2019年特斯拉溢價(jià)55%收購(gòu)超級(jí)電容器生產(chǎn)商Maxwell，引發(fā)工業(yè)界對(duì)“超級(jí)電容+鋰電池高性能組合”的高度關(guān)注。為更方便評(píng)價(jià)電容的“優(yōu)秀程度”，NI與博電聯(lián)手打造了一套超級(jí)測(cè)試系統(tǒng)，一起來(lái)了解下～

超級(jí)電容器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。與鋰離子電池相比，超級(jí)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(wàn)次以上。這些特性使得超級(jí)電容器對(duì)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(chǔ)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(jí)電容單體&模組

1、優(yōu)秀的測(cè)量工具

衡量超級(jí)電容器是否優(yōu)秀，需要從多個(gè)方面進(jìn)行系列測(cè)試評(píng)價(jià)。那么，測(cè)試設(shè)備的精度、穩(wěn)定性就特別重要。另外，測(cè)試、計(jì)算方法也同樣重要。

舉一個(gè)例子說(shuō)明測(cè)試設(shè)備的精確度的重要性，作為一個(gè)功率元器件，超級(jí)電容的功率是以其直流內(nèi)阻值為基數(shù)計(jì)算出來(lái)的。測(cè)試直流內(nèi)阻對(duì)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(cè)試產(chǎn)品因?yàn)闇y(cè)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(cè)試出超級(jí)電容器的直流內(nèi)阻。

2、科學(xué)的測(cè)試方法

另一方面是測(cè)試方法要盡可能符合超級(jí)電容應(yīng)用工況的特征，測(cè)試參數(shù)盡可能向超級(jí)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(jí)電容技術(shù)權(quán)威、超級(jí)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(guó)際上許多超級(jí)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(zhēng)議，還沒(méi)有一個(gè)廣泛認(rèn)可的統(tǒng)一的超級(jí)電容器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，尤其是超級(jí)電容內(nèi)阻的測(cè)試，不同測(cè)試方法之間存在比較大誤差和爭(zhēng)議。應(yīng)當(dāng)根據(jù)超級(jí)電容本身的特征和應(yīng)用工況的需求，由超級(jí)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(cè)試方法。目前市面上的測(cè)試設(shè)備沒(méi)有開(kāi)放軟件，不能讓用戶進(jìn)行自定義測(cè)試，這對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估一款超級(jí)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(jí)電容器測(cè)試平臺(tái)采用LabVIEW開(kāi)發(fā)，圖形化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，用戶可以根據(jù)自己對(duì)超級(jí)電容的理解進(jìn)行自定義測(cè)試，可以同時(shí)兼容GB/T, IEC, QC/T等各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

▲超級(jí)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(cè)試

如何根據(jù)真實(shí)的應(yīng)用工況來(lái)測(cè)試也是目前超級(jí)電容測(cè)試的難點(diǎn)，現(xiàn)在通常采用的恒流充放電測(cè)試方法都屬于靜態(tài)測(cè)試，超級(jí)電容在各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中往往面對(duì)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(cè)試產(chǎn)品都沒(méi)有仿真工況測(cè)試的能力，但是博電的SCT系列超級(jí)電容器測(cè)試平臺(tái)通過(guò)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(guò)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(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電和放電的測(cè)試，這更能測(cè)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(shì)

SCT系列超級(jí)電容器測(cè)試平臺(tái)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(cè)試產(chǎn)品針對(duì)單體、模組、大型系統(tǒng)都是不同形式的測(cè)試設(shè)備，這些設(shè)備之間難以通用，測(cè)試不同設(shè)備需要重復(fù)購(gòu)買(mǎi)，但是我們可以通過(guò)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(jí)電容器測(cè)試平臺(tái)采用高精度源，最高精度達(dá)到100ppm，博電公司的優(yōu)勢(shì)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(cè)試提供硬件支撐，目前很多測(cè)試系統(tǒng)源的精度只能達(dá)到0.1%、1%甚至更低，這將為測(cè)試帶來(lái)×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(cè)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(cè)量精度10ppm，而其目前大多數(shù)測(cè)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(cè)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(cè)試精度無(wú)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(wú)縫切換，全自動(dòng)測(cè)試

采用高速切換開(kāi)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(duì)測(cè)試造成的影響，同時(shí)采用全自動(dòng)測(cè)試設(shè)計(jì)，相比其他測(cè)試設(shè)備，SCT無(wú)需外接附件即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)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(cè)試效率，降低了人力成本。

在做循環(huán)壽命測(cè)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(cè)試，極大的節(jié)省了人工成本，提高了測(cè)試效率。

▲充放電軟件界面

這就是我們SCT系列超級(jí)電容器測(cè)試平臺(tái)，對(duì)于單體、模組、大型系統(tǒng)都有我們對(duì)應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)也能夠根據(jù)客戶的功率等級(jí)需求進(jìn)行定制化服務(wù)。

8、典型應(yīng)用

可以通過(guò)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(jí)電容真實(shí)工況并測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)可通過(guò)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(jí)電容健康狀態(tài)評(píng)估，可靠性預(yù)測(cè)等提供可靠數(shù)據(jù)。

▲ SCT測(cè)試平臺(tái)實(shí)物圖片