气密性，以及因内压升高而发生泄漏。5.6.1如果烙铁尖端碰到电容的外套管，将导致套管熔化或破裂。5.6.2在焊接时温度不应超过230℃，时间不应超过5s，烙铁距离电容主体距离不短于1.6mm。5.6.3采用烙铁焊接时不要使电烙铁碰到电容顶端。5.6.4采用紫外线烤箱等设备对电容进行预热和粘合剂硬化时，不要将温度设置150℃以上。如果温度超过150℃，电容外套管可能会开裂，而电容底部封口部分也会发生缩。5.6.5绝对不要采用红外加热和空气加热的方法对电容进行回流焊。6．附表三种储能元件的比较普通电容器超级电容器二次电池功率密度（wh/