Çok Büyük Kapasitans Nasıl Ölçülür? Örn. Süper / Ultra Kapasitörler

Son zamanlarda kardeşimden birkaç gizemli ultra / süper kapasitör aldım. Görünüşe göre hiçbir spesifikasyonu ve hatta markayı hatırlamıyor ... Konuları daha da karmaşıklaştırmak için, üzerlerine damgalanmış veya basılmış anlamlı bir kimlik bilgisi yok. (Alfasayısal kod içeren bir barkod etiketi var, ancak bunu kullanarak hızlı bir Google araması hiçbir şey bulamadı.)

Görünüşe göre Scooby-Doo Mystery Buss'u ateşlemenin zamanı geldi, çünkü bir macera milletindeydi.

İlk olarak, kapasitansı ölçmeye çalışacağımı düşündüm. LCR ölçüm cihazım bunlar gibi muazzam kapasitörler için belirtilmediğinden, test ekipmanımla yaratıcı olmak zorunda kaldım.

Temel fizik dikkate alındığında, kapasitansın kapasitör boyunca volt başına depolanan şarjla orantılı olduğunu var:

C = \frac{q}{V}

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

kapasitörde biriken yük, kapasitörden geçen akımın integralidir:

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

Kondansatörü şarj etmek için bir akım kaynağı kullanarak, sadece kondansatör üzerindeki yük ve voltajın delta ölçümlerini kullanarak hesaplamaları basitleştirebiliriz.

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

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

Advantest R6144 akım kaynağım ile kapasitörü ayarlanmış bir akımda şarj edebilir ve trend grafiği modunda Tektronix DMM4050'imi kullanarak kapasitör üzerindeki voltajı ölçebilirim.

Test Kurulumu Resimleri

Ancak, burada oldukça büyük rakamlar görmeye başladım. Kapasitör gerçekten ~ 2200 farads olabilir, ancak bu biraz yüksek görünüyor. Kuşkusuz, kapasitör ~ 5.5 "uzunluğunda ~ 1" yarıçapında oldukça büyüktür.

Ve şimdi Elektrik Mühendisliği Yığın Değişimi için iyi sorular: Bu yöntem süper kapasitörleri ölçmek için uygun bir araç mı? Yoksa bunları ölçmek için uygulayabileceğim daha uygun bir yöntem var mı? Ayrıca, süper / ultra kapasitörlerin kapasitansı, kapasitörün voltajına göre önemli ölçüde değişiyor mu? Örneğin, bu ölçülen sonuçlar daha yüksek yük gerilimleri için öngörücü / göstergedir. Kapasitansın biraz dalgalanması gerektiğini düşünürdüm, ama bundan çok şüphe ediyorum. Muhtemelen en kötü ihtimalle birkaç yüz farads, ama bu konuda uzman değilim.

Ayrıca ve daha da önemlisi, kapasitörü bozmadan maksimum şarj voltajını nasıl bulabilirim? Voltaj kendi kendine deşarj çalışması ile bir tür dengeye ulaşana kadar birkaç hafta boyunca 100uA sabit akım şarjı olur. Sonra birkaç yüz milivolt geri çekin ve maksimum şarj voltajı deyin. Yoksa laboratuvarımın her yerine elektrolit püskürtürken sadece bir açma noktasına ulaşacak ve kendini yok edecek mi?

Son olarak, kapasitörlerin polarite yönünü nasıl belirlersiniz? Bunlar hiçbir şekilde işaretlenmemiştir ve her iki terminal de aynıdır. Bahisimi kapasitörde depolanan artık voltaj ile yaptım. Önceki şarjdan gelen dielektrik emilim / hafıza etkisinin doğru yönü bildiğini varsayıyorum ...

Her halükarda, bu kapasitörlerin özelliklerini belirlemek ve belirlemek biraz eğlencelidir. Ama yine de, kutup yönelimi, üretici vb.Gibi üzerlerinde yararlı işaretler bulunmadığını artıran bir dokunuş.

— Büyük Gulps
kaynak

Dan1138'in nazikçe sağladığı pdfs'ye baktığımda, 1mA'dan 100uA'ya kadar sabit bir akım şarjının (kapak çok daha hızlı bir hızda ~ 2.5V'a şarj edildikten sonra) gerçekten de maksimum şarj voltajı ballpark olabileceğine inanıyorum. Nominal voltajdaki kaçak akım 4.2mA'ya yakınsa (Maxwell 2000F süper kapak için), o zaman kaçak kapasitörü şarj etmediğinden, bundan daha düşük herhangi bir değerin sabit akımı asla kapasitörü aşırı şarj etmemelidir. Ne düşündüğünüzü bana bildirin.

— Büyük Gulps

2200F, bir ultrakapasitör için doğru büyüklük sırasıdır. Ayrıca hepsi aynı maksimum gerilime sahip gibi görünüyor.

— user253751

Sorunuzu düzenleyebilir ve resminizi satır içine alabilir misiniz lütfen? Proxy arkasında yaşayan bizler için onu göremeyiz.

— UKMonkey

Kaçak akım, şarj üzerindeki ölçümleri bozabilir, ancak bir deşarj ölçümü de 2200 uF diyorsa, muhtemelen doğrudur.

— 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}

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

Yanıtlar:

Bu, Maxwell'in test spesifikasyonlarından C'yi ölçme işlemi .

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

Paralel olarak ek bir RC zaman sabiti nedeniyle voltajın önceki voltaja doğru sarktığını unutmayın. (yani hafıza etkisi) Burada yarım voltaj deşarjı için% 10'luk tam skalanın yaklaşık% 5'i olduğu gösterilmiştir. Bu hafıza etkisi, C'nin% 5 ila% 10'u arasında başka bir "çift katmanlı elektrik etkisi" kapasitesini gösterir.

Bu, pillerde olduğu gibi, çok daha yavaş şarj edip (en az 10x daha yavaş) şarj ederseniz, depolama kapasitesi, hafıza etkisi olmadığı bildirilen en iyi düşük ESR Li-ion pillere benzer şekilde% 5 ~ 10 artar. (NiCad'e göre.)

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
kaynak

Çift şarj / deşarj döngüsü kullandıklarını ve son deşarjda gerçek ölçümü gerçekleştirdiklerini görmek ilginçtir. Çoğu insan için bu pratik bir ölçüm yöntemi değil - 100 A sabit akım darbeleri ve hepsini yakalamak için daq sistemi çıkaran bir test fikstürüne sahip. Bununla birlikte, sanırım CC için 100mohm'luk dirençlere ve opamp'a paralel olarak birkaç mosfet atacağım ve deşarj döngüsü için delta ölçümünü yakalamak için osiloskopumu kullanacağım. Ne olursa olsun, düşük akım yöntemimin basketbol sahası ölçümlerinde işe yaradığını düşünüyorum.

— Büyük Gulps

Peki, eğer mevcut teslimat özellikleri için üst kapakları test edeceksem, iyi bir güç kaynağına ihtiyacım olabilir; bu anlamda "böyle bir test fikstürüne sahip olanlar", büyük olasılıkla üst sınırları test eden insanlar da dahil olmak üzere sistemleri yüksek akım altında ölçmek zorunda kalan insanlar "dır.

— Marcus Müller

Büyük bir pil, akımı iyi bir MOSFET ile sağlayabilir, ancak düşük bir akım testi, çıkışı çok daha düşük bir dV / dt ile destekleyen ikincil kapasitans nedeniyle% 10 daha yüksek C olabilir.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Test kurulum fotoğrafındaki hücre görüntülerinden Maxwell DuraBlue Ultracapacitor hattına benzer görünüyorlar. Bu veri sayfasına bakın fazla için .

Maxwell uygulama notu 1007239 , Kapasitans, ESR, Kaçak Akım ve Kendinden Deşarj Karakterizasyonları için Test Prosedürleri yardımcı olabilir.

Bu "süper kapasitörler" serisi maksimum çalışma voltajı 2.85 VDC ve tipik kapasitansı 3400 Farads'a sahiptir. Bu tip paketteki diğer "süper kapasitörlerin" çoğu, maksimum çalışma voltajı 2,7 VDC'dir.

Dikkatli olun, bu cihazlarda dahili bir kısa devre olması muhteşem bir arıza olayına neden olabilir. İletken olmayan, su bazlı olmayan bir yangın söndürme sistemine (kum, kimyasal, CO2, Halon vb.) Sahip olmak isteyebilirsiniz.

Gönderilen test kurulum fotoğraflarına dayanarak, maksimum şarj veya deşarj akımını aşmadan önce timsah klipslerini eriteceksiniz.

— Dan1138
kaynak

Genel yolum, direnci normal bir multimetre ile ölçmektir. Test voltajının / akımının az çok sürekli uygulandığı varsayıldığında, "direnç" değerinin zaman içinde nispeten doğrusal bir şekilde arttığını göreceksiniz. "Saniyede Ohm" birimindeki bu artışın kabaca ortalamasını almak size kapasitenin tersini verir.

Örneğin, okuma saniyede yaklaşık 10 Ohm artarsa, kapasite yaklaşık 0.1F'dir. Bilinen bazı kapasitelerle, önce multimetrenizin bu yaklaşımın yeterince iyi olduğu sürekli ölçüm tipinde olup olmadığını kontrol etmelisiniz.

Çoğu multimetre ohm'u ölçmek için bir CC kaynağı kullanır. Yani bu aslında yukarıda kullandığım ve özetlediğim yöntemle aynı. DMM'de ölçülen direnç:

R, (t) = \frac{V (t)}{{ben}_{c c}}

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

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

$V(t)=\frac{i_{cc}}{C}t + V_0$ Delta ölçümlerini basitleştirme ve kullanma

Δ R, (t) = \frac{Δ t}{C}

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

C = \frac{Δ t}{Δ R, (t)}

$C=\frac{\Delta t}{\Delta R(t)}$ Gördüğüm tek sorun delta t için zaman damganız olmaması. Ölçüm cihazında bir trend alanı (veya benzeri) yoksa, sadece çok kaba bir yaklaşım elde edersiniz. Ancak, dediğin gibi, bu pahalı ekipmana ihtiyaç duymadan kontrol etmenin kolay bir yoludur.

— Büyük Gulps