[发明专利]一种储能电容器储能密度的测试方法

说明书

本发明公开一种储能电容器储能密度的测试方法，是通过包括充电回路与欠阻尼短路放电回路的测试电路对电容器的储能密度进行测试的方法，包括通过充电回路对电容器进行充电；通过欠阻尼短路放电回路对电容器进行放电，记录放电过程中电容器两端的电压、欠阻尼短路放电回路中的电流和放电时间；找出电压首次为零时对应的首次零电压时间；通过电流和放电时间计算电容器的电荷释放量，代入首次零电压时间，求出电容器的最大电荷释放量；利用最大电荷释放量减去电荷释放量，求出电容器上的电荷量；根据电压和电荷量，求出电容器从开始放电至电压首次为零为止释放的能量；将能量除以电容器的体积，求出电容器的储能密度。

技术领域

本发明涉及电容器的电学性能参数测量领域，具体涉及一种储能电容器储能密度的测试方法。

背景技术

高储能电容器可在瞬时将储存的能量释放出来产生大电流脉冲，可用于强冲击激光、导弹点火等应用领域。作为脉冲功率电源的重要储能元件，储能电容器在整个设备中占很大比重，是极为重要的关键部件。

储能密度是储能电容器工程应用的重要指标，对电容器的结构设计和工程应用至关重要。储能电容器在充电过程中储存的能量密度为充电储能密度，但在实际应用中使用的是放电时的储能密度，放电时的储能密度小于充电储能密度。放电过程的储能密度与放电回路有关，放电回路不同，放电频率不同，则储能电容器释放的储能密度不同。

储能电容器储能密度的测试方法有电滞回线法和充放电法。由例如GB/T 6426-1999铁电陶瓷材料电滞回线的准静态测试方法中描述的电滞回线法测量并计算得到的储能密度，是电容器释放的最大值，即电容器理论上释放的储能密度。充放电法测试原理是先对储能电容器外加电场，使电容器储存能量；再对外电路放电，在放电过程中电容器释放储存的能量。放电回路参数包括回路电容、回路电感和回路电阻，根据放电回路参数不同，放电过程呈现欠阻尼振荡、过阻尼、临界阻尼三种特性，这三种特性的放电周期差距巨大。由于电容器介质材料在不同频率下的放电响应不同，因此同一电容器在这三种放电条件下释放的储能密度也不同。

储能电容器用于脉冲电源时，需要大输出电流、短放电周期，因此工作时的放电模式为欠阻尼短路放电。电滞回线法测试频率通常为1Hz或10Hz，而欠阻尼短路放电的放电周期很短为μs级，可见电滞回线法测试频率远低于欠阻尼短路放电频率。电容器介质材料在不同频率下的放电响应不同，放电频率高时，介质材料偶极子反转跟不上电场的变化速度，因此欠阻尼短路放电法测得的储能密度小于电滞回线法。

由此可见，电滞回线法测量出的储能密度并不能很好地代表储能电容器在欠阻尼短路实际放电时的储能密度。

发明内容

发明要解决的问题

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能准确测量电容器在欠阻尼短路放电回路中实际放电时的储能密度的储能电容器储能密度的测试方法。

解决问题的手段：

本发明提供一种储能电容器储能密度的测试方法，是通过包括充电回路与欠阻尼短路放电回路的测试电路对电容器的储能密度进行测试的方法，

包括以下步骤：

(1)通过所述充电回路对电容器进行充电；

(2)通过所述欠阻尼短路放电回路对所述电容器进行放电，记录放电过程中所述电容器两端的电压、所述欠阻尼短路放电回路中的电流和放电时间；

(3)找出所述电压首次为零时对应的首次零电压时间；

(4)通过所述电流和所述放电时间计算所述电容器的电荷释放量，代入所述首次零电压时间，求出所述电容器的最大电荷释放量；

(5)利用所述最大电荷释放量减去所述电荷释放量，求出所述电容器上的电荷量；