超级电容可靠性测试系统及温度不均衡测试方法与流程

本发明属于超级电容器技术领域，尤其涉及一种超级电容可靠性测试系统及温度不均衡测试方法。

背景技术：

超级电容作为一种新兴的绿色储能元件，具有响应速度快，循环次数多，寿命长，功率大等优点。现阶段，超级电容广泛应用于风电、智能微网等绿色能源领域。在风电领域中，超级电容常年处于类似风电场这样的恶劣环境中工作，由于超级电容单体电压较低，在大规模储能中需要大量串并联组合工作，其老化受温度、电压、单体参数不一致等诸多因素影响，往往经数月使用、性能就已经下降了，若其中某节单体失效，将迅速导致模块甚至整个储能系统无法正常使用，因此由于以上原因将导致整个系统的实际工作寿命远小于单体标称值。

现有超级电容测试系统仅仅是对单一超级电容的一般性能进行测试，无法将影响超级电容寿命的因素(充放电电压和环境温度及冷却条件)综合考虑进去，对超级电容可靠性及寿命测试方面考虑不足，无法检测温度不均衡的使用环境或工作状态对超级电容的使用寿命的影响。

技术实现要素：

本发明提供一种超级电容可靠性测试系统及温度不均衡测试方法，解决现有超级电容测试系统仅能对单一超级电容模组的进行整体测试的问题。

第一方面，提供了一种超级电容可靠性测试系统，包括

两个或两个以上密闭试验箱，所述两个或两个以上密闭试验箱之间串接，使放置在密闭试验箱内部的待测超级电容器件之间构造为串联连接在测试电路中；每个所述密闭试验箱内设有温度控制模块，用于对所述密闭试验箱内部进行加热和/或制冷；

测试电源模块，用于为所述两个或两个以上密闭试验箱的两端提供电能；

信号采集模块，与每个所述密闭试验箱电连接，用于采集所述密闭试验箱内部的待测超级电容器件的电压；

控制模块，接收所述信号采集模块的采集信号和/或发送控制指令给所述信号采集模块。

可选择地，所述温度控制模块，包括：

加热装置，用于对所述密闭试验箱内部进行加热；

和/或，制冷装置，用于对所述密闭试验箱内部进行制冷；

相应地，所述信号采集模块，还用于采集所述密闭试验箱内的温度。

可选择地，所述密闭试验箱内，还设有：

湿度控制模块，用于对所述密闭试验箱内部进行加湿和/或除湿；

相应地，所述信号采集模块，还用于采集所述密闭试验箱内部的湿度。

可选择地，所述湿度控制模块，包括：

加湿器，用于对所述密闭试验箱内进行加湿；

和/或，除湿器，用于对所述密闭试验箱内进行除湿。

可选择地，本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，还包括

测试平台，用于放置待测超级电容器件，所述待测超级电容器件与所述测试电源模块电连接，并由所述测试电源模块为所述待测超级电容器件供电；

相应地，所述信号采集模块与所述测试平台电连接，用于采集所述测试平台上放置的待测超级电容器件的电压。

可选择地，所述测试平台上设有防护罩，用于扣接在放置在测试平台上的待测超级电容器件外部，形成密闭的测试环境，优选地，所述防护罩为PVC材料制造，用于防止触电或者超级电容放电漏夜伤人；

和/或，所述测试平台上设有电压显示表，用于检测放置在测试平台上的待测超级电容器件两端的电压；

和/或，所述测试平台上设有短路放电开关，连接放置在测试平台上的待测超级电容器件的两端，当待测超级电容器件两端的电压小于所述短路放电开关的放电电压时，所述短路放电开关短路放电，优选地，所述放电电压不超过5V；

和/或，所述测试平台上设有保护电路，所述保护电路包括：

报警灯，用于警示带电电流；

限位开关，受所述防护罩控制打开或关闭；

手动开关，与所述报警灯、所述限位开关串联。

可选择地，本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，还包括

恒流恒压电源，用于对所述两个或两个以上密闭试验箱内的待测超级电容器件进行恒压充电；

负载，与所述两个或两个以上密闭试验箱内的待测超级电容器件电连接形成放电回路，用于对所述待测超级电容器件进行放电。

可选择地，所述信号采集模块，还用于存储采集到的信号；

和/或，所述信号采集模块为PLC。

可选择地，所述控制模块，还用于接收所述测试电源模块的主功率电路的电压和/或电流信号，并存储收到的电压和/或电流信号。

可选择地，所述待测超级电容器件为待测超级电容模组、待测超级电容模块或待测超级电容单体中的任意一个。

另一方面，本发明实施例还提供一种超级电容温度不均衡测试方法，使用以上所述的测试系统，包括：

准备两组相同的待测超级电容器件；

(1)将第一组所述待测超级电容器件放置在所述密闭试验箱中，并且通过所述温度控制模块控制所述密闭试验箱保持在第一温度条件下；

接通测试电源模块，对该组所述待测超级电容器以电压U0进行充电；

经过时间t1，检测该组所述待测超级电容器件的容值和/或内阻；

(2)将第二组所述待测超级电容器件分成至少两部分，并将所述至少两部分一一对应地放置在串接的两个或两个以上所述密闭试验箱中，并且通过所述温度控制模块控制其中的一个所述密闭试验箱保持在第一温度条件下，控制其他的所述密闭试验箱的温度与第一温度条件不同；

接通测试电源模块，对该组所述待测超级电容器以电压U0进行充电；

经过时间t1，检测该组所述待测超级电容器件的容值和/或内阻。

可选择地，经过时间t2，分别检测两组所述待测超级电容器件的容值和/或内阻，t2-t1＝△t；

经过时间t3，分别检测两组所述待测超级电容器件的容值和/或内阻，t3-t1＝2△t；

优选地，t1＝600h，△t＝100h。

可选择地，若将第二组所述待测超级电容器件分成两部分，将所述两部分一一对应地放置在串接的两个所述密闭试验箱中，并且通过所述温度控制模块控制其中的一个所述密闭试验箱保持在第一温度条件下，控制另一个所述密闭试验箱的温度保持在低于第一温度条件的第二温度条件下。

本发明实施例提供的超级电容可靠性测试系统，能够同时对两个及以上串联的待测超级电容器件进行测试，并可以针对每个待测超级电容器件控制不同的温度，能够模拟超级电容模组的温度分布不均的真实工作环境，从而得到更准确的测试结果。

本发明实施例提供的温度不均衡测试方法，通过将待测超级电容器件放置在相同或不同的温度环境下进行比对，从而可以对老化寿命得到更准确的评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所述超级电容可靠性测试系统的模块示意图。

图2是本发明实施例所述测试平台的模块示意图。

图3是本发明实施例所述控制模块检测密闭试验箱的电路示意图。

图4是采用恒流恒压电源、密闭试验箱及负载的电路示意图。

图5是采用恒流恒压电源、密闭试验箱及负载的电路示意图。

图中：

1、测试电源模块；

21、第一密闭试验箱；22、第二密闭试验箱；

3、恒流恒压电源；

4、信号采集模块；

5、控制模块；

6、测试平台；61、电压显示表；62、短路放电开关；63、保护电路；64、报警灯；65、限位开关；66、手动开关；

7、负载；

8、待测超级电容器件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

本发明实施例中的部分术语：

(1)超级电容模块，是由多个超级电容单体串联组成；

(2)超级电容模组，是由多个超级电容模块串联组成。

如图1-3所示，本发明一实施例提供一种超级电容可靠性测试系统，包括两个或两个以上密闭试验箱、测试电源模块1、信号采集模块4、控制模块5，其中：

以两个密闭试验箱为例，分别是第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22，第一密闭试验箱21以及第二密闭试验箱22之间串接，使放置在第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22内部的待测超级电容器件8之间构造为串联连接在测试电路中；第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22内分别设有温度控制模块，温度控制模块用于对第一密闭试验箱21以及第二密闭试验箱22内部进行加热和/或制冷；

测试电源模块1，用于为第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22的两端提供电能；

信号采集模块4与第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22电连接，用于采集第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22内部的待测超级电容器件的电压；

控制模块5，接收信号采集模块4的采集信号和/或发送控制指令给信号采集模块4。

可选择地，温度控制模块包括加热装置和制冷装置，其中：

加热装置用于对密闭试验箱内部进行加热；

制冷装置用于对密闭试验箱内部进行制冷；

相应地，信号采集模块4，还用于采集每个密闭试验箱内的温度。

可选择地，本实施例中，待测超级电容器件8为待测超级电容模组、待测超级电容模块或待测超级电容单体，其中：超级电容模块，是由多个超级电容单体串联组成；超级电容模组，是由多个超级电容模块串联组成。

本实施例中，通过密闭试验箱内部的密闭结构，构造成一个密闭的环境，通过对该密闭环境内的待测超级电容器件施加充放电控制、加热控制、制冷控制等影响寿命因素的条件；具体地，通过测试电源模块1实现对密闭试验箱内的待测超级电容器件进行充放电，并通过加热装置实现对密闭试验箱内进行加热控制，通过制冷装置实现对密闭试验箱内进行制冷控制，在实施的过程中可以控制不同的密闭试验箱内具有不同的温度，进而可以实现对充放电控制和模拟不同环境温度下进行可靠性测试，从而得到更准确的测试结果。

本发明实施例提供的超级电容可靠性测试系统，能够同时对两个及以上串联的待测超级电容器件进行测试，并可以针对每个待测超级电容器件控制不同的温度，能够模拟超级电容模组的温度分布不均的真实工作环境，从而得到更准确的测试结果。

可选择地，本发明实施例提供的测试系统，在每个密闭试验箱内，还分别设有湿度控制模块；

湿度控制模块用于对密闭试验箱内部进行加湿和除湿；

相应地，信号采集模块4，还用于采集第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22内部的湿度，根据检测的湿度以对密闭试验箱内的湿度进行控制。

可选择地，湿度控制模块包括加热器和除湿器，其中：

加湿器用于对密闭试验箱内进行加湿；除湿器用于对密闭试验箱内进行除湿。

本实施例在以上实施例施加充放电控制、加热控制等影响寿命因素的条件的基础上，还增加了湿度条件控制，从而可以实现对待测超级电容器件施加多种干扰因素，将影响待测超级电容器件寿命的各种因素综合考虑，通过逐步增强环境应力(例如温度、湿度等)的方式检测待测超级电容器件的可靠性，从而使本领域的技术开发人员和生产者在研发和生产时，为适应不同的环境而进行设计。

可选择地，如图2所示，本发明实施例提供的测试系统，还包括测试平台6；

测试平台6用于放置待测超级电容器件8，待测超级电容器件8与测试电源模块1电连接，并由测试电源模块1为待测超级电容器件供电；

相应地，信号采集模块4与测试平台6电连接，用于采集测试平台6上放置的待测超级电容器件8的电压。

进一步地，测试平台6上设有防护罩、电压显示表61、短路放电开关62、保护电路63，其中：

防护罩用于扣接在放置在测试平台6上的待测超级电容器件8外部，形成密闭的测试环境，优选地，防护罩为PVC材料制造，用于防止触电或者超级电容放电漏夜伤人；

电压显示表61用于检测放置在测试平台6上的待测超级电容器件8两端的电压，以便透过防护罩观察待测超级电容器件8是否带电，待测超级电容器件8放电完成以后，再对待测超级电容器件8进行安全拆卸；

短路放电开关62连接放置在测试平台6上的待测超级电容器件8的两端，当待测超级电容器件8两端的电压小于短路放电开关62的放电电压时，短路放电开关62短路放电，优选地，放电电压最大不超过5V，在实施的过程中，本领域技术人员可以根据测试的需要选择不同规格的短路放点开关62；

保护电路63用于为防护罩的安全性提供安全保障，保护电路63包括报警灯64、限位开关65和手动开关66，其中：

报警灯64用于警示带电电流，以确保测试过程的安全；

限位开关65受防护罩控制打开或关闭，进一步确保测试安全；

手动开关66与报警灯64、限位开关65串联，从而构成保护回路63。

可选择地，本发明实施例提供的测试系统，还包括恒流恒压电源3和负载7，其中：

恒流恒压电源3，用于对第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22内的待测超级电容器件8进行恒压充电；恒流恒压电源3可对待测超级电容器件8进行恒流恒压充电，其输出电流和电压可调；

负载7，与第一密闭试验箱21、第二密闭试验箱22内的待测超级电容器件8电连接形成放电回路，用于对待测超级电容器件8进行放电。当使用恒流恒压对待测超级电容器件8进行测试时，恒流恒压电源3不具备放电功能，此时使用负载7对待测超级电容器件8进行放电。

可选择地，信号采集模块4，根据以上提供的实施例采集到的信号，将采集到的信号存储；

可选择地，信号采集模块4为PLC。

可选择地，控制模块5，还用于接收测试电源模块3的主功率电路的电压和电流信号，并存储收到的电压和电流信号。基于本领域技术人员的理解，控制模块5也可以单独存储电压信号或者单独存储电流信号。

本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，能够对待测超级电容器件8进行不同环境应力条件下的测试，包括：容量测试、等效内阻ESR测试、漏电流测试、均压测试、电压保持能力测试等基本性能测试和循环寿命测试、高加速寿命测试及过充、过放速率承受能力、高低温存储及运行、高低温冲击、高温高湿存储及运行等可靠性测试等。

本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，通过控制模块5对测试电源模块3进行软件编程完成不同温度、湿度等环境应力条件下容量测试、等效内阻测试、漏电流测试、自放电测试、过充、过放速率承受能力试验、荷电保持能力试验和循环寿命测试以及可靠性测试。本实施例中提供的超级电容可靠性测试系统，通过第一密闭试验箱21和第二密闭试验箱22提供不同的温度、湿度等环境应力。测试电源模块3具备数据自动采集和存储功能、如主功率回路的电压、电流等，超级电容测试电源可以通过辅助电压和辅助温度端口对第一密闭试验箱21和第二密闭试验箱22内待测超级电容器件8的电压、电流、温度信号来实现超级电容测试电源和第一密闭试验箱21和第二密闭试验箱22进行停机控制。

本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，通过测试电源模块1、数据采集模块4、控制模块5、密闭试验箱来实现不同环境应力条件下对超级电容模组的均压测试。通过控制模块5对测试电源模块3行均压测试程序编写、信号采集模块4实现超级电容模组中各个串联模块的数据采集并上传至控制模块5进行数据存储。不同环境应力通过密闭试验箱提供。

本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，通过恒流恒压电源3、密闭试验箱和负载7对待测超级电容器件8进行高加速寿命测试。

本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，通过测试电源模块3、控制模块5、测试平台6进行常温状态下超级电容模块及模组基本参数测量。

本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，将影响超级电容寿命的因素(充放电电压和环境温度)综合考虑进去，对超级电容进行比较充分的可靠性试验，更好的了解和掌握超级电容的特性、掌握超级电容产品的特性和边界，在产品设计初期发现产品的设计缺陷和质量问题，摸清产品当前达到的可靠性水平；避免因产品设计初期对产品测试及可靠性估计不足而达到批量生产阶段给公司带来重大损失；通过对不同厂家的超级电容进行可靠性对比测试，选出最优产品，为未来新供方开发提供基础。

本实施例提供的超级电容可靠性测试系统，可模拟多种环境条件对待测超级电容器件进行性能测试，通过控制模块的程序设计，可以进行多种环境条件下的循环寿命测试和高加速寿命测试，进而预测产品的使用寿命；同时，也可以通过控制模块的程序设计，实现智能化操作，减少人为操作程序，为公司节约人力成本。

如图4、图5所示，本发明实施例还提供一种超级电容温度不均衡测试方法，使用以上实施例提供的测试系统，包括：

准备两组相同的待测超级电容器件；

(1)将第一组待测超级电容器件放置在密闭试验箱中，并且通过温度控制模块控制密闭试验箱(第一密闭试验箱21或第二密闭试验箱22)保持在65℃条件下；

接通测试电源模块，对该组待测超级电容器以电压U0进行充电；

经过时间600小时，检测该组待测超级电容器件的容值和/或内阻；

(2)将第二组待测超级电容器件分成两部分，并将两部分一一对应地放置在串接的两个密闭试验箱(第一密闭试验箱21和第二密闭试验箱22)中，并且通过温度控制模块控制其中第一密闭试验箱21保持在65℃条件下，控制第二密闭试验箱22在60℃条件下；

接通测试电源模块，对该组待测超级电容器以电压U0进行充电；

经过时间600小时，检测该组待测超级电容器件的容值和内阻。

经过时间700小时，分别检测两组待测超级电容器件8的容值和内阻；

经过时间800小时，分别检测两组待测超级电容器件8的容值和内阻；

以上检测时间按照间隔100小时检测一次的方式进行，本领域技术人员可以根据采集数据的需要而调节采集的频率。

具体地：为了验证温度因素对超级电容寿命的影响，使用同一厂家的超级电容模块8只，每4只为一组进行如下试验。第一组试验条件是放置于同一密闭试验箱(也可以分组放置在两个密闭试验箱)中，密闭试验箱温度设置为65度；第二组每两只为一组一一对应地放置于第一密闭试验箱21和第二密闭试验箱22中，试验温度分别为65度和60度。两组施加的试验电压相同。第一组超级电容模块样品和第二组超级电容模块样品中性能最差的超级电容试验数据进行对于分析，其中第二组超级电容模块性能最差的为65度试验箱中的，试验数据如下：

以上实施例中，试验温度可以根据测试需要而进行调整，但要求保证第二组待测超级电容器件中的部分待测超级电容器件的温度与第一组待测超级电容器件的温度相同，第二组待测超级电容器件中的其他待测超级电容器件的温度低于第一组待测超级电容器件的温度，从而能更好的测试出温度不均对待测超级电容器件使用寿命的影响，待测超级电容器件的容值和内阻的采集时间、采集频率也可以根据需要而选择，使本领域技术人员可以获得更准确、更接近现实的待测超级电容器件寿命老化曲线；同时，在实施的过程中，还可以对两组待测超级电容器件施加不同的湿度条件，再进一步检测待测超级电容器件的容值和内阻的变化，结合温度和湿度条件进行测试，可以获得更接近现实情况的测试数据。

本测试方法不仅考虑了电压、温度两个因素，还考虑了因系统温度分布不均匀，造成离热源近的超级电容模块初始温度较高，这将加速其老化引起的等效串联电阻(ESR)增加，而电阻上升反之促使自身更快升温，从而形成正反馈的因素影响，该测试方法得到的结果更接近真实的使用环境，所以参考价值更高。

由此测试方法得到的结果进行对比分析来看，温度分布不均衡的因素会加速超级电容的失效，忽视这种温度分布不均衡的正反馈因素会导致评价超级电容器的预期寿命过高。

本发明实施例还提供一种超级电容温度不均衡测试方法，使用以上实施例提供的测试系统，其与杉树实施例提供的测试方法不同之处在于，该测试系统中使用三个串接的密闭试验箱，相应地，将第二组待测超级电容器件分成三部分，每部分被放入其中一个密闭试验箱中，第一密闭试验箱的温度控制在65℃条件下，另外两个密闭试验箱的温度可以是60℃或70℃，以模拟真实的操作环境。

本实施例提供的使用超级电容可靠性测试系统进行温度不均衡测试的方法，将影响超级电容寿命的因素(充放电电压和环境温度)综合考虑进去，对超级电容进行比较充分的可靠性试验，更好的了解和掌握超级电容的特性、掌握超级电容产品的特性和边界，在产品设计初期发现产品的设计缺陷和质量问题，摸清产品当前达到的可靠性水平；避免因产品设计初期对产品测试及可靠性估计不足而达到批量生产阶段给公司带来重大损失；通过对不同厂家的超级电容进行可靠性对比测试，选出最优产品，为未来新供方开发提供基础。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。