[發明專利]一種儲能電容器儲能密度的測試方法

有效

• 申請號: 202010201411.2
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111398709B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 曹菲;閆世光;王根水;陳學鋒;董顯林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;姚佳雯

本發明公開一種儲能電容器儲能密度的測試方法，是通過包括充電回路與欠阻尼短路放電回路的測試電路對電容器的儲能密度進行測試的方法，包括通過充電回路對電容器進行充電；通過欠阻尼短路放電回路對電容器進行放電，記錄放電過程中電容器兩端的電壓、欠阻尼短路放電回路中的電流和放電時間；找出電壓首次為零時對應的首次零電壓時間；通過電流和放電時間計算電容器的電荷釋放量，代入首次零電壓時間，求出電容器的最大電荷釋放量；利用最大電荷釋放量減去電荷釋放量，求出電容器上的電荷量；根據電壓和電荷量，求出電容器從開始放電至電壓首次為零為止釋放的能量；將能量除以電容器的體積，求出電容器的儲能密度。

技術領域

本發明涉及電容器的電學性能參數測量領域，具體涉及一種儲能電容器儲能密度的測試方法。

背景技術

高儲能電容器可在瞬時將儲存的能量釋放出來產生大電流脈沖，可用于強沖擊激光、導彈點火等應用領域。作為脈沖功率電源的重要儲能元件，儲能電容器在整個設備中占很大比重，是極為重要的關鍵部件。

儲能密度是儲能電容器工程應用的重要指標，對電容器的結構設計和工程應用至關重要。儲能電容器在充電過程中儲存的能量密度為充電儲能密度，但在實際應用中使用的是放電時的儲能密度，放電時的儲能密度小于充電儲能密度。放電過程的儲能密度與放電回路有關，放電回路不同，放電頻率不同，則儲能電容器釋放的儲能密度不同。

儲能電容器儲能密度的測試方法有電滯回線法和充放電法。由例如GB/T 6426-1999鐵電陶瓷材料電滯回線的準靜態測試方法中描述的電滯回線法測量并計算得到的儲能密度，是電容器釋放的最大值，即電容器理論上釋放的儲能密度。充放電法測試原理是先對儲能電容器外加電場，使電容器儲存能量；再對外電路放電，在放電過程中電容器釋放儲存的能量。放電回路參數包括回路電容、回路電感和回路電阻，根據放電回路參數不同，放電過程呈現欠阻尼振蕩、過阻尼、臨界阻尼三種特性，這三種特性的放電周期差距巨大。由于電容器介質材料在不同頻率下的放電響應不同，因此同一電容器在這三種放電條件下釋放的儲能密度也不同。

儲能電容器用于脈沖電源時，需要大輸出電流、短放電周期，因此工作時的放電模式為欠阻尼短路放電。電滯回線法測試頻率通常為1Hz或10Hz，而欠阻尼短路放電的放電周期很短為μs級，可見電滯回線法測試頻率遠低于欠阻尼短路放電頻率。電容器介質材料在不同頻率下的放電響應不同，放電頻率高時，介質材料偶極子反轉跟不上電場的變化速度，因此欠阻尼短路放電法測得的儲能密度小于電滯回線法。

由此可見，電滯回線法測量出的儲能密度并不能很好地代表儲能電容器在欠阻尼短路實際放電時的儲能密度。

發明內容

發明要解決的問題

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種能準確測量電容器在欠阻尼短路放電回路中實際放電時的儲能密度的儲能電容器儲能密度的測試方法。

解決問題的手段：

本發明提供一種儲能電容器儲能密度的測試方法，是通過包括充電回路與欠阻尼短路放電回路的測試電路對電容器的儲能密度進行測試的方法，

包括以下步驟：

(1)通過所述充電回路對電容器進行充電；

(2)通過所述欠阻尼短路放電回路對所述電容器進行放電，記錄放電過程中所述電容器兩端的電壓、所述欠阻尼短路放電回路中的電流和放電時間；

(3)找出所述電壓首次為零時對應的首次零電壓時間；

(4)通過所述電流和所述放電時間計算所述電容器的電荷釋放量，代入所述首次零電壓時間，求出所述電容器的最大電荷釋放量；

(5)利用所述最大電荷釋放量減去所述電荷釋放量，求出所述電容器上的電荷量；