Як виміряти дуже велику ємність, наприклад, супер / ультра конденсатори

Нещодавно я придбав у мого брата пару таємничих ультра / супер конденсаторів. Мабуть, він не пам’ятає жодної із специфікацій або навіть торгової марки ... Щоб ще більше ускладнити питання, вони не мають змістовної ідентифікаційної інформації, викарбованої або надрукованої на них. (Є ярлик штрих-коду з буквено-цифровим кодом, але швидкий пошук Google за допомогою нього не знайшов нічого.)

Схоже, настав час розпалити таємничі автобуси Скубі-Ду, тому що збиралися в пригоді люди.

Спочатку я подумав, що спробую виміряти ємність. Оскільки мій LCR-метр не вказаний для таких величезних конденсаторів, мені довелося проявити творчість зі своїм тестовим обладнанням.

Враховуючи основну фізику, ми маємо, що ємність пропорційна збереженому заряду на вольт у конденсаторі:

C = \frac{q}{V}

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

де накопичений заряд в конденсаторі є інтегралом струму через конденсатор:

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

Використовуючи джерело струму для зарядки конденсатора, ми можемо спростити обчислення, використовуючи лише дельтові вимірювання заряду та напруги в конденсаторі.

C = \frac{Δ q}{Δ V} = \frac{i Δ t}{Δ V}

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

За допомогою мого джерела струму Advantest R6144 я можу потім зарядити конденсатор на встановленому струмі і просто виміряти напругу на конденсаторі, використовуючи мій Tektronix DMM4050 в режимі trendplot.

Зображення тестової установки

Однак саме тут я починаю бачити деякі досить великі цифри. Можливо, конденсатор насправді становить ~ 2200 фарадів, але це здається трохи високим. Справді, конденсатор досить великий в радіусі ~ 5,5 "довгим на ~ 1".

А тепер кілька запитань до обмінювачів стеків електротехніки: Чи цей метод є життєздатним засобом для вимірювання суперконденсаторів? Або є більш підходящий метод, який я можу застосувати для їх вимірювання? Також чи суттєво змінюється ємність супер / ультра конденсаторів порівняно з напругою конденсатора? Наприклад, чи є ці вимірювані результати прогнозними / орієнтовними для більш високих напруг заряду. Я вважаю, що ємність повинна дещо коливатися, але я дуже сумніваюся в її. Напевно, в гіршому випадку це кілька сотень фарадів, але я не фахівець з цього питання.

Крім того, і дещо важливіше, як я можу знайти максимальну напругу заряду, не руйнуючи конденсатор? Буде постійний заряд струму, наприклад, 100uA протягом декількох тижнів, поки напруга не досягне певної рівноваги при роботі з саморозрядом. Потім відключіть пару сотень мілівольт і зателефонуйте, що максимальна напруга заряду. Або це просто досягне точки відключення та самознищення, розпорошуючи електроліт по всій моїй лабораторії?

Нарешті, як ви визначаєте орієнтацію полярності конденсаторів? Вони жодним чином не позначені, і обидва термінали однакові. Я ставлю свою ставку на залишкову напругу, що зберігається в конденсаторі. Я припускаю, що ефект діелектричного поглинання / пам'яті від попередньої зарядки знає правильний напрямок ...

У будь-якому випадку, це цікаво спробувати визначити характеристики цих конденсаторів. Але це все одно пригнічує те, що на них немає корисних позначок, таких як орієнтація на полярність, виробник, тощо.

— Великі затоки
джерело

Дивлячись на pdfs, які люб’язно надав Dan1138, я вважаю, що постійний заряд струму від 1 мА до 100 мкА (після того, як ковпак був заряджений до ~ 2,5 В при набагато більшій швидкості) дійсно міг би встановити максимальну напругу зарядки. Якщо струм витоку при номінальній напрузі близький до 4,2 мА (для суперкап. Maxwell 2000F), то постійний струм будь-якого значення, менший за цей, ніколи не повинен перевищувати заряд конденсатора, оскільки витік не заряджає конденсатор. Дайте мені знати, що ви думаєте, хлопці

— Big Gulps

2200F - це правильний порядок величини для ультраконденсатора. Крім того, всі вони, мабуть, мають однакову максимальну напругу.

— користувач253751

Чи можете ви відредагувати своє запитання та вподобати своє зображення? Для тих із нас, хто живе за проксі, ми його не бачимо.

— UKMonkey

Струм витоку може порушити вимірювання під час зарядки, але якщо вимірювання розряду також говорить про 2200 мкФ, то, мабуть, це правда.

— Брайан Драммонд

V (t) = \frac{i_{c c}}{C} t + V_{0}

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

C = i_{c c} M^{- 1}

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

Відповіді:

Це процес Максвелла для вимірювання С від їх тестових специфікацій.

$C=C_{dcd}=\dfrac{I_5*(t_5-t_4)}{V_5-V_4}$

Зауважте, що напруга спадає до попередньої напруги завдяки додатковій постійній постійній частоті часу паралельно. (тобто ефект пам’яті) Тут показано, що близько половини 10% від шкали напруги для половинного розряду напруги. Цей ефект пам’яті вказує на іншу ємність «двошарового електричного ефекту» між 5% і 10% C.

Що це означає, як у акумуляторах, якщо ви заряджаєте та розряджаєтесь набагато повільніше (принаймні у 10 разів повільніше), тоді ємність накопичувача збільшується на 5 ~ 10%, як у найкращих низькоефективних літій-іонних акумуляторів ESR, які рекламуються як такі, що не мають ефектів пам'яті. (стосовно NiCad.)

— Тоні Стюарт Сунніскігуй EE75
джерело

Цікаво побачити, що вони використовують подвійний цикл заряду / розряду і виконують фактичне вимірювання на остаточному розряді. Я думаю, що для більшості людей це не практичний метод вимірювання - у кого є тестовий прилад, який може виводити імпульси 100 постійного струму та систему daq, щоб все це захопити. Це сказав, я думаю, що я підкину пара пара мошфетів паралельно з деякими резисторами 100 МОм і підсилююча для КС і використовую мій осцилограф для зйомки дельта-вимірювання для циклу розряду. Незважаючи на те, я думаю, що мій метод низького струму працює для вимірювання бальних парків.

— Big Gulps

добре, якби я перевіряв суперкапсули на поточні властивості доставки, то добре, мені може знадобитися стрункий джерело живлення; в цьому сенсі "у кого є такий тестовий прилад" - це "люди, яким дійсно потрібно вимірювати системи під високим струмом, напевно, включаючи людей, які тестують суперкап".

— Маркус Мюллер

Великий акумулятор може забезпечити струм хорошим MOSFET, але низький струм випробування може бути на 10% вище С через вторинної ємності, що підтримує вихід зі значно нижчим дВ / дт.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

На зображеннях комірки на фото тестових налаштувань вони схожі на лінійку Maxwell DuraBlue ультраконденсаторів. Додаткову інформацію див. У цій таблиці даних.

Примітка додатка Maxwell 1007239 , Процедури випробувань на ємність, ШОЕ, характеристика струму витоку та саморозрядка ультраконденсаторів може бути корисною.

Ця лінія "суперконденсаторів" має максимальну робочу напругу 2,85 В постійного струму і типову ємність 3400 фарадів. Більшість інших «суперконденсаторів» цього пакету мають максимальну робочу напругу 2,7 В постійного струму.

Будьте обережні, внутрішній шорт цих пристроїв може призвести до вражаючої події. Можливо, вам потрібна система протипожежної протипожежної води, яка не проводиться на воді (пісок, хімічні речовини, CO2, Халон тощо).

Виходячи з опублікованих фотографій тестових налаштувань, ви, швидше за все, розплавите затискачі алігатора, перш ніж перевищити максимальний заряд або струм розряду.

— Dan1138
джерело

Мій звичайний спосіб - вимірювати опір звичайним мультиметром. Припускаючи, що випробувальна напруга / струм застосовується більш-менш безперервно, ви побачите "читання" опору порівняно лінійно з часом. Приблизно усереднення цього збільшення одиниці "Ом в секунду" дає вам обернути потужність.

Наприклад, якщо показник збільшується приблизно на 10 Ом щосекунди, ємність становить приблизно 0,1F. Спершу слід перевірити деякими відомими ємностями, що ваш мультиметр має постійний вимірювальний тип, де це наближення досить добре.

R (t) = \frac{V (t)}{i_{c c}}

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

V (t) = \frac{i_{c c}}{C} t + V_{0}

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

Δ R (t) = \frac{Δ t}{C}

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

C = \frac{Δ t}{Δ R (t)}

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