ГОСТ Р МЭК 62576-2020

ГОСТ Р МЭК 62576-2020

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

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 2021-03-01

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 "")

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).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

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

________________
* В оригинале документа обозначения и номера стандартов и нормативных документов приводятся обычным шрифтом, за исключением отмеченного в разделе "Предисловие" знаком "**". - .

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации"**. Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

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 E 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 (charge current, ): 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 (C.8), приложение C.

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 (discharge current, ): 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 (C.10), приложение C.

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.

________________

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 (energy efficiency, ): 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 (maximum power density, ): Наибольшая выходная электрическая мощность конденсатора в расчете на массу, Вт/кг, или объем, Вт/л.

3.17 номинальное внутреннее сопротивление (nominal internal resistance, ): 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 (rated voltage, ): 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.

- постоянный ток; - постоянное напряжение; - амперметр постоянного тока; - регистратор постоянного напряжения; - переключатель режимов работы; - испытуемый конденсатор; - разрядник постоянным током; a) 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.

- нормированное напряжение, В; - расчетное начальное напряжение, В; - расчетное конечное напряжение, В; - падение напряжения, В; - 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 B.

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 ;

3) разряжают до достижения ;

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 , при котором конденсаторы должны заряжаться с эффективностью заряда 95% на основе их номинального внутреннего сопротивления . Значение тока вычисляют по .

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 C. 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 ;

3) устанавливают продолжительность заряда при постоянном напряжении 300 с;

4) устанавливают значение постоянного тока разряда. При данном значении тока конденсаторы должны разряжаться с эффективностью 95% на основе их номинального внутреннего сопротивления . Значение тока вычисляют по .

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 .

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 ;

- заряд при постоянном напряжении в течение 300 с;

- разряд постоянным током до достижения .

4.1.4 Метод расчета емкости

Емкость 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 - емкость конденсатора, Ф;

- энергия, измеренная при разряде от начального напряжения расчета () до конечного напряжения расчета (), Дж;

- нормированное напряжение, В.

4.1.5 Метод расчета внутреннего сопротивления

Внутреннее сопротивление вычисляют по формуле (2) на основе зависимости напряжения на выводах конденсатора от времени, полученной в 4.1.4:

, (2)

где - внутреннее сопротивление конденсатора, Ом;

- ток разряда, А;

- падение напряжения, В.

Для получения значения применяют прямолинейное приближение к характеристикам падения напряжения от начального напряжения расчета () до конечного напряжения расчета () с использованием метода наименьших квадратов. Затем получают пересечение (значение напряжения) прямой линии в начале времени разряда. - 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 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 - максимальная удельная мощность конденсатора, Вт/кг или Вт/л;

- нормированное напряжение, В;

- расчетное внутреннее сопротивление, Ом;

- 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.

- постоянный ток; - постоянное напряжение; - вольтметр постоянного напряжения; - переключатель режимов; - испытуемый конденсатор; a) 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 и для измерения напряжения должны быть разрешением 5 мВ или менее. Входное сопротивление регистратора должно быть достаточно высоким, чтобы погрешности измерений были незначительными.

- нормированное напряжение, В; - время заряда с эффективностью 95%, с; - время заряда при постоянном напряжении, с; - время выдержки, ч; - напряжение, когда 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 B.

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 ;

3) разряжают до достижения ;

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, , при котором конденсаторы должны заряжаться с эффективностью заряда 95% на основе их номинального внутреннего сопротивления . Значение тока вычисляют по .

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 C. 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 ;

3) устанавливают продолжительность заряда при постоянном напряжении 300 с.

d) Испытание

1) В соответствии с перечислением c) заряжают образец в следующем порядке:

- постоянный ток заряда до достижения ;

- заряд при постоянном напряжении 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 вычисляют по формуле

, (4)

где - коэффициент поддержания напряжения, %;

- напряжение на разомкнутых выводах конденсатора по истечении 72 ч ();

- 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.

- нормированное напряжение, В; - продолжительность заряда постоянным током до достижения , с; - продолжительность заряда при постоянном напряжении , с; - продолжительность заряда постоянным током до достижения , с; - продолжительность заряда при постоянном напряжении , с; - продолжительность разряда постоянным током от до , 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.

a) 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 B.

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 ;

3) разряжают до достижения ;

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 и от до . При этом токе конденсаторы должны заряжаться с эффективностью заряда 95% на основе их номинального внутреннего сопротивления . Значение тока вычисляют по .

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 C. 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 при постоянном напряжении , равным 300 с, а при , равным 10 с;

3) устанавливают значение постоянного тока разряда. Это значение должно обеспечивать эффективность разряда 95% на основе номинального внутреннего сопротивления конденсатора . Значение тока вычисляют по .

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 C. 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 c) заряжают и разряжают образец в следующем порядке:

- постоянный ток заряда до достижения ;

- заряд при постоянном напряжении в течение 300 с;

- заряд постоянным током от до ;

- заряд при постоянном напряжении в течение 10 с;

- разряд постоянным током до достижения .

2) Получают накопление заряда электрической энергии во время и и разряжают накопленную электрическую энергию во время .

4.3.4 Расчет энергоэффективности

Энергетическую эффективность вычисляют по формуле (5) на основе зависимости напряжение - время и ток - время в диапазоне от до .

, (5)

где - энергоэффективность, %;

- электрическая энергия, Дж, отданная во время разряда в течение периода ;

- электрическая энергия, Дж, полученная во время заряда в течение периода плюс период .

вычисляют по формуле

. (6)

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 и степень изменения внутреннего сопротивления соответствовали значениям, вычисленным по формулам (А.1) и (А.2) соответственно:

, (А.1)

где - начальная емкость перед испытанием, Ф;

- емкость после испытания, Ф;

, (А.2)

где - начальное внутреннее сопротивление перед испытанием, Ом;

- внутреннее сопротивление после испытания, Ом.

Приложение B
(справочное)

Время достижения теплового равновесия конденсаторов

B.1 Общие положения

Настоящее приложение описывает определение времени достижения теплового равновесия конденсаторов в качестве эталона при определении времени выдержки для предварительной обработки.

B.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 B.1 приведена зависимость времени достижения теплового равновесия от размеров конденсаторов при приведении их к нормальной комнатной температуре от высокой температуры. На рисунке B.2 показано время достижения теплового равновесия конденсаторов при приведении их к нормальной комнатной температуре от низкой температуры. На рисунках B.1 и B.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 B.3a) и B.3b) представлены фактические измеренные изменения температуры в центральных частях конденсаторов.

Пунктирная прямая линия показывает самое продолжительное предполагаемое время достижения теплового равновесия.

Рисунок B.1 - Время достижения теплового равновесия конденсаторов (при температуре от 85°С до 25°С)

Пунктирная прямая линия показывает самое продолжительное предполагаемое время достижения теплового равновесия.

Рисунок B.2 - Время достижения теплового равновесия конденсаторов (при температуре от минус 40°С до плюс 25°С)

Размеры конденсаторов - мм мм

Рисунок B.3 - Изменение температуры центральных частей конденсаторов

Приложение C
(справочное)

Эффективность заряда/разряда и ток измерения

C.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.

C.2 Эффективность заряда, эффективность разряда и ток

Заряд после заряда или разряда в течение времени при постоянном токе , накопленную энергию и энергию , разряженную на сопротивление , вычисляют по формулам (C.1), (C.2) и (C.3) соответственно:

; (C.1)

; (C.2)

. (C.3)

Когда конденсатор заряжают или разряжают до полной емкости постоянным током [см. формулу (C.2) или (C.3) соответственно], энергоэффективность для заряда или для разряда вычисляют по формуле (C.4) или (C.5) соответственно, где - внутреннее сопротивление, а - емкость конденсатора:

; (C.4)

. (C.5)

В настоящем стандарте эффективность заряда или разряда принята равной 95% после учета экзотермического эффекта и затрат времени на измерение. Время , необходимое для заряда с эффективностью 95%, вычисляют по формуле (C.6), полученной из формулы (C.4):

. (C.6)

Значение заряда , накопленного в конденсаторе, вычисляют как произведение значений емкости и зарядного напряжения по формуле (C.7). Ток для заряда с эффективностью 95% вычисляют по формуле (C.8) исходя из формул (C.1), (C.6) и (C.7):

; (C.7)

. (C.8)

Аналогично время , необходимое для разряда с эффективностью 95%, вычисляют по формуле (C.9), полученной из формулы (C.5), а ток , необходимый для разряда с эффективностью 95%, вычисляют по формуле (C.10):

; (C.9)

. (C.10)

Формулы (C.8) и (C.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 становится более , то выполняют процедуры по перечислениям a)-c) с меньшим значением тока, после чего проводят измерения. Если вычисленное внутреннее сопротивление является отрицательным значением, то осуществляют процедуры по перечислениям a)-c) 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

Приложение E
(справочное)

Испытание на долговечность

E.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.

E.2 Метод испытания

E.2.1 Температура испытания

Температура испытания - это верхняя температура категории, указанная изготовителем. Температуру испытания измеряют на корпусе конденсатора.

E.2.2 Испытательное оборудование

Устройство заряда и разряда должно обеспечивать возможность заряжать и разряжать конденсатор постоянным током, как указано в E.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 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.

E.2.4 Начальные измерения

Емкость и внутреннее сопротивление конденсатора измеряют в соответствии с 4.1.

E.2.5 Стадии испытаний

Если в соответствующих стандартах не установлены другие требования, то испытание состоит из следующих этапов:

a) заряд до достижения с постоянным током 5 мА/Ф на элемент;

b) продолжение заряда при постоянном напряжении в течение 30 мин;

c) разряд постоянным током 50 мА/Ф до достижения на элемент;

d) пауза в течение 15 с без зарядного тока;

e) заряд постоянным током 50 мА/Ф до достижения на элемент;

f) выдержка в течение 15 с при постоянном напряжении .

Этапы c)-f) повторяют непрерывно (см. рисунок E.1) до достижения критериев окончания испытания.

Примечание - Кривая тока на этапе f) не является установленным значением, но показывает результат применения постоянного напряжения.

Рисунок E.1 - Этапы испытаний на долговечность

E.2.6 Испытания

Конденсатор подключают к зарядно-разрядному устройству и приступают к этапам испытаний в соответствии с E.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 E.2.4, и окончательных измерений, как указано в E.2.5, из-за различных токов измерения.

E.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.

E.2.8 Постобработка

Конденсатор выдерживают при комнатной температуре в течение необходимого периода времени для достижения теплового равновесия (см. приложение B).

E.2.9 Измерения в конце испытаний

Измеряют емкость и внутреннее сопротивление конденсатора в соответствии с 4.1.

E.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

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2020