2019年特斯拉溢價(jià)55%收購超級電容器生產(chǎn)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(guān)注。為更方便評價(jià)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(yīng)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(dòng)汽車能量回收系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)，新能源微網(wǎng)，多電飛機(jī)、艦船上得到了大量的應(yīng)用。

▲超級電容單體&模組

1、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(gè)方面進(jìn)行系列測試評價(jià)。那么，測試設(shè)備的精度、穩(wěn)定性就特別重要。另外，測試、計(jì)算方法也同樣重要。

舉一個(gè)例子說明測試設(shè)備的精確度的重要性，作為一個(gè)功率元器件，超級電容的功率是以其直流內(nèi)阻值為基數(shù)計(jì)算出來的。測試直流內(nèi)阻對采樣電壓精度要求特別高，最好達(dá)到100ppm的精度、1ms的采樣時(shí)間間隔。但是目前市面上許多的測試產(chǎn)品因?yàn)闇y試源的精度低，采集器誤差大，采集速度慢等各種原因?qū)е虏⒉荒軠?zhǔn)確、可靠地測試出超級電容器的直流內(nèi)阻。

2、科學(xué)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(yīng)用工況的特征，測試參數(shù)盡可能向超級電容用戶技術(shù)人員提供可靠的性能指標(biāo)。  

在與世界超級電容技術(shù)權(quán)威、超級電容器奠基人之一加州大學(xué)戴維斯分校Andrew Burke教授交流時(shí)，Burke教授表示：現(xiàn)在國際上許多超級電容器的標(biāo)準(zhǔn)并存，如GB/T, IEC, USABC，以及一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如Maxwell六步法，QC/T等，但是各種標(biāo)準(zhǔn)仍然存在很多爭議，還沒有一個(gè)廣泛認(rèn)可的統(tǒng)一的超級電容器測試標(biāo)準(zhǔn)，尤其是超級電容內(nèi)阻的測試，不同測試方法之間存在比較大誤差和爭議。應(yīng)當(dāng)根據(jù)超級電容本身的特征和應(yīng)用工況的需求，由超級電容生產(chǎn)和使用技術(shù)人員，在滿足一些基本原則的基礎(chǔ)上，靈活確定測試方法。目前市面上的測試設(shè)備沒有開放軟件，不能讓用戶進(jìn)行自定義測試，這對準(zhǔn)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(shè)計(jì)的SCT系列超級電容器測試平臺采用LabVIEW開發(fā)，圖形化設(shè)計(jì)語言，用戶可以根據(jù)自己對超級電容的理解進(jìn)行自定義測試，可以同時(shí)兼容GB/T, IEC, QC/T等各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

▲超級電容器奠基人之一加州大學(xué)戴維斯分校Andrew Burke教授到訪博電，進(jìn)行技術(shù)交流

3、實(shí)際的工況下的測試

如何根據(jù)真實(shí)的應(yīng)用工況來測試也是目前超級電容測試的難點(diǎn)，現(xiàn)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(gè)應(yīng)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(dòng)、剎車、上坡、下坡、加速等操作下這些電流波形都非常復(fù)雜，不可能恒流。目前其他的測試產(chǎn)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(jìn)行聯(lián)合仿真，并通過博電的高性能，高速功放進(jìn)行輸出，可以輕松的模擬NEDC/ WLTC/CLTC等工況對超級電容器進(jìn)行充電和放電的測試，這更能測試出真實(shí)的可用容量。

▲AVL Cruise與Veristand聯(lián)合仿真NEDC工況

4、設(shè)備硬件的優(yōu)勢

SCT系列超級電容器測試平臺采用PXI總線架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，能方便進(jìn)行硬件的配置和擴(kuò)展，目前大部分的測試產(chǎn)品針對單體、模組、大型系統(tǒng)都是不同形式的測試設(shè)備，這些設(shè)備之間難以通用，測試不同設(shè)備需要重復(fù)購買，但是我們可以通過模塊化設(shè)備進(jìn)行功率擴(kuò)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(dá)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(shù)以及高精度的采集技術(shù)，電流源最高可以實(shí)現(xiàn)100ppm的精度，穩(wěn)定性更是高達(dá)20ppm/min，為精準(zhǔn)的參數(shù)測試提供硬件支撐，目前很多測試系統(tǒng)源的精度只能達(dá)到0.1%、1%甚至更低，這將為測試帶來×10、×100的誤差。

▲電流波形精度

5、數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)處理方面，控制器采用多核處理器并行處理，同時(shí)配合Linux-RT實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速采集和運(yùn)算，當(dāng)采用4核處理器并行操作，運(yùn)行實(shí)時(shí)系統(tǒng)，能夠做到100us的時(shí)間控制精度，一秒鐘能夠采集處理10K數(shù)據(jù)，時(shí)間最低控制在0.1ms相比友商每秒鐘2000個(gè)點(diǎn)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(shù)據(jù)，高達(dá)40k個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

6、高精度采集

在高精度采集方面，采用磁調(diào)制傳感器，測量精度10ppm，博電自主研制并受專利保護(hù)的磁調(diào)制原理的電流傳感器，可實(shí)現(xiàn)測量精度10ppm，而其目前大多數(shù)測試設(shè)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。

▲磁調(diào)制傳感器高精度校準(zhǔn)報(bào)告

7、充放電無縫切換，全自動(dòng)測試

采用高速切換開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)充放電狀態(tài)瞬間轉(zhuǎn)換，極大避免由狀態(tài)切換對測試造成的影響，同時(shí)采用全自動(dòng)測試設(shè)計(jì)，相比其他測試設(shè)備，SCT無需外接附件即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測試，將以前1人7小時(shí)的工作任務(wù)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(shí)，添加完成所有狀態(tài)序列，只需輸入循環(huán)次數(shù)即可，一鍵自動(dòng)測試，極大的節(jié)省了人工成本，提高了測試效率。

▲充放電軟件界面

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(yīng)的測試系統(tǒng)，同時(shí)也能夠根據(jù)客戶的功率等級需求進(jìn)行定制化服務(wù)。

8、典型應(yīng)用

可以通過專業(yè)建模軟件構(gòu)建模型，將模型部署到仿真器，模擬超級電容真實(shí)工況并測試，測試數(shù)據(jù)可通過5G技術(shù)上送到云端服務(wù)器，為后續(xù)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)超級電容健康狀態(tài)評估，可靠性預(yù)測等提供可靠數(shù)據(jù)。

▲ SCT測試平臺實(shí)物圖片