超级电容组测试报告

碎碎念

本文只是作者闲得慌，想对比测试一下不同品牌之间电容组的性能差异，同时为了给2024赛季挑选合适的电容组而做的测试，测试过程并非十分严谨，但测试环境相同，具有一定的相对参考价值。

电容组作为储能器件，其存储的能量是否达标是选型的一大关键，存储容量达标的情况下，再去考虑其能量释放能力我觉得更为合适。

在2025赛季末，作者获得了一些超级电容样品，故对本文进行内容扩充，并进行更加详细的测试。

在本文中，作者进行几个名词的定义：

请注意，本文中的所有测试，若没有明确地指出参考资料，均为本人胡编乱造的测试流程，并不一定具备专业性。仅作为图一乐测试。

这些名词仅为本文中用于规范表述做的定义，与RoboMaster制作规范中出现的相关名词无任何关系，制作规范中的名词以RoboMaster组委会定义的为主。

名词定义

【额定电压】：$U_r$ 指单体额定电压，$U_R$ 指电容组额定电压。这个是超级电容手册中标注的额定电压，而非BW610x保护芯片中的保护电压。本文中多指电容组整体的额定电压，即单体额定电压 × 串数。

【耗尽电压】：$U_0$。当达到这个电压时，认为超级电容剩余的能量近乎耗尽。单体0.1V电压，也就是电容组0.7V电压，单位V。其理论能量利用率为99%。

【截止电压】：$U_1$。30%额定电压。当电容组放电至此电压的时候，认为其已经释放出了绝大部分能量。其理论能量利用率为91%。

【额定能量】：$E_r$。使用手册中的电容单体额定电压、额定电荷量代入公式，可计算得到电容单体的能量：

由于使用的时候电容组是串联使用，串数量使用S进行表示，故其整体电容量应为：

其额定电压会相应进行提高，并且计算时为平方：

化简后，电容组的额定能量计算公式为：

【实际能量】：实际能量即电容组充满后放电至耗尽电压所能释放出的能量。本数据参考Vishay手册中测量电荷量的方式进行测试。超级电容组移除超级电容均衡板/保护板，对超级电容组充电至额定电压21V（本文为7串3V）后，等待电源显示的充电电流小于0.05A，即认为其充满了（手册里说要等30min，我嫌太久了）。然后使用电子负载进行0.6A的恒流放电，放电至单体0.1V，总体0.7V（本文是7串电容组），统计从21V下降至0.7V所需的时间，然后对功率进行积分或者使用梯形面积计算公式近似计算出所释放的实际能量。

我想的是，既然电荷量是根据这个方法进行测量的，然后额定能量又是根据电荷量计算得出，所以我觉得，在这个测试方式下释放出来的能量可以作为电容组实际能量的一个"标准值"。

公式：

• $U_R$：电容组额定电压，单位V；
• $U_0$：耗尽电压，电容组0.7V，也就是单体0.1V，单位V；
• $T$：从21V下降至0.7V所需的时间，单位S；
• $I_d$：恒流放电电流，根据单体电荷量进行计算，10mA/F（这是Vishay手册中定义的，希望我没理解错），单位A。

这里提供一个简易的实际容量自测方法，使用电子负载的电池测试模式，设定截止电压在单体0.1V×串数的电压，此时电子负载会记录 $I_d \times T$，但是其单位为Ah，或者mAh，需要转换一下，1h = 3600s，再带入上式即可，我用此方式计算出来的能量与使用功率积分测出来的能量差不多。

公式：

注：上式在 $I_d \times T$ 以 Ah 为单位时使用。

【释放能量】：在恒功率输出的工况下，电容组放电到截止电压所释放的能量。

【有效能量】：电容组放电到截止电压所释放的能量。在实际使用的时候，由于电容组电压随着能量的释放而降低，恒功率的时候电压的降低呈现非线性，电压降低的同时又引起电流提升，故后半段的能量利用起来较为困难，且收益不大。本文中所定义的截止电压，是根据理论能量利用率决定的，电容组电压从额定电压下降到30%额定电压时，其理论能量利用率为 $1 - 0.3^2 \times 100\% = 91\%$。

【理论能量利用率】：使用理论释放能量/额定能量即可算出，理论释放能量，即额定能量 - 剩余能量。剩余能量就把 $U_R$ 替换成剩余的电压（记为 $U_L$）即可：$\frac{1}{2} \times U_L^2 \times C / \text{串数}$。若使用剩余电压与额定电压的比值（记为X）进行带入，则其他所有项全被约掉，理论能量利用率的公式仅剩下 $1 - X^2$。

【能量利用率】：有效能量 / 释放能量。

【功率衰减比】：释放能量 / 实际能量。

测试条件

• 示波器：鼎阳SDS804X HD
• 电子负载：美尔诺M9712
• 电源：同门eTM-K3030SPL

电源与电容组之间使用12AWG，50cm的硅胶线进行连接，然后使用8AWG的线将电源与电子负载相连。

若电子负载具备远端补偿功能，请务必将远端补偿线接入电容组输出端口。使用示波器X1探头接入电容组输出端口进行电压的测量，电流测量则是直接使用电子负载自带的电流输出端口接入示波器进行同步测量。

若是采用其他方式进行电压与电流的测量，请务必保证数据的同步。

测试接线图如下：

示波器进行电压电流的采样，读数准吗？

使用示波器来进行电压电流的测量，确实是图一乐的程度，传统示波器垂直分辨率只有8位，SDS804虽然有12位的垂直分辨率，我使用的垂直档位为5V/div，探头增益为X1，全量程（屏幕最大显示）为40Vpp，那么此时1LSB = 40 / 2^12 ≈ 0.01 V。保守估计，他读到的0.1V是准的，那么他的全量程精度也仍然有 0.1 / 40 = 0.25%。

至于电流的测量，由于电子负载的电流输出端口没有标注其输出精度，只说明了"0-满量程电流，对应0-10V输出"。但是电子负载本身的电流精度如下：

• 恒流负载模式：0-30A分辨率：1mA；精度：0.03%+0.05%FS。
• 电流测量值：0-30A分辨率：1mA；精度：0.05%+0.1%FS。

经过我的实际测量，电子负载的电流输出端口在29A的时候输出饱和，在示波器上经过转换，其读数为28.9A，而电子负载经过与0.2%的分流器以及五位半万用表进行对比，其数值准确。故电子负载的电流输出端口具有一定误差，其精度误差最大为：0.1A / 30A = 0.33%，保守估计认为其绝对精度为1%。

综上所述，本文所测量的电压电流值，绝对精度应该在1%以内。而最终计算出来的功率、能量值，绝对精度应该在2%以内。

但是不用担心，由于所有电容组均使用同一套设备、处在相同的环境、使用相同的测试流程，所以本文所有测试的相对精度更为准确。

另外，值得一提的是，示波器作为时域测量仪器，其超高的采样率可以更加还原真实的放电电压、电流曲线。但是由于本次测试单位都是秒，而示波器在"秒"级别的时基下，受制于存储深度的影响，其采样率也不会太高。

在0.6A恒流放电测试中，由于小功率恒流放电的时候超级电容放电曲线近似线性，且较为平缓，我使用50S/div的时基，水平记录长度为500秒，受限于SDS804在Roll模式下最大存储深度只有1Mpts，所以此时的采样率为：1Mpts / 500S = 2KSa/S。

而在50-100W的恒功率放电中，其电压电流变化较快，为了捕捉更多细节，我使用5S/div的时基，水平记录长度为50秒，1Mpts的存储深度，此时的采样率为：1Mpts / 50S = 20KSa/S。在150W~200W的恒功率放电中，使用5S/div的时基，水平记录长度为20秒，1Mpts的存储深度，此时的采样率为：1Mpts / 20S = 50KSa/S。

更高的采样率可以为能量的积分提供更高的精度，但是也会带来更大的计算量，同时高频噪声的干扰也会越明显。

测试数据

电容组手册数据对比

• 由于合众汇能与永铭查询不到3V60F电容数据手册，且立创商城也没有提供（但是有卖），所以本参数是根据3V70F与3V50F电容的手册平均值进行填写的。
• 由于ETN与CDA是淘宝买的，无法确保其是否原厂正品，测试结果仅图一乐（也可以作为在淘宝选购的参考？）。
• 值得注意的是，ETN与CDA在旧数据中是24年2月购买的，而在新数据中是2025年11月购买的，前后两次均在同一家店买，且价格没有变化。但是！ETN在前后两次数据对比中，性能相差不大，CDA则是一个天一个地（旧数据中实测容量为1500J，新数据中实测容量接近2000J）。淘宝购物需谨慎！
• 由于各品牌手册中的数据测试条件不尽相同，具体测试条件请查阅相应的数据手册，所以手册数据的差异可提供的参考有限。

为什么不用某某某电容？

没钱，你送我就测。

0.6A恒流放电

使用0.6A恒流进行放电是为了测量电容组电荷量与额定电荷量之间的差异，也可以进一步计算出存储的实际能量与额定能量之间的差异。

50W恒功率放电

图中的小圆点为截止电压点。

100W恒功率放电

图中的小圆点为截止电压点。

图中电流有一段为直线是因为电子负载最大电流为29A。

150W恒功率放电

图中的小圆点为截止电压点。

图中电流有一段为直线是因为电子负载最大电流为29A。

200W恒功率放电

图中的小圆点为截止电压点。

图中电流有一段为直线是因为电子负载最大电流为29A。

内阻测试

内阻测试我是根据自己的理解，使用电子负载产生一个脉冲电流，然后记录他在脉冲电流前后的稳定电压的压差，以及脉冲电流的大小，相除，就大概可以计算出电容组的内阻了。为了减小误差，我在5V、10V、20V分别用了不同的脉冲电流对电容组进行测试，测试结果仅供图一乐，没有规范的测试流程参考。

总结

能量

实际能量

根据0.6A恒流放电测试作为本文的实际能量进行排名：

HCCCAP > YMIN > CDA > VISHAY > ETN > JIERONG

随着功率的增加，电容组释放出来的能量的衰减趋势总体都是随着释放功率的提升而呈现线性的衰减，但其衰减斜率又有所差异，最好的和最差的斜率差距3倍（HCCCAP对比ETN），同时这两个实际能量差距33%左右，尽管HCCCAP功率衰减斜率大，但是耐不住其实际能量高，HCCCAP在150W下衰减了35%的能量才与ETN的实际能量相当。

我觉得，实际能量对于电容组来说是最重要的指标，其限定了电容组的上限。

有效能量

电容组在本文所测试50W，100W，150W恒功率放电条件下，电容组电压下降到额定电压的30%的能量利用率均在91%左右，与理论能量利用率（$1 - 0.3^2 \times 100\% = 91\%$）相符，故我认为超级电容组电压使用到30%即可，没必要更低。

更低的电压对超级电容控制板的设计会带来更大的挑战，如高压差工况下的效率、电感饱和电流、MOS电流应力、线损等。从测试的电流数据中也可以发现，在恒功率的工况下，30%电压基本上就是电流的转折点，低于30%电压的电流呈指数上升。绝大多数人在选电感饱和电流的时候，都会考虑到这最后一点电流尖峰（如果不考虑电感饱和，可能会导致炸板），所以这就给电感的选择带来了更大的挑战。但是，如果我们在后半段的时候直接停止工作，就可以避免这段电流尖峰带来的影响，减轻电感选型的压力。

而且，30%以下的电压，电流基本都超15A了（7V×15A = 105W，100W以内还行），这是裁判系统电容管理模块的最大电流要求，超过可能会导致裁判系统损坏，在2025赛季答疑中，超过此电流也属于违规行为，严重可能会被判罚。（答疑链接已被删除，但《机甲大师高校系列赛机器人制作规范手册V1.0.0（20251021）》中的S178条例有明确规定）

欸，那我后半段恒流运行不就得了？

答：随意。

内阻

根据额定电压下各脉冲电流的平均内阻进行排名（内阻小的排名大，表示更优秀）：

ETN > CDA > JIERONG > VISHAY > YMIN > HCCCAP

结果发现这玩意几乎与实际能量的排名相反，是巧合吗？

超级电容的内阻根据本文的测试数据来看，YMIN与HCCCAP的内阻呈现一个规律：相同电压下，不同脉冲电流的内阻相似，随着电压降低，内阻也随之降低，不知道这是测试方式的问题还是存在一些其他的特性。但是其他电容组的内阻又几乎不变。并且YMIN与HCCCAP的内阻均较大。

还存在一个巧合YMIN与HCCCAP的电容组实际能量均远超额定能量，其放电时不同功率的衰减斜率确实也比其他电容组更大。

我们将相同电流下的内阻取平均值，然后绘制内阻关于电压的曲线。

由此可见，超级电容组的实际能量，内阻之间似乎存在一定的关系：实际能量越多，内阻越大。

但是即使这样，实际能量越多，仍然存在更大的优势，内阻更多的是影响大功率放电时的损耗，只要实际能量足够，并且内阻不是很大，相比于低实际能量小内阻的电容组就有更多可以容许的损耗，其大功率下的表现也不逊色于小内阻的电容组。并且这之间应该是可以通过公式计算出一套较为合适的参数的，但是市面上存在这样参数的电容组吗？价格如何？

可能本文的数据对于超级电容的物理性质的研究具有一定的参考意义，也有可能本文的数据全都是错的，但是本人并不善于研究计算，要是有人感兴趣，或许这是一个值得研究的内容？

总结

综合最强：YMIN；性价比：ETN。

还有一点

我队2024赛季、2025赛季均使用HCCCAP的电容组共计五组，使用时长未知（只打了联盟赛与区域赛），自2024年3月至2025年6月期间，其实际能量从2200J衰减至1700J1800J不等（所使用的测试方式与本文有所差异，但是两次的测试方法相同）。以我队的使用情况来看，23年更换一次超级电容组即可。

附件

• 超级电容组数据 新！.zip（大小：161.96MB，下载量：10）
• 数据以及MATLAB程序.zip（大小：11.64MB，下载量：7）

新数据的采样率更高，点数更多，所以更大。

本人的MATLAB使用的不是很熟练，这个程序大部分是AI写的，若有错误还请指出。

修订历史

• 1.0.2416：首次发布。
• 1.1.2436：论坛改版，修复格式错误。
• 1.2.2531：更新测试数据。
• 1.3.2548：重置测试数据，使用远端补偿获得更精准的数据，添加内阻测试及数据，并进行总结。

声明

本文受限于作者的能力水平，数据并不一定完全准确，有效范围仅限于本文（可能本文内也无效），切勿盲从。