超级电容器试验方法

KAMCAP 超级电容器的试验方法及设备

一、范围

规定了KAMCAP 超级电容器的主要实验方法，并推荐相关的试验设备。 二、依据标准 IEC 62391-1《Fixed electric double-layer capacitors for use in electronic equipment – Part 1:Generic specification 》

Q/KMNY001-2006《电化学电容器》 二、试验方法

2.1 容量capacitance

2.1.1 恒流放电方法constant current discharge method 2.1.1.1 测量电路

图1 – 恒流放电方法电路 2.1.1.2 测量方法measuring method

◎ 恒流/恒压源的直流电压设定为额定电压（UR ）。 ◎ 设定表2中规定的恒电流放电装置的恒定电流值。

◎ 将开关S 切换到直流电源，除非分立标准中另有规定，在恒流/恒压源达到额定电压后恒压充电30min 。

◎ 在充电30min 结束后，将开关S 变换到恒流放电装置，以恒定电流进行放电。

图2 电容器的端电压特性

◎ 测量电容器两端电压从U1到U2的时间t1和t2，如图2所示，根据下列等式计算电容量值：

恒流/恒压源

恒流放电装置

直流电流表 直流电压表 转换开关 待测电容

电压（V ）

其中

C 容量（F ）； I 放电电流（A ）； U1 测量初始电压（V ）； U2 测量终止电压（V ）；

t1 放电初始到电压达到U1（s ）的时间； t2放电初始到电压达到U2（s ）的时间。

放电电流I 及放电电压下降的电压U1和U2参见表2。分级方法应依据分立标准。

a ）如果ΔU3超过初始特性中充电电压的5%（0.05×UR ），电流值减小至一半，五分之一或十分之一。

b ）放电电流值10A 或以下的有效数字个数为一位，计算值的第二位应四舍五入。

c ）放电电流值超过10A 的有效数字个数为两位，计算值的第三位应四舍五入。

2.1.2 恒电阻充电方法 2.1.2.1 测量电路

应根据图3中所示测量电路进行测量。

图3 – 恒电阻充电方法电路

2.1.2.2 测量方法

恒压源

R 串联电阻 S 开关

直流电压表 Cx 待测电容

进行测量前，将电容器两端短路30min 以上进行充分放电； 当施加直流电压UR 时，测量时间常数（τ），通过下列等式计算电容量值：

其中

C 容量（F ）

τ 充电至0.632×UR 的时间（s ）； R 串联电阻（Ω）。

选择R 值使τ为60s ～120s 。

2.3 内阻Internal resistance 2.

3.1 交流阻抗方法 2.3.1.1 测量电路

所示测量电路进行测试。

图2.3.1.1– 交流阻抗方法电路

2.3.1.2 测量方法

电容器的内阻Ra 应通过下式计算：

其中

Ra 交流内阻（Ω）；

U 交流电压有效值（V r.m.s ）； I 交流电流有效值（V r.m.s ）。 测量电压的频率，应为1kHz 。 交流电流应为1mA 至10mA 。

2.3.2 直流阻抗方法

2.3.2.1 测量方法

采用恒流放电方法所示的测量电路，采用额定电压。用电压记录仪测量电容器端电压。

振荡器

交流电流表

交流电压表

待测电容

将开关S 切换至直流源，当恒流恒压源达到额定电压后施加电压充电30min 。

在充电30min 结束后，切换开关S 至恒流放电装置，以表3中规定的恒定电流进行放电。用电压记录仪记录电容器端电压随时间变化。由电压记录仪得到的电压与时间成直线部分绘制辅助线，从辅助线与放电开始交点读取电压降ΔU3，如图5所示，根据下式计算内阻Rd 。

其中

Rd 为直流内阻（Ω）； ΔU3 电压降（V ）； I 放电电流（A ）。

放电电流I 应依据表3。分类方法应依照分立标准。 表3 – 放电电流

备注 放电电流I 应按以下规定选取：

a ）如果ΔU3超过初始特性中充电电压的20%（0.2×UR ），电流值减小至一半，五分之一或十分之一。

b ）放电电流值10A 或以下的有效数字个数为一位，计算值的第二位应四舍五入。

c ）放电电流值超过10A 的有效数字个数为两位，计算值的第三位应四舍五入。

电压降不表示从放电开始点的连续降落电压ΔU4，而是从曲线的直线部分作辅助线延长至

与放电开始点交叉得到的ΔU4。

图5 – 电容器端电压特性 2.4 漏电流 2.4.1 测量方法 放电持续时间。

该测量开始前，电容器应进行充分放电。放电过程持续1h 到24h ，应在相应标准中规定。 除非相应标准中另有规定，漏电流的测量应采用适当的试验温度和适合的直流电压（UR ）。经过最大30min 充电时间后达到95%充电电压，充电时间从30min ，1h ，2h ，4h ，8h ，12h ，24h ，48h 中选择，应在相应标准中规定。 应使用稳定的电源如稳压电源。

电压（V ）

时间（s ）

除非在相应标准中另有规定，通过1000Ω以下的保护电阻给电容器施加电压。

2.4.2 有关标准应指定

在参考温度20℃及其他规定温度下的漏电流限值；

必要时，当温度在试验标准气候条件温度范围内的非20℃温度下测量时，有修正系数； 充电时间；

除了1000Ω以外的保护电阻值。

2.5 自放电

2.5.1 测量方法（参见图6）

该测量开始前，电容器应进行充分放电。放电过程持续1h 到24h ，应在相应标准中规定。 在电容器两端直接施加额定电压UR ，不使用保护电阻。除非相应标准中另有规定，充电时间为8h ，包括电压达到施加电压95%的最大30min 充电时间。 将电容器两端从电压源断开。除非详细规范中另有规定，电容器应置于标准条件下16h 或24h 。 直流电压表的内阻应大于1M Ω。

2.5.2 有关标准应指定 a ）放电持续时间；

b ）除了额定电压的工作电压；

c ）除了8h 的充电时间；

d ）从电容器从充电电压端开到测量的时间间隔。

图6 – 自放电测量原理

2.6 端子强度 施加力应：

非引线端子：20N ； 引线端子，见表4。

电压（V ）

表4 –拉力大小

2.6.1 试验Ub –弯曲度（一半样品）

方法1：应进行每个方向两次连续弯曲。如果在详细规范中表明是刚性的，则不进行该试验。

2.6.2 试验Uc –扭动（剩余样品）

方法A，应用严格度2（两次完全的180。旋转）进行。如果在详细规范中表明是刚性的或设计于印刷线路应用的单向性元件，则不进行该试验。

2.6.3 试验Ud –扭距（端子为螺栓或螺杆用于固定装配装置）

表5 –扭距

2.6.4 外观检查

在每项上述试验后，应进行外观检查。应无可见损伤。

2.7 耐焊接热

2.7.1 相应标准规定时应采用4.3方法进行干燥。

电容器应按在相应标准中的规定进行测量。

2.7.2 除非在相应标准中说明，应提供下列试验之一的相同规定。

a）对于除了下述b）项和c）项中的电容器，采用IEC 60068-2-20中的Tb试验方法1A，即：—锡槽温度：260℃±5℃；

—采用1.5mm±5mm热绝缘隔离物，浸入锡槽平面深度 mm。

浸没时间：5s或10s，见详细规范中规定。

在详细规范中，对于电容器未设计在印刷板中使用的采用：

IEC 60068-2-20中试验Tb的方法1B，即：

—锡槽温度：350℃±10℃；

离元件主体的浸没深度： mm；

浸没时间：3.5s±0.5s。整个浸没过程，留于槽内和撤出应在不超过5s和不低于3.5s内完成；或

方法2：IEC 60068-2-20中试验Tb的烙铁，应：

烙铁温度：350℃；

焊接时间：10s±1s。

在详细规范中应规定烙铁的尺寸及使用点。

对于贴片型电容器采用IEC 60068-2-58中试验Td。相应标准应规定用于耐焊接热的严格度和状态。符合表面贴装分类（见IEC 61760-1）。

2.7.3 除非详细规范中另有规定，恢复时间应不低于1h和不高于2h，贴片电容器除外，其恢复时间应为24h±2h。

2.7.4 对于所有电容器，除了贴片电容器，应采用下列内容：

—试验完成后电容器应进行外观检查；

应无明显损伤或标志不清；

电容器应根据相应规范的要求进行测量。

贴片电容器应根据相关标准的要求进行外观检查及测量。

2.8 可焊性

注不适用在详细规范中规定为设计上不用焊接的端子。

相应规范应规定是否进行老化。如果需要加速老化，应采用IEC 60068-2-20中的老化过程之一或4h干燥155℃加热试验。

除非在相应规范中说明，试验应终止于停止流动。

2.8.1 引线式电容器

电容器应在详细规范中规定符合IEC 60068-2-20试验Ta中锡槽方法（方法1）、烙铁方法（方法2）或焊珠法（方法3）。

当规定采用锡槽方法（方法1）时，应符合下列要求：

2.8.1.1 试验条件

槽温：235℃±5℃

浸没时间：2.0s±0.5s

浸没深度（从槽面到元件本体）：

a）除了下面b）项的电容器，采用1.5mm±5mm热绝缘隔离物，浸入锡槽平面深度 mm。

b）在详细规范中说明的用于印刷板的电容器，为mm。

2.8.1.2 端子应检查具有良好镀锡，端子湿化（wetting）应有焊锡显著自由流动性。

2.8.1.3 当锡槽方法不适用时，相应标准中应定义方法、试验条件及要求。

注：当采用焊珠法时，要求应包括焊接时间。

2.8.2 贴片电容器

电容器应按照IEC 60068-2-58标准试验Td进行试验，相应标准应规定用于湿法、去湿法或阻熔或金属化贴片分类的严格度和状态（见IEC 61760-1）。

详细规范也应指出在湿法检查后样本的比表面积。

2.8.2.1 最终观察、测量和要求

贴片电容器应符合相应标准规定的要求。

2.9 温度快速变化

2.9.1 测量在相应标准中应进行规定。

2.9.2 电容器应符合IEC 60068-2-14标准中试验Na的要求，采用相应标准中的严格度。

2.9.3 经过恢复后，电容器应进行外观检查。应无明显损伤。

2.10 振动

2.10.1测量在相应标准中应进行规定。

2.10.2电容器应符合IEC 60068-2-6标准中试验Fc的要求，采用相应标准中的严格度及安装方法。

2.10.3 当在详细规范中规定，在振动试验的后30min应在移动的每个方向安装电子仪器，检查间歇接触，或开路或短路。

该测量方法应在详细规范中规定。

测量持续时间应为从一频率极限到另一频率极限范围内的频率扫描所需的时间。

2.10.4 试验后进行外观检查。应无明显损伤。当电容器经过4.17.3规定进行试验时，在详细规范中应指明要求。

2.10.5 测量在相应标准中应进行规定。

2.11 稳态湿热

2.11.1测量在相应标准中应进行规定。

2.11.2 电容器应服从IEC 60068-2-78中的Test Cab的要求，使用详细规范中的严格度。

2.11.3测量在相应标准中应进行规定。

2.12 耐久性

2.12.1 初始测量

测量在相应标准中应进行规定。

2.12.2 IEC 60068-2-2试验给出下面内容：

d.c 试验– Test Ba；

试验样品可放入温度为室温和规定的烘箱温度之间的烘箱中，在电容器未达到烘箱温度之前不对电容器施加电压。

2.12.3 有关标准应指定：

试验耐受时间（如数小时）；

试验温度（如室温，额定温度，正极限类别温度）

施加的电压或电流（也可参见4.15.4）

如电容器具有电冲击保护（electric shock hazard）的附加要求。相应标准中应规定耐久性试验的附加试验条件。

2.12.4 除非在相应标准中另有规定，试验中的施加电压应根据下面选择：

d.c 试验

试验应完成以乘积因数倍数额定电压（d.c）在温度一直到额定温度。试验温度及所乘因数应在相应标准中规定。在正极限类别温度下试验时也应给出电压降级因数。

2.12.5 电容器应放置在如下试验室内：

a）对于热散失电容器（heat dissipating capacitors），其他电容器的25mm以内无电容器；（no capacitor is within 25mm of any other capacitor）

b）对于非热散失电容器，其他电容器的25mm以内无电容器；

2.12.6 在规定时间以后，电容器应允许冷却至标准气候条件下进行试验，应在相应标准中规定，电容器按恢复条件进行。

2.12.7 电容器应进行外观检查。

2.12.8 测量应在相应标准中规定。如果根据相关标准的要求的过程中和试验结束条件未满足，则电容器视为失效。

2.13 贮存

2.1

3.1 高温贮存

2.1

3.1.1测量应在相应标准中规定。

2.1

3.1.2 电容器应符合IEC 60068-2-2中Test Ba要求，采用下列严格度：

—温度：上限类别温度

持续时间：96h±4h

2.1

3.1.3 恢复至少16h后，测量应在相应标准中规定。

2.1

3.2 低温贮存

2.1

3.2.1测量应在相应标准中规定。

2.1

3.2.2电容器应符合IEC 60068-2-1中Test Ab要求。在达到热稳定后电容器应在-40℃下存放4h或16h，无论哪个温度均为最短温度。

2.1

3.2.3 恢复至少16h后，测量应在相应标准中规定。

2.14 高低温特性

电容器应符合干燥条件下的干热与寒冷试验过程（4.17.2和4.17.3），并采用以下细节：

2.14.1 此类试验的严格度与干热（dry heat）及寒冷试验相同。试验中间温度应在相应标准中规定。

在电容器达到热稳定后在每个规定温度应进行测量。

热稳定条件判断根据当间隔不低于5min的特性值读数在设备精度条件下无区别，则达到了热稳定。

2.14.2 干热

电容器应符合IEC 60068-2-2试验Ba要求，采用详细规范中严格度为上限类别温度。

当保持在规定高温和在高温终止，测量应在相应标准中规定。

在规定条件下试验后，电容器应移出容器并暴露于标准气候条件下不低于4h进行试验。

2.14.3 寒冷

电容器应符合IEC 60068-2-1试验Aa要求持续2h，采用详细规范中严格度为上限类别温度。

当保持在规定低温和在低温终止，测量应在相应标准中规定。

在规定条件下试验后，电容器应移出容器并暴露于标准气候条件下不低于4h进行试验。

2.14.4 电容器不应超过相应标准中规定的限值。

2.15 元件阻溶性Component solvent resistance

2.15.1 初始测量

测量应在相应标准中规定。

2.15.2元件应符合IEC 60068-2-45试验XA，并采用以下细节：

采用的溶剂：见IEC 60068-2-45中3.1.2；

除非详细规范中另有规定，溶剂温度：23℃±5℃；

条件：方法2（无摩擦）；

除非详细规范中另有规定，恢复时间：48h。

2.15.3测量应在相应标准中规定并符合标准要求。

2.16 阻溶性标识

2.16.1 元件应符合IEC 60068-2-45试验XA，并采用以下细节：

a）采用的溶剂：见IEC 60068-2-45中3.1.2；

b）溶剂温度：23℃±5℃；

c）条件：方法1（有摩擦）；

d）摩擦材料：原棉；

e）除非详细规范中另有规定，恢复时间：不适用。

2.16.2 试验后标识应清晰。

2.17 阻燃性

2.17.1 试验依据IEC 60695-11-5标准。

2.17.2 试验电容器应置于火焰最易于燃烧的位置（如果该位置未在详细规范中给出，则应通过标准计算）。每个样品只能暴露于火焰一次。

2.17.3 应试验最小、中间（于超过四个容器尺寸的容器中）和最大的容器尺寸。每种容器尺寸，最大的三个样品和最小的三个样品的容量应进行试验，即每个容器尺寸包含六个样品。

2.17.4 暴露于火焰的时间及燃烧时间，见表6。适用时，详细规范应规定阻燃的类别。

2.17.5 要求

任何样品的燃烧时间不应超过表6中规定的时间。

掉落的火星和发热的部分不应点燃绵纸。

2.18 压力释放（如适用）

2.18.1 d.c.试验

施加电压：除非详细规范中另有规定，以最小10mA/F恒定电流获得的过电压。

表6 –严格度与要求