Jak mierzyć bardzo dużą pojemność, np. Super / Ultra Capacitors

Niedawno kupiłem kilka tajemniczych ultra / super kondensatorów od mojego brata. Najwyraźniej nie pamięta żadnej specyfikacji ani nawet marki ... Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawy, nie mają na nich znaczących informacji identyfikacyjnych. (Jest etykieta z kodem kreskowym z kodem alfanumerycznym, ale szybkie wyszukiwanie za pomocą Google nie znalazło nic).

Wygląda na to, że nadszedł czas, aby odpalić Mystery Buss Scooby-Doo, ponieważ wybrali się na przygodę.

Po pierwsze, pomyślałem, że spróbuję zmierzyć pojemność. Ponieważ mój miernik LCR nie jest określony dla takich ogromnych kondensatorów, musiałem wykazać się kreatywnością przy użyciu mojego sprzętu testowego.

Biorąc pod uwagę podstawową fizykę, mamy pojemność, która jest proporcjonalna do zmagazynowanego ładunku na wolt na kondensatorze:

C = \frac{q}{V.}

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

gdzie skumulowany ładunek w kondensatorze jest całką prądu przepływającego przez kondensator:

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

Wykorzystując źródło prądu do naładowania kondensatora, możemy uprościć obliczenia, wykorzystując jedynie pomiary delta ładunku i napięcia na kondensatorze.

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

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

Za pomocą mojego źródła prądu Advantest R6144 mogę następnie ładować kondensator przy ustawionym prądzie i po prostu mierzyć napięcie na kondensatorze za pomocą mojego Tektronix DMM4050 w trybie trendplot.

Zdjęcia konfiguracji testu

Jednak w tym miejscu zaczynam widzieć dość duże liczby. Możliwe, że kondensator to ~ 2200 farad, ale wydaje się to nieco wysokie. Trzeba przyznać, że kondensator jest dość duży w promieniu ~ 5,5 "o promieniu ~ 1".

A teraz kilka pytań dla drobnych ludzi z Electric Engineering Stack Exchange: Czy ta metoda jest realnym sposobem pomiaru superkondensatorów? Czy istnieje bardziej odpowiednia metoda, którą mogę zastosować do ich pomiaru? Ponadto, czy pojemność super / ultra kondensatorów znacząco się zmienia w porównaniu do napięcia kondensatora? Np. Czy te zmierzone wyniki są predykcyjne / wskaźnikowe dla wyższych napięć ładowania. Sądzę, że pojemność powinna się wahać, ale wątpię w to. Prawdopodobnie w najgorszym przypadku jest to kilkaset farad, ale nie jestem ekspertem w tej kwestii.

Co ważniejsze, jak znaleźć maksymalne napięcie ładowania bez niszczenia kondensatora? Czy stały ładunek prądu, powiedzmy 100uA, przez kilka tygodni, aż napięcie osiągnie jakąś równowagę przy pracy samorozładowania. Następnie wycofaj kilkaset miliwoltów i nazwij to maksymalnym napięciem ładowania. A może osiągnie punkt potknięcia i samozniszczenie podczas rozpylania elektrolitu w całym moim laboratorium?

Wreszcie, jak określić orientację biegunowości kondensatorów? Nie są one w żaden sposób oznaczone, a oba zaciski są identyczne. Postawiłem swój zakład na napięcie resztkowe przechowywane w kondensatorze. Zakładam, że efekt absorpcji / pamięci dielektrycznej z poprzedniego ładowania zna właściwy kierunek ...

W każdym razie fajnie jest określić właściwości tych kondensatorów. Ale wciąż jest to irytujące, że nie ma na nich użytecznych oznaczeń, takich jak orientacja polaryzacji, producent itp.

— Big Gulps
źródło

Patrząc na pliki pdf, które uprzejmie dostarczył Dan1138, uważam, że stały ładunek prądowy od 1mA do 100uA (po naładowaniu korka do ~ 2,5V przy znacznie szybszym tempie) może rzeczywiście zwiększyć maksymalne napięcie ładowania. Jeśli prąd upływowy przy napięciu znamionowym jest zbliżony do 4,2 mA (w przypadku super cap 2000 Maxwell), to stały prąd o dowolnej wartości mniejszej niż ta nigdy nie powinien nadmiernie ładować kondensatora, ponieważ upływ nie ładuje kondensatora. Daj mi znać, co myślicie.

— Big Gulps,

2200F to właściwy rząd wielkości dla ultrakondensatora. Również wszystkie wydają się mieć takie samo maksymalne napięcie.

— user253751

Czy możesz edytować swoje pytanie i wstawić obraz? Dla tych z nas, którzy mieszkają za serwerem proxy, nie możemy go zobaczyć.

— UKMonkey

Prąd upływowy może zakłócać pomiary podczas ładowania, ale jeśli pomiar rozładowania mówi również 2200 uF, to prawdopodobnie jest to prawda.

— Brian Drummond,

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}

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

Odpowiedzi:

Jest to proces Maxwella do pomiaru C na podstawie ich specyfikacji testowej.

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

Należy zauważyć, że napięcie spada do poprzedniego napięcia z powodu dodatkowej stałej czasowej RC równolegle. (tj. efekt pamięci) Tutaj pokazano, że wynosi około 5% pełnej skali 10% dla rozładowania o połowę napięcia. Ten efekt pamięci wskazuje inną pojemność „podwójnego efektu elektrycznego” między 5% a 10% C.

Oznacza to, że tak jest w akumulatorach, jeśli ładujesz i rozładowujesz znacznie wolniej (co najmniej 10x wolniej), wówczas pojemność wzrasta o 5 ~ 10%, podobnie jak w przypadku najlepszych akumulatorów litowo-jonowych o niskim ESR, które są reklamowane jako nie mające efektów pamięci (w stosunku do NiCad.)

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
źródło

Interesujące jest to, że używają podwójnego cyklu ładowania / rozładowania i wykonują rzeczywisty pomiar na końcowym rozładowaniu. Myślę, że dla większości ludzi nie jest to praktyczna metoda pomiaru - kto ma urządzenie testowe, które może wyprowadzać impulsy prądu stałego 100 A, i system daq, aby to wszystko uchwycić. To powiedziawszy, myślę, że rzucę kilka mosfetów równolegle z niektórymi rezystorami 100mohm i opamp dla CC i użyję mojego oscyloskopu do zarejestrowania pomiaru delta dla cyklu rozładowania. Niezależnie od tego, myślę, że moja metoda niskoprądowa sprawdza się w pomiarach typu ballpark.

— Big Gulps,

cóż, jeśli miałbym przetestować superkondensatory pod kątem bieżących właściwości dostarczania, to może potrzebowałbym mocnego zasilacza; w tym sensie „kto ma takie urządzenie testowe” to „ludzie, którzy naprawdę muszą mierzyć systemy pod wysokim prądem, prawdopodobnie, w tym ludzie, którzy testują superkapsy”.

— Marcus Müller,

Duża bateria może zapewnić prąd o dobrym MOSFET, ale test niskiego prądu może być o 10% wyższy C z powodu pojemności wtórnej podtrzymującej moc wyjściową o znacznie niższym dV / dt.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

Z obrazów komórki na zdjęciu konfiguracji testowej wydają się one podobne do linii Ultracapacitors Maxwell DuraBlue. Więcej informacji znajduje się w tym arkuszu danych.

Nota aplikacyjna Maxwell Pomocna może być 1007239 , Procedury testowe dla charakterystyki pojemnościowej, ESR, prądu upływu i samorozładowania ultrakondensatorów .

Ta linia „superkondensatorów” ma maksymalne napięcie robocze 2,85 VDC i typową pojemność 3400 Farad. Większość innych „superkondensatorów” w tego typu obudowie ma maksymalne napięcie robocze 2,7 VDC.

Zachowaj ostrożność, ponieważ zwarcie wewnętrzne w tych urządzeniach może spowodować spektakularne uszkodzenie. Możesz chcieć mieć nieprzewodzący, oparty na wodzie system tłumienia ognia (piasek, chemikalia, CO2, halon itp.).

Na podstawie opublikowanych zdjęć z konfiguracji testowej prawdopodobnie stopisz zaciski krokodylkowe, zanim przekroczysz maksymalny prąd ładowania lub rozładowania.

— Dan1138
źródło

Moim zwykłym sposobem jest pomiar rezystancji za pomocą zwykłego multimetru. Zakładając, że napięcie / prąd testowy jest przyłożone mniej więcej w sposób ciągły, zobaczysz, że odczyt „rezystancji” rośnie w miarę liniowo w miarę upływu czasu. Rougly uśredniając ten wzrost w jednostce „Ohm na sekundę” daje odwrotność pojemności.

Na przykład, jeśli odczyt wzrasta o około 10 omów na sekundę, pojemność wynosi około 0,1 F. Powinieneś najpierw sprawdzić za pomocą niektórych znanych pojemności, że Twój multimetr jest typu ciągłego pomiaru, w którym to przybliżenie jest wystarczająco dobre.

Większość multimetrów używa źródła CC do pomiaru omów. Jest to zasadniczo ta sama metoda, której użyłem i opisałem powyżej. Zmierzony opór w DMM wynosi

R (t) = \frac{V. (t)}{{ja}_{do do}}

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

V. (t) = \frac{{ja}_{do do}}{do} t + {V.}_{0}

$V(t)=\frac{i_{cc}}{C}t + V_0$ Uproszczenie i użycie pomiarów delta daje

Δ R (t) = \frac{Δ t}{do}

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

do = \frac{Δ t}{Δ R (t)}

$C=\frac{\Delta t}{\Delta R(t)}$ Jedyny problem, jaki widzę, to to, że nie masz znaczników czasu dla delty. Jeśli miernik nie ma wykresu trendów (lub podobnego), otrzymasz tylko przybliżone przybliżenie. Ale, jak mówisz, jest to łatwy sposób na sprawdzenie bez konieczności kosztownego sprzętu.

— Big Gulps,