2019年特斯拉溢價55%收購超級電容器生產商Maxwell，引發(fā)工業(yè)界對“超級電容+鋰電池高性能組合”的高度關注。為方便地評價電容的“優(yōu)秀程度”，NI與博電聯(lián)手打造了一套超級測試系統(tǒng)，一起來了解下



超級電容器的應用越來越廣泛。與鋰離子電池相比，超級電容器循功率密度高，能夠在低溫的環(huán)境下，快速、安全、大電流充放電循環(huán)50萬次以上。這些特性使得超級電容器對尖峰脈沖能量的回收效率比電池高出許多，在電動汽車能量回收系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)，新能源微網，航空航天，多電飛機、艦船上得到了大量的應用。


圖1.超級電容單體&模組

優(yōu)秀的測量工具

衡量超級電容器是否優(yōu)秀，需要從多個方面進行系列測試評價。那么，測試設備的精度、穩(wěn)定性就特別重要。另外，測試、計算方法也同樣重要。

舉一個例子說明測試設備的精確度的重要性，作為一個功率元器件，超級電容的功率是以其直流內阻值為基數計算出來的。測試直流內阻對采樣電壓精度要求特別高，最好達到100ppm的精度、1ms的采樣時間間隔。但是目前市面上許多的測試產品因為測試源的精度低，采集器誤差大，采集速度慢等各種原因導致并不能準確、可靠地測試出超級電容器的直流內阻。

科學的測試方法

另一方面是測試方法要盡可能符合超級電容應用工況的特征，測試參數盡可能向超級電容用戶技術人員提供可靠的性能指標。

在與世界超級電容技術權威，超級電容器奠基人之一加州大學戴維斯分校Andrew Burke教授交流時，Burke教授表示：“現在國際上許多超級電容器的標準并存，如GB/T,IEC,USABC，以及一些企業(yè)標準如Maxwell六步法，QC/T等，但是各種標準仍然存在很多爭議，還沒有一個廣泛認可的統(tǒng)一的超級電容器測試標準，尤其是超級電容內阻的測試，不同測試方法之間存在比較大誤差和爭議。應當根據超級電容本身的特征和應用工況的需求，由超級電容生產和使用技術人員，在滿足一些基本原則的基礎上，靈活確定測試方法。目前市面上的測試設備沒有開放軟件，不能讓用戶進行自定義測試，這對準確評估一款超級電容器的性能造成了很大的障礙。而博電設計的SCT (Super Capacitor Tester)系列超級電容器測試平臺采用LabVIEW開發(fā)，圖形化設計語言，用戶可以根據自己對超級電容的理解進行自定義測試，可以同時兼容GB/T,IEC, QC/T等各項標準。”



實際的工況下的測試

如何根據真實的應用工況來測試也是目前超級電容測試的難點，現在通常采用的恒流充放電測試方法都屬于靜態(tài)測試，超級電容在各個應用場景中往往面對的都是瞬間的大電流的脈沖充電或者放電，在汽車啟動，剎車，上坡，下坡，加速等操作下這些電流波形都非常復雜，不可能恒流。目前其他的測試產品都沒有仿真工況測試的能力，但是博電的SCT系列超級電容器測試平臺通過NI VeriStand模型接口可以聯(lián)合AVL Cruise模型進行聯(lián)合仿真，并通過博電的高性能，高速功放進行輸出，可以輕松的模擬NEDC/WLTC/CLTC等工況對超級電容器進行充電和放電的測試，這更能測試出真實的可用容量。




設備硬件的優(yōu)勢

SCT系列超級電容器測試平臺采用NI PXI總線架構，模塊化設計，能方便進行硬件的配置和擴展，目前大部分的測試產品針對單體、模組、大型系統(tǒng)都是不同形式的測試設備，這些設備之間難以通用，測試不同設備需要重復購買，但是我們可以通過模塊化設備進行功率擴展，極大節(jié)省成本。



SCT系列超級電容器測試平臺采用高精度源，最高精度達到100ppm，博電公司的優(yōu)勢就在于高精度的電壓電流發(fā)生技術以及高精度的采集技術，電流源最高可以實現100ppm的精度，穩(wěn)定性更是高達20ppm/min，為精準的參數測試提供硬件支撐，目前很多測試系統(tǒng)源的精度只能達到0.1%、1%甚至更低，這將為測試帶來×10、×100的誤差。



數據處理

在數據處理方面，控制器采用多核處理器并行處理，同時配合Linux-RT實時操作系統(tǒng)，實現高速采集和運算，當采用4核處理器并行操作，運行實時系統(tǒng)，能夠做到100us的時間控制精度，一秒鐘能夠采集處理10K數據，時間最低控制在0.1ms相比友商每秒鐘2000個點我們多了5倍，這能夠更加精確的采集到放電瞬間電壓的下降沿，下圖是4秒鐘所保存的原始數據，高達40k個點的數據。



高精度采集

在高精度采集方面，采用磁調制傳感器，測量精度10ppm，博電自主研制并受專利保護的磁調制原理的電流傳感器，可實現測量精度10ppm，而其目前大多數測試設備采用的分流器以及霍爾傳感器都有很大的缺陷，其中分流器不但測試誤差大，精度更容易受到溫度變化的影響，而采用霍爾原理的傳感器測試精度無法做到太高，誤差太大。



充放電無縫切換，全自動測試

采用高速切換開關器件，實現充放電狀態(tài)瞬間轉換，極大避免由狀態(tài)切換對測試造成的影響，同時采用全自動測試設計，相比其他測試設備，SCT無需外接附件即可實現全自動測試，將以前1人7小時的工作任務提升至單人15分鐘即可完成，極大提升了測試效率，降低了人力成本。

在做循環(huán)壽命測試時，添加完成所有狀態(tài)序列，只需輸入循環(huán)次數即可，一鍵自動測試，極大的節(jié)省了人工成本，提高了測試效率。



這就是我們SCT系列超級電容器測試平臺，對于單體，模組，大型系統(tǒng)都有我們對應的測試系統(tǒng)，同時也能夠根據客戶的功率等級需求進行定制化服務。

典型應用

可以通過專業(yè)建模軟件構建模型，將模型部署到仿真器，模擬超級電容真實工況并測試，測試數據可通過5G技術上送到云端服務器，為后續(xù)大數據分析，實現超級電容健康狀態(tài)評估，可靠性預測等提供可靠數據。