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超級電容測試及應用
來源：ChinaAET電子技術應用 | 0評論 | 5653查看 | 2017-08-18 17:18:00    
      新型能源是當下的熱門研究領域，而超級電容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。  　　

　　超級電容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電（基站及服務器，網絡機房，通訊等行業）；在快充快放環境是替代一些蓄電池和動力電池（電動工具行業，電動大巴等）。第二個主要用途就是充當峰值功(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源。在(zai)這(zhe)些應用中，超(chao)(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器為系(xi)統單獨提(ti)供(gong)所需(xu)的(de)峰值功(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源或與電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)一(yi)起在(zai)連續工(gong)作時提(ti)供(gong)穩流低功(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源，而在(zai)峰值負(fu)載時提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)高(gao)功(gong)(gong)率(lv)脈沖。在(zai)這(zhe)里，超(chao)(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器減(jian)弱了(le)用電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器對電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)提(ti)供(gong)峰值功(gong)(gong)率(lv)的(de)要求，這(zhe)樣(yang)就可(ke)(ke)以大大延長電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)壽命，并(bing)減(jian)小了(le)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)整體(ti)尺(chi)寸(cun)。近年來，超(chao)(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器展(zhan)現(xian)出(chu)(chu)更為廣(guang)泛的(de)應用前景，特別(bie)是在(zai)發(fa)展(zhan)混合(he)動(dong)力或純電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)領域的(de)應用。超(chao)(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器與電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)聯合(he)，可(ke)(ke)以提(ti)供(gong)高(gao)功(gong)(gong)率(lv)輸出(chu)(chu)和高(gao)能量輸出(chu)(chu)，既減(jian)小了(le)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源的(de)體(ti)積，又延長了(le)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)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。


　　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；循環壽命長，深度充放電可循環使用達數十萬次；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，是兼備電容和電池特性的新型元件。可以應用在混合動力汽車、移動設備電源、太陽能、風能、燃料電池等發電的儲存、緊急照明系統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做進一步的測試。
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