國內外超級電容器相關標準對比分析

    [摘要]由于超級電容器具有比功率大、使用壽命長、極佳的安全性等特點，近年來不斷獲得各行業的重視，在混合動力汽車、儲能式輕軌車、風力發電等行業被寄予了厚望。本文總結了國內外超級電容器的相關標準IEC62576、IEC61881-3、QC/T741，并對各標準的測試內容、測試范圍、測試結果判定準則，暫存問題和展望等進行了分析。

    [關鍵詞]超級電容器 標準 對比

    中圖分類號：F416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X(2014)21-0065-01

    隨著資源的不斷匱乏，以及全球環境惡化，新能源在全球范圍內都是一個熱門話題。而在所有的新能源中，電能是人類應用最成熟，也是目前使用量僅次于于石油、天然氣、煤等資源的能源形勢。但是隨著全球資源枯竭，環境污染等問題的日益突出，人們不斷尋找有效的電能的儲存形式來擴大電能的利用，替代傳統能源的消耗。電動汽車是代表性的產品，目前的電動汽車主要以各種新型電池作為動力源。

    超級電容器是一種電化學元件，但在其儲能的過程并不發生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。這種新型的儲能器件在近幾年被廣泛關注是由于它相對電池具有高安全性，高功率特性，長壽命周期等優點。在實際應用中，超級電容器可以用作起重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力;用作車輛啟動電源，啟動效率和可靠性都比傳統的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統的蓄電池;用作車輛的牽引能源可以生產電動汽車、替代傳統的內燃機、改造現有的無軌電車;用在軍事上可保證坦克車、裝甲車等戰車的順利啟動(尤其是在寒冷的冬季)、作為激光武器的脈沖能源。此外還可用于其他機電設備的儲能能源。為了保證超級電容器在使用過程中能夠保障其優異的性能，合格標準將是產品對客戶的承諾。本文將就超級電容器這個新興器件的相關標準進行對比分析[1]。

    1.國外有關超級電容器的標準

    國際電工委員會(IEC)，是世界上最早的非政府性國際電工標準化機構，各個國家的委員會組成了這個國際范圍的標準化組織，為了促進國際上的統一，各國家委員會要保證在其國內或區域標準中最大限度得采用國際標準。

    目前IEC發布的適用于超級電容器的標準有三個標準分別介紹如下：

    1.1IEC62391-2006電氣設備用固定式雙層電容器[2]該標準作為全球最早的一個公開的國際標準，其檢測項目主要包括：

    性能測試：容量、內阻、漏電流、自放電、高低溫特性

    壽命測試：焊接的耐熱性、溫度快速變化、耐久性

    安全測試：引出端的堅固性、可焊性、振動、穩態濕熱、元件的耐溶劑性

　　1.2 IEC62576-2009混合驅動電動力汽車用電氣雙層電容器.電氣特征試驗方法[3]該標準代表了歐洲的電動汽車領域對超級電容器的

性能測試：容量、內阻、功率密度、電壓保持能力、充放電效率

    壽命測試：耐久測試

    另在本標準的圖B1～4中列出了電容器內部溫度變化曲線，該系列曲線用于指導某一溫度下電容器在檢測請所需的恒溫時間具有指導意義。

    1.3IEC61881-3-2012鐵路應用--機車車輛設備--電力電子設備用電容器--第3部分：雙電層電容器[4]

    IEC61881-3是針對電容器中的超級電容器的性能、可靠性等方面的試驗規范標準體系。在此標準系中，標準的主體框架中包含的測試項目如下：

    性能測試：容量、內阻、漏電流、自放電、浪涌放電試驗、溫度試驗、濕熱試驗

    壽命測試：高溫耐久測試、循環耐久測試、無源可燃性測試

    EMC測試安全測試：絕緣測試、密封試驗、機械強度測試、沖擊和振動、泄壓測試由于超級電容器在原理上也是屬于雙電層電容器故在早期并未大量應用時，并沒有獨立編寫超級電容器的標準。隨著混合驅動的電動力汽車的大量投產，作為其核心部件的超級電容器的標準IEC62576也隨之在2009頒布。在2012年，IEC61881-3的頒布，則說明了超級電容器至少在歐洲的鐵路行業已經獲得了廣泛的應用，并且獲得了業內人士的足夠重視。

    2.國內有關超級電容器的標準國內目前公開發表的超級電容器有關的標準只有一個汽車行業標準：QC/T741。該標準發布時間同樣是在2006年，與IEC62391-2006屬于同一時期的標準。這個時期的超級電容器屬于第一代超級電容器，區別于目前大量應用的超級電容器，其電解液多為水系。在該標準中檢測項目主要包括[5]：

    性能測試：容量、內阻、大電流放電、電壓保持能力、高溫特性、低溫特性

    壽命測試：循環耐久能力、耐振動性

    安全測試：穿刺試驗

　　總之，我國的超級電容器高端裝備制造業在不斷追趕國際水平的同時，國內標準的更新換代不如國際上的同行業，在今后的發展中，我國的業內人士將不斷提高其重視程度，以規范和引領我國超級電容器制造和使用。

    3.標準的對比

    這個國內唯一的標準與國際標準對比來看，主要具有以下不同：

    在測試內容及覆蓋范圍方面，IEC62576、IEC61881及QC/T741均有各自的覆蓋范圍和特殊要求，例如IEC61881中對檢測電流的要求與741明顯不同，同時也存在適用性問題。例如對產品循環充放電的基準電流值的規定就存在巨大差異以及不合理性：以一個3000F和一個9500F的電容為例。在QCT741中，標準規定的采用10倍率充放電電流，其數值等于10×(CN×(UR-Umin)/3600)，由此可知額定電壓2.7V的3000F產品的進行循環壽命檢測的電流是22.5A，9500F的電流是71.25A。而按照IEC 61881-3的標準(50 mA/F per cell)，則3000F的進行循環壽命檢測的電流是150A，9500F的電流是475A。國內的標準的小電流無法體現超級電容器能夠大電流充放電的優勢，而IEC標準中的算法顯然沒有預見到在短短的一兩年時間內會出現單體容量遠遠超過3000F的產品。

    在測試項目的表述方面，各個標準口徑基本保持一致，比較統一。

    在測試結果的判定準則方面，各個標準有著各自的規定。隨著超級電容器的迅速發展以及科技進步，IEC61881中，提供了豐富的檢測手段，但并不提供一個合格的評判標準，我們可以將之解讀為一種為了提高標準生命力的嚴謹態度。這種不輕易判定的態度，為超級電容器的使用者、生產者等提供了手段，至于能否滿足使用要求，交給客戶來判斷。這種編制標準的思想也許會是未來趨勢，但如果附上推薦的合格標準供業內人士參考也許會更好。

    展望標準是一個產品，一個行業能夠得到長遠發展的基礎和規范，體現的應該是全行業的較高水平，從而形成標準與產品性能交替上升的良性發展過程。不論是IEC還是QC標準，都不能很全面得表征一個超級電容器的真正性能。在今后修編的標準中，如果能夠體現不同行業對超級電容器這種器件的不同要求，使得超級電容器產品種類豐富化、行業區分化，在標準中使各個行業之間對超級電容器的要求存同求異，那無疑將是一個極具生命力的標準。

    參考文獻

    [1] 康淑婷.超級電容器測試系統的研究[D].北京：北京交通大學電氣工程，2012.

    [2]QC/T741.車用超級電容器[S].北京：國家發展和改革委員會，2006.