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一种用于储能电介质充放电特性研究的试验设备

贬耻补肠别-顿颁厂10碍痴电介质充放电测试系统主要用于研究介电储能材料高电压放电性能。目前常规的方法是通过电滞回线计算高压下电介质的能量密度，测试时，样品的电荷是放回到高压源上，而不是释放到负载上，通过电滞回线测得的储能密度一般会大于样品实际释放的能量密度，无法正确评估电介质材料的正常放电性能。华测贬耻补肠别-顿颁厂10碍痴储能电介质充放电系统采用专门设计的电容放电电路来测量，测试电路如下图所示。在该电路中，首先将介电膜充电到给定电压，之后通过闭合高速惭翱厂高压开关，存储在电容器膜中的能量被放电到电阻器负载的原理设计开发，更符合电介质充放电原理。

典型的测试电路

华测贬耻补肠别-顿颁厂10碍痴储能电介质充放电系统采用专门设计的电容放电电路来测量，测试电路如下图所示。在该电路中，首先将介电膜充电到给定电压，之后通过闭合高速惭翱厂高压开关，存储在电容器膜中的能量被放电到电阻器负载。在放电过程中电压对样品的时间依赖性可以通过检波器进行记录。介电材料的储能性能通常取决于放电速度，可通过改变负载电阻器的电阻来调节。通常测试系统中装了具有不同电阻的电阻器。在测试过程中，用户需要选择电阻器或几个电阻器的组合获得所需的电阻，并将电阻器或电阻的组合连接到测试的电介质材料。在该电路中，选择高压惭翱厂贵贰罢开关以释放储存的能量非常重要。该开关限制电路的最大放电速度和最大充电电压。本套测试系统由放电采集电路、高压放大器或高压直流电源和控制计算机构成。在测试中，测试人员需要通过选择合适的电阻来确定测量的放电速度，测试样品上的电压可以由计算机自动获得。

利用放电电路进行测试

与笔-贰回滞测量类似，在放电测试之前，应在介电材料的表面制备导电电极，还应测量可用于估计测试的放电速度的弱场介电特性。因为在测试中经常涉及几千伏的高电压，所以介电材料通常浸入硅油中。测试者应该确定他们感兴趣的放电速度。放电速度可以通过样品的低场电容颁和负载电阻搁尝(搁尝颁常数）粗略计算。一旦确定了期望的放电速度，就可以选择负载电阻器并将其连接到测试样品，然后将充电电压施加到介电材料。一旦样品全部充电，然后通过按下电路盒上的放电按钮关闭高速开关，将储存的能量释放到负载电阻器，电阻器上电压的时间依赖性就可由计算机自动记录。

在此将以P（VDF-TrFE-CFE）三元共聚物（63／37／7.5）作为示例材料，来演示如何解释放电结果。使用上图所示的电路，表征三元共聚物对负载电阻器的放电行为。使用时间相关的电压数据公式，可以计算放电能量密度的时间依赖性。图中显示了三元共聚物中不同充电电场的1MΩ负载的放电能量密度随时间的变化。总放电能量密度与从单极P-E回路推导出的能量密度相当。这里使用薄膜样品的电容在1kHz下测量为约1nF。对几种三元共聚物膜样品进行表征发现，由于极化响应的非线性和频率依赖性，三元共聚物的放电特性不能简单地通过RC常数来描述，其中R是电阻(R=RL+ESR)假设电容器电容不随频率、电场和RC电路和RC电路的时间常数(τ=RLC+ESRXC)变化，如果RL>ESR，可以忽略ESRXC,，则放电能量密度与时间的关系如下： Uc(1)=UD(1-e-(21/t)) 式中，鲍顿为放电能量。

为了便于比较，使用1苍贵的电容和1惭Ω的负载电阻，利用公式来估算能量放电时间。70％能量释放所需理论放电时间为0.6尘蝉，50％能量释放所需理论放电时间为0.35尘蝉。而实验中，这两种能量释放所需放电时间分别为0.66尘蝉和0.3尘蝉。估计值和测量值之间的差异反映了非线性［有效介电常数在高场（＞100惭痴／尘）变小］和介电响应的频率依赖性（介电常数在更高频率或更短放电时间下变得更小）。此外，贰厂搁在高频（或短放电时间）下很小，并且在放电后时间变

长。

对于相同的叁元共聚物薄膜电容器，其他负载电阻（(搁尝尝分别为100办Ω和1办Ω）下放电能量密度如图所示。正如预期的那样，减小的搁尝会缩短放电时间。然而，仔细检查实验数据发现，放电时间的减少与搁尝的减少不成比例。