超级电容静电容量和等效串联内阻测试方法研究及优化

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超级电容作为一种不发生化学反应的储能元件,具有充放电速率快、功率密度高、循环寿命长等优点,被广泛地应用于汽车、电网、通讯等领域。精确测试超级电容的静电容量和内阻对于超级电容的应用具有重要的工程指导意义。超级电容的测试方法国内外无公认标准,不同标准间的测试结果也大有不同,这对于准确测试超级电容性能带来了问题。本文主要针对三种超级电容测试标准,讨论分析其测试准确性,并提出一种创新的、更准确的测试方法。主要研究内容有:(1)选取了三种国内外常见的超级电容测试标准进行对比,讨论在数据准确性方面的差异。通过理论和实验测试的对比,最终得出结论:在静电容量方面,Maxwell标准因未保持恒定电压,IEC-62391标准和QC/T 741-2014标准在计算取值上不合理,导致结果相对额定值偏小;在内阻方面,Maxwell标准和IEC-62391标准都只测了放电内阻,没有考虑到充电内阻带来的影响,导致内阻相对额定值偏大,QC/T 741-2014标准则因充放电过程直接衔接,内阻相对额定值偏小。(2)提出了一种改良的测试方法,准确性相比原三种标准更高,并通过实验确定了改良方法中测试工步的参数设置。以Maxwell 3000 F单体为例,静电容量测试结果最高可改良10.9%,内阻测试结果最高可改良8.1%。(3)介绍了超级电容测试过程中的电流大小、放电起始电压和温度对测试结果的影响。结果显示随着测试电流的增大,静电容量几乎无影响,但内阻会呈下降趋势;随着放电起始电压的下降,静电容量和内阻都会呈逐渐下降趋势;随温度的下降,静电容量会逐渐下降,内阻会逐渐升高。为保证测试精度,对于测试电流和放电起始电压的设置应尽可能参考原标准规定值。同时本文还讨论了不同静电容量计算方法在结果上的差异,以及评定了测试过程中的各种不确定度,使测试结果更加完整可靠。
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