Утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 сентября 2020 г. N 637-ст
Национальный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 62576-2020
"КОНДЕНСАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВОЙНОСЛОЙНЫЕ ДЛЯ ГИБРИДНЫХ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК"
Electric double-layer capacitors for hybrid electric vehicles. Test methods for electrical characteristics
ОКС 31.060.99
43.120
Дата введения - 1 марта 2021 г.
Введен впервые
Предисловие
1 Подготовлен Национальной ассоциацией производителей источников тока "РУСБАТ" (Ассоциация "РУСБАТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4, и Федеральным государственным унитарным предприятием "Российский научно-технический центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия" (ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ")
2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 044 "Аккумуляторы и батареи"
3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 сентября 2020 г. N 637-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 62576:2018 "Конденсаторы электрические двойнослойные для использования в гибридных электромобилях. Методы испытаний электрических характеристик" (IEC 62576:2018 "Electric double-layer capacitors for use in hybrid electric vehicles - Test methods for electrical characteristics", IDT).
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).
Дополнительные сноски в тексте стандарта, выделенные курсивом, приведены для пояснения текста оригинала
5 Введен впервые
Введение
Электрические двойнослойные конденсаторы (конденсаторы) используют в качестве системы накопления энергии для транспортных средств. Электромобили с установленными конденсаторами коммерциализируют с целью повышения экономии топлива за счет использования энергии рекуперации, а также увеличения пиковой мощности во время ускорения и т.д.
Несмотря на то что в настоящее время на конденсаторы разработаны и действуют стандарты серии МЭК 62391, при их применении в электромобилях следует учитывать модели и условия использования и значения токов, которые значительно отличаются от установленных в действующих стандартах. Стандартные методы испытания и их оценки будут полезны как изготовителям автомобилей, так и поставщикам конденсаторов для ускорения разработки и снижения стоимости таких конденсаторов. С учетом этих соображений настоящий стандарт устанавливает основные и минимальные электрические характеристики и методы их испытаний для создания условий, способствующих расширению рынка электромобилей и конденсаторов большой емкости. Дополнительные практические статьи испытаний, подлежащие стандартизации, должны быть пересмотрены после развития технологии и стабилизации рынка конденсаторов для электромобилей. В отношении долговечности, которая важна для практического использования, в справочных приложениях изложена только основная концепция.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на электрические двойнослойные конденсаторы (далее - конденсаторы), применяемые в гибридных электромобилях для обеспечения пиковой мощности и рекуперации, и устанавливает методы испытания по определению их электрических характеристик.
Испытания, установленные в настоящем стандарте, являются типовыми.
Настоящий стандарт распространяется на конденсаторы, используемые в системах уменьшения потерь на холостом ходу (системы "старт-стоп") для транспортных средств.
Методы испытаний, установленные в настоящем стандарте, допускается применять к конденсаторным модулям, состоящим из более чем одного элемента.
Примечание - Приложение Е содержит информацию об испытаниях на стойкость к циклированию.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте нормативные ссылки отсутствуют.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.
ИСО и МЭК ведут терминологические базы данных для использования в стандартизации по следующим адресам:
- электропедия МЭК, которая доступна на http://www.electropedia.org/;
- платформа онлайн-просмотра ИСО, которая доступна на http://www.iso.org/obp.
3.1 температура окружающей среды (ambient temperature): Температура воздуха, фиксируемая в непосредственной близости от конденсатора.
3.2 приложенное напряжение (applied voltage): Напряжение, приложенное к выводам конденсатора, В.
3.3 конечное напряжение расчета (calculation end voltage): Напряжение в выбранной конечной точке для расчета характеристик, В, включая емкость, в условиях снижения напряжения во время разряда.
3.4 начальное напряжение расчета (calculation start voltage): Напряжение в выбранной начальной точке для расчета характеристик, В, включая емкость, в условиях снижения напряжения во время разряда.
3.5 емкость (capacitance): Способность конденсатора накапливать электрический заряд, Ф.
3.6 электрическая энергия, накопленная при заряде (charge accumulated electrical energy): Количество энергии, накопленное от начала до конца заряда, Дж.
3.7 ток заряда I с (charge current, I с): Ток, необходимый для заряда конденсатора, А.
3.8 эффективность заряда (charging efficiency): Отношение электрической энергии, накопленной при заряде при установленных условиях заряда, к затраченной энергии на заряд, выраженное в процентах.
Примечания
1 Значение эффективности заряда вычисляют исходя из внутреннего сопротивления конденсатора.
2 См. формулу (С.8), приложение С.
3.9 заряд при постоянном напряжении (constant voltage charging): Заряд, при котором напряжение поддерживается на постоянном уровне независимо от тока или температуры заряда.
3.10 электрическая энергия, отданная при разряде (discharge accumulated electrical energy): Количество энергии, отданное от начала до конца разряда, Дж.
3.11 ток разряда I d (discharge current, I d): Ток, необходимый для разряда конденсатора, А.
3.12 эффективность разряда (discharging efficiency): Отношение электрической энергии, отданной при разряде при указанных условиях разряда, к накопленной энергии, выраженное в процентах.
Примечания
1 Значение эффективности разряда вычисляют исходя из внутреннего сопротивления конденсатора.
2 См. формулу (С.10), приложение С.
3.13 электрический двойнослойный конденсатор (electric double-layer capacitor; capacitor): Устройство, которое накапливает электрическую энергию в электрохимическом элементе с использованием двойного слоя, положительный и отрицательный электроды которого выполнены из одного материала 1).
──────────────────────────────
1) Кроме приведенного в описании конденсатора с одинаковыми электродами, называемого симметричным, на практике применяют и другие виды, так называемые "несимметричные", когда один из электродов является электрохимически активным (например, никелевый электрод щелочного аккумулятора).
──────────────────────────────
Примечание - Электролитический конденсатор не относится к понятию "конденсатор" в настоящем стандарте.
3.14 энергоэффективность E f (energy efficiency, E f): Отношение электрической энергии, отданной при разряде, к электрической энергии, затраченной при заряде при установленных условиях заряда и разряда, выраженное в процентах.
3.15 внутреннее сопротивление (internal resistance): Суммарное сопротивление удельного сопротивления составляющего материала и внутреннего сопротивления конденсатора, Ом.
3.16 максимальная удельная мощность P dm (maximum power density, P dm): Наибольшая выходная электрическая мощность конденсатора в расчете на массу, Вт/кг, или объем, Вт/л.
3.17 номинальное внутреннее сопротивление R N (nominal internal resistance, R N): Значение внутреннего сопротивления, которое следует использовать при проектировании и настройке условий измерения, как правило, при температуре окружающей среды, Ом.
3.18 постобработка (post-treatment): Разряд и выдержка конденсатора при установленных условиях окружающей среды (температура, влажность и давление) после испытаний.
Примечание - Как правило, постобработка подразумевает, что конденсатор разряжают и выдерживают до тех пор, пока его внутренняя температура не достигнет теплового равновесия с температурой окружающей среды, прежде чем будут измерены его электрические характеристики.
3.19 предварительное кондиционирование (pre-conditioning): Заряд, разряд и выдержка конденсатора при установленных условиях окружающей среды (температура, влажность и давление) перед испытанием.
Примечание - Как правило, под предварительным кондиционированием подразумевают, что конденсатор разряжают и выдерживают до тех пор, пока его внутренняя температура не достигнет теплового равновесия с температурой окружающей среды, прежде чем будут измерены его электрические характеристики.
3.20 нормированное напряжение U R (rated voltage, U R): Максимальное постоянное напряжение, В, которое может быть подано непрерывно в течение установленного времени при верхней температуре категории для конденсатора, при котором могут быть обеспечены установленные характеристики конденсатора.
Примечания
1 Нормированное напряжение является уставкой напряжения в конструкции конденсатора.
2 Испытание на стойкость к нормированному напряжению приведено в приложении А.
3.21 комнатная температура (room temperature): Температура воздуха вблизи испытуемого устройства, в настоящем стандарте соответствующая (25 ± 2) °С.
3.22 накопленная энергия (stored energy): Энергия, запасенная в конденсаторе, Дж.
3.23 верхняя температура категории (upper category temperature): Самая высокая температура окружающей среды, при которой конденсатор может непрерывно работать.
3.24 характеристики поддержания напряжения (voltage maintenance characteristics): Способность конденсатора поддерживать напряжение на незамкнутых выводах по истечении заданного периода времени после заряда.
3.25 коэффициент поддержания напряжения (voltage maintenance rate ratio of voltage maintenance): Отношение значения напряжения на незамкнутых выводах к значению напряжения заряда через определенный промежуток времени после заряда конденсатора.
4 Методы испытаний
4.1 Емкость, внутреннее сопротивление и максимальная удельная мощность
4.1.1 Схема для измерения
Емкость и внутреннее сопротивление измеряют с использованием заряда постоянным током и при постоянном напряжении и разряда постоянным током. На рисунке 1 показана принципиальная схема, которую применяют для измерения.
I CC - постоянный ток; U CV - постоянное напряжение; 
- амперметр постоянного тока; 
- регистратор постоянного напряжения; S - переключатель режимов работы; С х - испытуемый конденсатор; 
- разрядник постоянным током; а) заряд постоянным током; b) заряд при постоянном напряжении
Рисунок 1 - Принципиальная схема для измерения емкости, внутреннего сопротивления и максимальной удельной мощности
4.1.2 Испытательное оборудование
Испытательное оборудование должно обеспечивать возможность заряжать постоянным током, постоянным напряжением, разряжать постоянным током и непрерывно измерять ток и напряжение на выводах конденсатора во временных рядах, как показано на рисунке 2, и, кроме того, устанавливать ток и напряжение с точностью, равной ± 1 % или менее, и измерять ток и напряжение с точностью, равной ± 0,1 %.
Источник питания должен обеспечивать постоянный ток заряда, при котором конденсатор заряжается с эффективностью 95 %, устанавливать продолжительность заряда постоянного напряжения и обеспечивать ток разряда, соответствующий необходимой эффективности разряда. Регистратор напряжения постоянного тока должен обеспечивать проведение измерения и запись с интервалом выборки 10 мс или менее.
U R - нормированное напряжение, В; U 1 - расчетное начальное напряжение, В; U 2 - расчетное конечное напряжение, В; ΔU3 - падение напряжения, В; T CV - время заряда при постоянном напряжении
Рисунок 2 - Вольт-амперные характеристики на выводах конденсатора при измерении емкости и внутреннего сопротивления
4.1.3 Процедура измерения
Измерения проводят с использованием испытательного оборудования, указанного в 4.1.2, в соответствии со следующими процедурами.
a) Предварительное кондиционирование
Перед измерением конденсаторы полностью заряжают и полностью разряжают, а затем выдерживают в течение 2-6 ч при комнатной температуре или температуре, указанной в соответствующих стандартах.
Примечания
1 Определение времени достижения теплового равновесия конденсаторов, которое служит эталоном для времени выдержки, приведено в приложении В.
2 Заряд и разряд допускается повторять при необходимости до тех пор, пока емкость и внутреннее сопротивление не стабилизируются.
Пример - Образец заряжают и разряжают током, указанным изготовителем, в следующем порядке:
1) полностью разряжают;
2) заряжают до U R;
3) разряжают до достижения 0,5U R;
4) повторяют десять раз действия по перечислениям 2) и 3).
b) Установка образцов
Устанавливают образцы конденсаторов на испытательном оборудовании.
c) Настройка испытательного оборудования
Если в соответствующих стандартах не установлены другие требования, то испытательное оборудование настраивают следующим образом:
1) устанавливают постоянный ток заряда I с, при котором конденсаторы должны заряжаться с эффективностью заряда 95 % на основе их номинального внутреннего сопротивления R N. Значение тока вычисляют по I с = U R/38R N.
Значение постоянного тока или эффективность заряда можно изменить в соответствии с соглашением, заключенным между изготовителем и потребителем.
Примечание - Общая концепция эффективности заряда или разряда на уровне 95 % приведена в приложении С. Если номинальное значение внутреннего сопротивления конденсатора является неопределенным, то ток для измерения можно установить в соответствии с рекомендуемыми процедурами, приведенными в приложении D;
2) устанавливают максимальное напряжение для заряда постоянным током, равным нормированному напряжению U R;
3) устанавливают продолжительность заряда при постоянном напряжении T CV 300 с;
4) устанавливают значение постоянного тока разряда. При данном значении тока конденсаторы должны разряжаться с эффективностью 95 % на основе их номинального внутреннего сопротивления R N. Значение тока вычисляют по I d = U R/40R N.
Значение постоянного тока или эффективность разряда могут быть изменены в соответствии с соглашением, заключенным между изготовителем и потребителем;
5) устанавливают интервал выборки измерений 10 мс или менее и настраивают испытательное оборудование таким образом, чтобы измерять характеристики падения напряжения до 0,5U.
d) Испытание
В соответствии с настройкой согласно перечислению с) конденсатор заряжают и разряжают в нижеприведенном порядке и измеряют напряжение на его выводах, как показано на рисунке 2:
- постоянный ток заряда до достижения U R;
- заряд при постоянном напряжении U R в течение 300 с;
- разряд постоянным током до достижения 0,4U R.
4.1.4 Метод расчета емкости
Емкость С вычисляют по формуле (1) на основе зависимости напряжения на выводах конденсатора от времени.
Примечание - Данный метод расчета называют "методом преобразования емкости из энергии".
,
(1)
где С - емкость конденсатора, Ф;
W - энергия, измеренная при разряде от начального напряжения расчета (0,9U R) до конечного напряжения расчета (0,7U R), Дж;
UR - нормированное напряжение, В.
4.1.5 Метод расчета внутреннего сопротивления
Внутреннее сопротивление R вычисляют по формуле (2) на основе зависимости напряжения на выводах конденсатора от времени, полученной в 4.1.4:
,
(2)
где R - внутреннее сопротивление конденсатора, Ом;
Id - ток разряда, А;
ΔU3 - падение напряжения, В.
Для получения значения ΔU3 применяют прямолинейное приближение к характеристикам падения напряжения от начального напряжения расчета (0,9U R) до конечного напряжения расчета (0,7U R) с использованием метода наименьших квадратов. Затем получают пересечение (значение напряжения) прямой линии в начале времени разряда. ΔU3 - разница напряжений, В, между значением напряжения точки пересечения и установленным значением постоянного напряжения заряда.
Примечание - Данный метод расчета называют "определение внутреннего сопротивления методом наименьших квадратов".
4.1.6 Метод расчета максимальной удельной мощности
Максимальную удельную мощность P dm вычисляют по формуле (3) с использованием значения внутреннего сопротивления, полученного в 4.1.5.
Примечание - Данный метод расчета называют "определение удельной мощности по среднеквадратическому внутреннему сопротивлению".
,
(3)
где Pdm - максимальная удельная мощность конденсатора, Вт/кг или Вт/л;
UR - нормированное напряжение, В;
R - расчетное внутреннее сопротивление, Ом;
М - масса, кг, или объем конденсатора, л.
4.2 Характеристики поддержания напряжения
4.2.1 Схема для измерения
На рисунке 3 приведена принципиальная схема для измерения характеристик поддержания напряжения.
I CC - постоянный ток; U CV - постоянное напряжение; 
- вольтметр постоянного напряжения; S - переключатель режимов; С х - испытуемый конденсатор; а) заряд постоянным током; b) заряд при постоянном напряжении
Рисунок 3 - Принципиальная схема для измерения характеристик поддержания напряжения
4.2.2 Испытательное оборудование
Испытательное оборудование должно обеспечивать возможность заряжать постоянным током, постоянным напряжением и непрерывно измерять напряжение на выводах конденсатора во временных рядах, как показано на рисунке 4, и, кроме того, устанавливать и измерять ток и напряжение с точностью, равной ± 1 % или менее.
Источник питания должен обеспечивать постоянный зарядный ток для заряда конденсатора с эффективностью 95 % и продолжительность заряда постоянным напряжением.
Регистраторы напряжения постоянного тока V 1 и V 2 для измерения напряжения должны быть разрешением 5 мВ или менее. Входное сопротивление регистратора должно быть достаточно высоким, чтобы погрешности измерений были незначительными.
U R - нормированное напряжение, В; T СС1 - время заряда с эффективностью 95 %, с; T CV1 - время заряда при постоянном напряжении, с; Т OС1 - время выдержки, ч: U end - напряжение, когда Т OС1 составляет 72 ч, В
Рисунок 4 - Напряжение на выводах конденсатора от времени в испытании поддержания напряжения
4.2.3 Процедуры измерения
Измерения проводят с использованием испытательного оборудования, указанного в 4.2.2, в соответствии со следующими процедурами.
a) Предварительное кондиционирование
Перед измерением конденсаторы полностью заряжают и полностью разряжают, а затем выдерживают в течение 2-6 ч при комнатной температуре или температуре, указанной в соответствующих стандартах.
Примечания
1 Определение времени достижения теплового равновесия, которое служит эталоном для времени выдержки, приведено в приложении В.
2 Заряд и разряд допускается повторять при необходимости до тех пор, пока емкость и внутреннее сопротивление не стабилизируются.
Пример - Образец заряжают и разряжают током, указанным изготовителем, в следующем порядке:
1) полностью разряжают;
2) заряжают до U R;
3) разряжают до достижения 0,5U R;
4) повторяют десять раз действия по перечислениям 2) и 3).
b) Установка испытуемых образцов
Устанавливают образцы конденсаторов на испытательном оборудовании.
c) Настройка испытательного оборудования
Если в соответствующих стандартах не установлены другие требования, то испытательное оборудование настраивают следующим образом:
1) устанавливают значение постоянного тока для заряда, I с, при котором конденсаторы должны заряжаться с эффективностью заряда 95 % на основе их номинального внутреннего сопротивления R N. Значение тока вычисляют по I с = U R/38R N.
Значение постоянного тока или эффективность заряда могут быть изменены в соответствии с соглашением, заключенным между потребителем и поставщиком.
Примечание - Общая концепция эффективности заряда или разряда на уровне 95 % описана в приложении С. Если номинальное значение внутреннего сопротивления конденсатора является неопределенным, то ток для измерения можно установить в соответствии с рекомендуемыми процедурами, приведенными в приложении D;
2) устанавливают максимальное напряжение для заряда постоянным током, равным нормированному напряжению U R;
3) устанавливают продолжительность заряда при постоянном напряжении T CV1 300 с.
d) Испытание
1) В соответствии с перечислением с) заряжают образец в следующем порядке:
- постоянный ток заряда до достижения U R;
- заряд при постоянном напряжении U R в течение 300 с.
2) Размыкают выводы конденсатора и через 72 ч измеряют напряжение на них.
4.2.4 Расчет коэффициента поддержания напряжения
Коэффициент поддержания напряжения А вычисляют по формуле
,
(4)
где А - коэффициент поддержания напряжения, %;
Uend - напряжение на разомкнутых выводах конденсатора по истечении 72 ч (T OC1);
U - нормированное напряжение, В.
4.3 Энергоэффективность
4.3.1 Схема для испытания
Испытание энергоэффективности следует проводить постоянным током заряда и разряда. На рисунке 1 показана базовая схема, необходимая для этого испытания.
4.3.2 Испытательное оборудование
Испытательное оборудование должно обеспечивать возможность заряжать постоянным током, заряжать постоянным напряжением, разряжать постоянным током и непрерывно измерять ток и напряжение на выводах конденсатора во временных рядах, как показано на рисунке 5, и, кроме того, устанавливать и измерять ток и напряжение с точностью, равной ± 1 % или менее.
Источник питания должен обеспечивать постоянный зарядный ток для заряда конденсатора с эффективностью 95 %, продолжительность заряда постоянным напряжением и ток разряда, соответствующий указанной эффективности разряда.
Регистратор напряжения постоянного тока должен обеспечивать проведение измерения и запись с разрешением 5 мВ и интервалом выборки 100 мс или менее.
U R - нормированное напряжение, В; T СС11 - продолжительность заряда постоянным током до достижения 0,5U R, с; T CV11 - продолжительность заряда при постоянном напряжении 0,5U R, с; T СС12 - продолжительность заряда постоянным током до достижения U R, с; T CV12 - продолжительность заряда при постоянном напряжении U R, с; T СС13 - продолжительность разряда постоянным током от U R до 0,5U R, с
Рисунок 5 - Вольт-амперные характеристики на выводах конденсатора при проверке эффективности заряда/разряда
4.3.3 Процедуры измерения
Измерения проводят с использованием испытательного оборудования, указанного в 4.3.2, в соответствии со следующими процедурами.
а) Предварительное кондиционирование
Перед измерением конденсатор должен быть полностью заряжен и полностью разряжен, а затем выдержан в течение 2-6 ч при комнатной температуре или температуре, указанной в соответствующих стандартах.
Примечания
1 Определение времени достижения теплового равновесия, которое служит эталоном для времени выдержки, приведено в приложении В.
2 Заряд и разряд допускается повторять при необходимости до тех пор, пока емкость и внутреннее сопротивление не стабилизируются.
Пример - Образец заряжают и разряжают током, указанным изготовителем, в следующем порядке:
1) полностью разряжают;
2) заряжают до U R;
3) разряжают до достижения 0,5U R;
4) повторяют десять раз действия по перечислениям 2) и 3).
b) Установка испытуемых образцов
Устанавливают образцы конденсаторов на испытательном оборудовании.
c) Настройка испытательного оборудования
Если в соответствующих стандартах не установлены другие требования, то испытательное оборудование настраивают следующим образом:
1) устанавливают постоянный ток для заряда от 0 В до 0,5U R и от 0,5U R до U R. При этом токе конденсаторы должны заряжаться с эффективностью заряда 95 % на основе их номинального внутреннего сопротивления R N. Значение тока вычисляют по I с = U R/38R N.
Значение постоянного тока или эффективность заряда могут быть изменены в соответствии с соглашением, заключенным между потребителем и поставщиком.
Примечание - Общая концепция эффективности заряда или разряда на уровне 95 % приведена в приложении С. Если номинальное значение внутреннего сопротивления конденсатора является неопределенным, то ток для измерения можно установить в соответствии с рекомендуемыми процедурами, приведенными в приложении D;
2) устанавливают продолжительность заряда T CV11 при постоянном напряжении 0,5U R, равным 300 с, a T CV12 при U R, равным 10 с;
3) устанавливают значение постоянного тока разряда. Это значение должно обеспечивать эффективность разряда 95 % на основе номинального внутреннего сопротивления конденсатора R N. Значение тока вычисляют по I d = U R/40R N.
Значение постоянного тока или эффективность разряда могут быть изменены в соответствии с соглашением, заключенным между заказчиком и поставщиком.
Примечание - Общая концепция эффективности заряда или разряда на уровне 95 % описана в приложении С. Если номинальное значение внутреннего сопротивления конденсатора является неопределенным, то ток для измерения можно установить в соответствии с рекомендуемыми процедурами, описанными в приложении D.
d) Испытание
1) В соответствии с перечислением с) заряжают и разряжают образец в следующем порядке:
- постоянный ток заряда до достижения 0,5U R;
- заряд при постоянном напряжении 0,5U R в течение 300 с;
- заряд постоянным током от 0,5U R до U R;
- заряд при постоянном напряжении U R в течение 10 с;
- разряд постоянным током до достижения 0,4U R.
2) Получают накопление заряда электрической энергии во время T СС12 и T CV12 и разряжают накопленную электрическую энергию во время T СС13.
4.3.4 Расчет энергоэффективности
Энергетическую эффективность E f вычисляют по формуле (5) на основе зависимости напряжение - время и ток - время в диапазоне от 0,5U R до U R.
,
(5)
где Ef - энергоэффективность, %;
Wd - электрическая энергия, Дж, отданная во время разряда в течение периода T СС13;
Wc - электрическая энергия, Дж, полученная во время заряда в течение периода T СС12 плюс период T CV12.
W d вычисляют по формуле
.
(6)
W c вычисляют по формуле
.
(7)
Приложение А
(справочное)
Испытание на долговечность. Непрерывное приложение нормированного напряжения при высокой температуре
А.1 Общие положения
В настоящем приложении приведен метод испытания конденсаторов на долговечность при непрерывном приложении нормированного напряжения при высокой температуре для определения значения нормированного напряжения по 3.20.
А.2 Процедура испытания
А.2.1 Условия испытания
Если в соответствующих стандартах не установлены другие требования, то условия испытаний должны быть следующими:
- температура испытания - верхняя температура категории;
- приложенное напряжение - нормированное напряжение;
- продолжительность испытания - 1000 ч.
А.2.2 Процедура испытания
a) Предварительное кондиционирование
Перед измерением конденсаторы полностью разряжают, а затем выдерживают в течение 2-6 ч при комнатной температуре.
b) Измерения в начале испытания
Емкость и внутреннее сопротивление конденсаторов измеряют в соответствии с 4.1.
c) Испытание
Конденсаторы помещают в камеру с верхней температурой категории и подают нормированное напряжение заряда в течение периода установленной продолжительности. Заряд до установленного нормированного напряжения заряда осуществляют путем подачи тока, обеспечивая эффективность заряда 95 % на основе номинального внутреннего сопротивления конденсаторов.
Значение постоянного тока или эффективность заряда могут быть изменены в соответствии с соглашением, заключенным между потребителем и изготовителем.
d) Постобработка (восстановление)
После завершения испытания конденсаторы вынимают из испытательной камеры, полностью разряжают и выдерживают при комнатной температуре в течение 2-6 ч.
e) Измерение в конце испытания
Помимо визуального осмотра измеряют емкость и внутреннее сопротивление конденсаторов в соответствии с 4.1 и получают степень изменения значений от значений, измеренных в начале испытания.
А.2.3 Критерии соответствия
Если другие требования не установлены в соглашении, заключенном между изготовителем и потребителем, то рекомендуется, чтобы степень изменения емкости ΔС и степень изменения внутреннего сопротивления ΔR соответствовали значениям, вычисленным по формулам (А.1) и (А.2) соответственно:
,
(А.1)
где Ci - начальная емкость перед испытанием, Ф;
Cf - емкость после испытания, Ф;
,
(А.2)
где Ri - начальное внутреннее сопротивление перед испытанием, Ом;
Rf - внутреннее сопротивление после испытания, Ом.
Приложение В
(справочное)
Время достижения теплового равновесия конденсаторов
В.1 Общие положения
Настоящее приложение описывает определение времени достижения теплового равновесия конденсаторов в качестве эталона при определении времени выдержки для предварительной обработки.
В.2 Время достижения теплового равновесия конденсаторов
Время достижения теплового равновесия - время, необходимое для достижения центральной частью конденсатора температуры окружающей среды ± 1 °С. Предполагается, что время достижения теплового равновесия зависит от внешних размеров конденсатора.
Путем проверки получены данные времени установления теплового равновесия центральных частей конденсаторов, подвергнутых воздействию определенной температуры окружающей среды. В результате замечено, что время равновесия пропорционально величинам внешних размеров, таких как диаметр цилиндрических конденсаторов и толщина (самая тонкая сторона) призматических конденсаторов. На рисунке В.1 приведена зависимость времени достижения теплового равновесия от размеров конденсаторов при приведении их к нормальной комнатной температуре от высокой температуры. На рисунке В.2 показано время достижения теплового равновесия конденсаторов при приведении их к нормальной комнатной температуре от низкой температуры. На рисунках В.1 и В.2 пунктирными прямыми линиями показано предполагаемое самое продолжительное время достижения теплового равновесия. Рекомендуется использовать эти пунктирные прямые линии как время выдержки для предварительного кондиционирования. На рисунках В.3а) и В.3b) представлены фактические измеренные изменения температуры в центральных частях конденсаторов.
- фактические результаты измерений
Пунктирная прямая линия показывает самое продолжительное предполагаемое время достижения теплового равновесия.
Рисунок В.1 - Время достижения теплового равновесия конденсаторов (при температуре от 85 °С до 25 °С)
- фактические результаты измерений
Пунктирная прямая линия показывает самое продолжительное предполагаемое время достижения теплового равновесия.
Рисунок В.2 - Время достижения теплового равновесия конденсаторов (при температуре от минус 40 °С до плюс 25 °С)
|
а) Изменения температуры центральной части конденсаторов (при температуре от 85 °С до 25 °С)
|
b) Изменения температуры центральной части конденсаторов (при температуре от минус 40 °С до плюс 25 °С)
|
Размеры конденсаторов - Ø 51 мм х L 125 мм
Рисунок В.3 - Изменение температуры центральных частей конденсаторов
Приложение С
(справочное)
Эффективность заряда/разряда и ток измерения
С.1 Общие положения
Настоящее приложение описывает общую концепцию, касающуюся эффективности заряда/разряда и тока измерения, которые указаны в 4.1.3, 4.2.3 и 4.3.3.
С.2 Эффективность заряда, эффективность разряда и ток
Заряд Q после заряда или разряда в течение времени t при постоянном токе I, накопленную энергию W и энергию L, разряженную на сопротивление R, вычисляют по формулам (С.1), (С.2) и (С.3) соответственно:
Q = It;
(С.1)
;
(С.2)
.
(С.3)
Когда конденсатор заряжают или разряжают до полной емкости постоянным током [см. формулу (С.2) или (С.3) соответственно], энергоэффективность Р с для заряда или P d для разряда вычисляют по формуле (С.4) или (С.5) соответственно, где R - внутреннее сопротивление, а С - емкость конденсатора:
;
(С.4)
.
(C.5)
В настоящем стандарте эффективность заряда или разряда принята равной 95 % после учета экзотермического эффекта и затрат времени на измерение. Время t, необходимое для заряда с эффективностью 95 %, вычисляют по формуле (С.6), полученной из формулы (С.4):
t = 38RC.
(C.6)
Значение заряда Q, накопленного в конденсаторе, вычисляют как произведение значений емкости С и зарядного напряжения U по формуле (С.7). Ток I с для заряда с эффективностью 95 % вычисляют по формуле (С.8) исходя из формул (С.1), (С.6) и (С.7):
Q = CU;
(С.7)
.
(C.8)
Аналогично время t, необходимое для разряда с эффективностью 95 %, вычисляют по формуле (С.9), полученной из формулы (С.5), а ток I d, необходимый для разряда с эффективностью 95 %, вычисляют по формуле (С.10):
t = 40RC;
(С.9)
.
(С.10)
Формулы (С.8) и (С.10) необходимы для вычисления значения тока для проверки заряда или разряда. Как только значение тока заряда/разряда определено, можно вычислить максимальный выход при целевом КПД.
Приложение D
(справочное)
Процедуры определения измерительного тока конденсатора с неопределенным номинальным внутренним сопротивлением
D.1 Общие положения
В настоящем приложении приведены процедуры определения тока при неопределенном номинальном внутреннем сопротивлении (см. 4.1.3, 4.2.3 и 4.3.3).
D.2 Процедуры определения тока для измерения характеристик конденсатора
Если номинальное значение внутреннего сопротивления конденсатора является неопределенным, то ток для измерения характеристик конденсатора с эффективностью заряда 95 % и эффективностью разряда 95 % определяют в соответствии со следующими процедурами:
a) используя расчетное значение внутреннего сопротивления, измеряют зависимость напряжения на выводах конденсатора от времени в соответствии с 4.1.3, затем вычисляют внутреннее сопротивление согласно 4.1.5.
Если внутреннее сопротивление непредсказуемо, то рекомендуется временно установить токи заряда и разряда, равные 30 А;
b) используя значение внутреннего сопротивления, вычисленного согласно процедуре по перечислению а), измеряют зависимость напряжения на выводах конденсатора от времени в соответствии с 4.1.4, затем вычисляют внутреннее сопротивление согласно 4.1.6;
c) повторяют вышеуказанные процедуры до тех пор, пока разница между вычисленным значением внутреннего сопротивления и предыдущим значением не станет менее 10 % предыдущего значения.
Если ΔU3 становится более 0,1U R, то выполняют процедуры по перечислениям а) - с) с меньшим значением тока, после чего проводят измерения. Если вычисленное внутреннее сопротивление является отрицательным значением, то осуществляют процедуры по перечислениям а) - с) с большим значением тока, после чего проводят измерения.
D.3 Пример определения тока для определения характеристик конденсатора
В таблице D.1 приведены примеры определения измерительного тока в соответствии с условиями его определений.
Таблица D.1 - Пример определения тока для измерения конденсатора
|
Условие определения
|
Значение внутреннего сопротивления, используемое для определения, мОм
|
Ток заряда, А
|
Ток разряда, А
|
Расчетная емкость, Ф
|
Расчетное внутреннее сопротивление, мОм
|
|
1
|
1,5 (предположительно)
|
47,4
|
45,0
|
1297
|
4,6
|
|
2
|
4,6 (вычисленное по результату условия определения 1)
|
15,4
|
14,7
|
1351
|
5,0
|
|
3
|
5,0 (вычисленное по результату условия определения 2)
|
14,2
|
13,5
|
1351
|
5,0
|
Приложение Е
(справочное)
Испытание на долговечность
Е.1 Общие положения
Испытание на долговечность конденсатора может быть выполнено с использованием следующей процедуры.
Примечание - Целью испытания на долговечность при циклическом испытании является подтверждение возможности работы конденсатора в тех условиях, которые фактически будут иметь место при эксплуатации.
Е.2 Метод испытания
Е.2.1 Температура испытания
Температура испытания - это верхняя температура категории, указанная изготовителем. Температуру испытания измеряют на корпусе конденсатора.
Е.2.2 Испытательное оборудование
Устройство заряда и разряда должно обеспечивать возможность заряжать и разряжать конденсатор постоянным током, как указано в Е.2.3.
Во время циклов заряда и разряда контролируют кривые напряжение - время всех конденсаторных элементов (далее - элемент) в испытательной установке.
Е.2.3 Предварительное кондиционирование
Конденсатор заряжают до U R и проводят заряд при этом постоянном напряжении в течение 30 мин. Затем конденсатор разряжают соответствующим разрядным устройством. Конденсатор выдерживают при комнатной температуре в течение необходимого периода времени для достижения теплового равновесия.
Е.2.4 Начальные измерения
Емкость и внутреннее сопротивление конденсатора измеряют в соответствии с 4.1.
Е.2.5 Стадии испытаний
Если в соответствующих стандартах не установлены другие требования, то испытание состоит из следующих этапов:
a) заряд до достижения U R с постоянным током 5 мА/Ф на элемент:
b) продолжение заряда при постоянном напряжении U R в течение 30 мин;
c) разряд постоянным током 50 мА/Ф до достижения 0,5U R на элемент;
d) пауза в течение 15 с без зарядного тока;
e) заряд постоянным током 50 мА/Ф до достижения U R на элемент;
f) выдержка в течение 15 с при постоянном напряжении U R.
Этапы с) - f) повторяют непрерывно (см. рисунок Е.1) до достижения критериев окончания испытания.
Примечание - Кривая тока на этапе f) не является установленным значением, но показывает результат применения постоянного напряжения.
Рисунок Е.1 - Этапы испытаний на долговечность
Е.2.6 Испытания
Конденсатор подключают к зарядно-разрядному устройству и приступают к этапам испытаний в соответствии с Е.2.5. Когда конденсатор достигает температуры испытания, условия охлаждения/нагрева регулируют таким образом, чтобы была достигнута стабилизация при температуре испытания. После начальной стабилизации изменения температуры охлаждения/нагрева не допускаются.
Значения емкости и внутреннего сопротивления конденсатора могут быть получены во время выполнения этапа испытаний (циклирование) путем мониторинга кривых напряжение - время и их анализа. Начальную емкость и внутреннее сопротивление во время циклирования измеряют после того, как конденсатор достигнет теплового равновесия.
Примечание - Измерения емкости и внутреннего сопротивления во время циклирования могут отличаться от начальных измерений, как указано в Е.2.4, и окончательных измерений, как указано в Е.2.5, из-за различных токов измерения.
Е.2.7 Критерии окончания испытаний
Испытание заканчивают в тот момент, когда измеренное значение во время циклирования достигает одного из следующих критериев:
- емкость снижается до 80 % ее первоначального значения;
- внутреннее сопротивление достигает 150 % его первоначального значения.
Испытание может быть завершено до достижения указанных критериев окончания испытаний в зависимости от условий соглашения, заключенного между изготовителем и потребителем.
Е.2.8 Постобработка
Конденсатор выдерживают при комнатной температуре в течение необходимого периода времени для достижения теплового равновесия (см. приложение В).
Е.2.9 Измерения в конце испытаний
Измеряют емкость и внутреннее сопротивление конденсатора в соответствии с 4.1.
Е.2.10 Критерии соответствия
Число достигнутых циклов находится в пределах диапазона, согласованного между изготовителем и потребителем.
Если в соответствующих стандартах не установлены другие требования, то емкость составляет не менее 80 % начального измеренного значения, а внутреннее сопротивление не превышает 150 % установленного значения.
Отсутствуют видимые повреждения и утечки электролита.
Библиография
|
IEC 61881-3:2012
|
Railway applications - Rolling stock equipment - Capacitors for power electronics - Part 3: Electric double-layer capacitors (Железнодорожный транспорт. Оборудование подвижного состава. Конденсаторы для силовой электроники. Часть 3. Электрические двойнослойные конденсаторы)
|
|
IEC 61881-3:2012/AMD1:2013
IEC 62391 (all parts)
|
Fixed electric double layer capacitors for use in electric and electronic equipment (Фиксированные электрические двойнослойные конденсаторы для использования в электрическом и электронном оборудовании)
|
— Все документы — ГОСТы — ГОСТ Р МЭК 62576-2020 КОНДЕНСАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВОЙНОСЛОЙНЫЕ ДЛЯ ГИБРИДНЫХ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Городом с самыми дешевыми квартирами в новостройках оказался Воронеж
Аналитик Гутман: период с мая по июль является лучшим периодом для продажи дачи
«МК»: в России не отменят льготную ипотеку
Аренда квартир в Москве подешевела на 10 %
Вице-премьер Хуснуллин: ставка по ипотеке должна быть пять процентов