Как измерить очень большую емкость, например, супер / ультра конденсаторы

Недавно я приобрел пару таинственных ультра / супер конденсаторов у моего брата. Очевидно, он не помнит никаких спецификаций или даже марки ... Чтобы еще больше усложнить ситуацию, у них нет значимой идентификационной информации, проштампованной или напечатанной на них. (Существует этикетка со штрих-кодом с буквенно-цифровым кодом, но быстрый поиск в Google по ней ничего не нашел.)

Похоже, пришло время запустить Mystery Buss Скуби-Ду, потому что собирались на приключения.

Сначала я решила измерить емкость. Поскольку мой измеритель LCR не предназначен для таких огромных конденсаторов, мне пришлось проявить творческий подход к своему испытательному оборудованию.

Принимая во внимание базовую физику, мы получаем, что емкость пропорциональна накопленному заряду на вольт на конденсаторе:

С знак равно \frac{Q}{В}

$C=\frac{q}{V}$

где накопленный заряд в конденсаторе является интегралом тока через конденсатор:

\int я (T) d T знак равно Q

$\int i(t)dt=q$

Используя источник тока для зарядки конденсатора, мы можем упростить вычисления, используя только дельта-измерения заряда и напряжения на конденсаторе.

С знак равно \frac{Δ Q}{Δ В} знак равно \frac{я Δ T}{Δ В}

$C=\frac{\Delta q}{\Delta V}=\frac{i\Delta t}{\Delta V}$

С моим источником тока Advantest R6144 я могу заряжать конденсатор с заданным током и просто измерять напряжение на конденсаторе, используя мой Tektronix DMM4050 в режиме графика.

Рисунки тестовой настройки

Однако здесь я начинаю видеть довольно большие цифры. Возможно, что конденсатор действительно составляет ~ 2200 фарад, но это кажется немного высоким. По общему признанию, конденсатор довольно большой на ~ 5,5 "в длину на ~ 1" радиус.

А теперь несколько вопросов для знатоков электротехнической биржи: является ли этот метод эффективным средством измерения суперконденсаторов? Или есть более подходящий метод, который я могу применить для их измерения? Кроме того, существенно ли изменяется емкость супер / ультра конденсаторов по сравнению с напряжением конденсатора? Например, являются ли эти результаты измерений прогнозирующими / показательными для более высоких зарядных напряжений. Я считаю, что емкость должна колебаться, но я сильно сомневаюсь в этом. Возможно, в худшем случае это несколько сотен фарадов, но я не специалист по этому вопросу.

Кроме того, и, что более важно, как я могу найти максимальное зарядное напряжение, не разрушая конденсатор? Будет ли заряд постоянного тока, скажем, 100 мкА в течение нескольких недель, пока напряжение не достигнет своего рода равновесия с работой саморазряда. Затем отпустите пару сотен милливольт и назовите это максимальным зарядным напряжением. Или он просто достигнет точки отключения и самоуничтожится, распыляя электролит по всей моей лаборатории?

Наконец, как вы определяете ориентацию полярности конденсаторов? Они никак не обозначены, и оба терминала идентичны. Я сделал ставку с остаточным напряжением, хранящимся в конденсаторе. Я предполагаю, что эффект диэлектрического поглощения / памяти от предыдущей зарядки знает правильное направление ...

В любом случае, забавно попытаться определить характеристики этих конденсаторов. Но это все еще немного отягчает, что на них нет полезных отметок, таких как ориентация полярности, производитель, т. Д.

— Большие глотки
источник

Глядя на PDF-файлы, которые любезно предоставил Dan1138, я полагаю, что заряд с постоянным током от 1 мА до 100 мкА (после зарядки крышки до ~ 2,5 В при значительно более высокой скорости) действительно может приблизить максимальное зарядное напряжение. Если ток утечки при номинальном напряжении близок к 4,2 мА (для Super Cap. Maxwell 2000F), то постоянный ток любого значения, меньшего, чем это, никогда не должен перезаряжать конденсатор, поскольку утечка не заряжает конденсатор. Дайте мне знать, что вы, ребята, думаете.

— Большие глотки

2200F - правильный порядок величины для ультраконденсатора. Кроме того, кажется, что все они имеют одинаковое максимальное напряжение.

— user253751

Можете ли вы отредактировать свой вопрос и вставить изображение, пожалуйста? Для тех из нас, кто живет за прокси-сервером, мы этого не видим.

— UKMonkey

Ток утечки может нарушить измерения при зарядке, но если измерение разряда также говорит о 2200 мкФ, то, вероятно, это правда.

— Брайан Драммонд

После ответа пользователю 194292 я понял, что вы можете автоматизировать измерение емкости с помощью факта, что , который является линейным уравнением вида Mx + b. При использовании системы daq вам нужно только измерить V (t), а затем вычислить емкость как по наклону данных (полученных из линейной регрессии). И, альтернативно, вы можете использовать цифровой мультиметр в режиме омов, как описано ниже. Однако принятый метод состоит в том, чтобы разрядить крышку от Vmax до 50% Vmax под CC, чтобы получить рабочую емкость, а не малую емкость сигнала.

В (T) знак равно \frac{я_{с с}}{С} T + В_{0}

$V(t)=\frac{i_{cc}}{C}t+V_0$

С знак равно я_{с с} M^{- 1}

$C=i_{cc}M^{-1}$

— Большие глотки

Ответы:

Это процесс Максвелла для измерения C из их тестовой спецификации.

$C=C_{dcd}=\dfrac{I_5*(t_5-t_4)}{V_5-V_4}$ Емкость заряжается и разряжается при номинальном токе, но измеряется по номиналу от Urated до 50% Urated.

Обратите внимание, что напряжение падает к предыдущему напряжению из-за дополнительной постоянной времени RC параллельно. (т. е. эффект памяти). Здесь показано, что для разряда при половинном напряжении около 5% от полной шкалы составляет 10%. Этот эффект памяти указывает на другую емкость «электрического эффекта двойного слоя» между 5% и 10% от C.

Это означает, что в аккумуляторах, если вы заряжаете и разряжаете намного медленнее (по крайней мере, в 10 раз медленнее), то емкость запоминающего устройства увеличивается на 5 ~ 10%, подобно лучшим литий-ионным батареям с низким ESR, которые рекламируются как не имеющие эффектов памяти (относительно NiCad.)

— Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
источник

Интересно видеть, что они используют двойной цикл зарядки / разрядки и выполняют фактическое измерение окончательного разряда. Я думаю, что для большинства людей это не практичный метод измерения - у кого есть тестовое устройство, которое может выдавать импульсы постоянного тока 100 А, и система daq для захвата всего этого. Тем не менее, я думаю, что я брошу пару МОП-транзисторов параллельно с резисторами 100 МОм и операционным усилителем для CC и использую мой осциллограф для захвата дельта-измерения для цикла разряда. Несмотря на это, я думаю, что мой метод низкого тока работает для приблизительных измерений.

— Большие глотки

хорошо, если бы я должен был проверить суперкапы на текущие свойства доставки, тогда, возможно, мне понадобится мощный источник питания; в этом смысле «у кого есть такой тестовый прибор» - это «люди, которым действительно нужно измерять системы под высоким током, возможно, включая людей, которые тестируют суперкапы».

— Маркус Мюллер

Большая батарея может обеспечить ток с хорошим МОП-транзистором, но тест низкого тока может быть на 10% выше C из-за вторичной емкости, поддерживающей выход с гораздо более низким dV / dt.

— Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75

Судя по изображениям ячейки на фото тестовой установки, они похожи на линейку ультраконденсаторов Maxwell DuraBlue. Смотрите эту таблицу для получения дополнительной информации.

Может помочь справка по применению Maxwell 1007239 , Процедуры испытаний для определения емкости, ESR, тока утечки и саморазряда ультраконденсаторов.

Эта линия «суперконденсаторов» имеет максимальное рабочее напряжение 2,85 В постоянного тока и типичную емкость 3400 Фарад. Большинство других «суперконденсаторов» в упаковке такого типа имеют максимальное рабочее напряжение 2,7 В постоянного тока.

Будьте осторожны, внутреннее короткое замыкание в этих устройствах может привести к эффектному отказу. Возможно, вы захотите использовать непроводящую систему пожаротушения на водной основе (песок, химикаты, CO2, галоны и т. Д.).

Основываясь на опубликованных фотографиях тестовой настройки, вы, скорее всего, расплавите зажимы аллигатора, прежде чем превысите максимальный зарядный или разрядный ток.

— Dan1138
источник

Мой обычный способ - измерить сопротивление обычным мультиметром. Предполагая, что тестовое напряжение / ток подается более или менее непрерывно, вы увидите, что показания «сопротивления» со временем будут сравнительно линейными. При усреднении этого увеличения в единицах «Ом в секунду» получается обратная пропускная способность.

Например, если показание увеличивается примерно на 10 Ом каждую секунду, емкость составляет около 0,1F. Вы должны сначала проверить с некоторыми известными характеристиками, что ваш мультиметр относится к типу непрерывных измерений, где это приближение достаточно.

р (T) знак равно \frac{В (T)}{я_{с с}}

$R(t)=\frac{V(t)}{i_{cc}}$

В (T) знак равно \frac{я_{с с}}{С} T + В_{0}

$V(t)=\frac{i_{cc}}{C}t + V_0$

Δ р (T) знак равно \frac{Δ T}{С}

$\Delta R(t)=\frac{\Delta t}{C}$

С знак равно \frac{Δ T}{Δ р (T)}

$C=\frac{\Delta t}{\Delta R(t)}$