วิธีการวัดความจุขนาดใหญ่มากเช่น Super / Ultra Capacitors

เมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันได้รับตัวเก็บประจุพิเศษ / ซูเปอร์คู่ลึกลับจากพี่ชายของฉัน เห็นได้ชัดว่าเขาจำไม่ได้ว่ามีข้อกำหนดหรือแบรนด์แม้แต่อย่างใด ... (มีป้ายบาร์โค้ดที่มีรหัสตัวอักษรและตัวเลข แต่การค้นหาโดย Google อย่างรวดเร็วโดยไม่พบสิ่งใด)

ดูเหมือนว่าถึงเวลาที่จะจุดไฟ Scooby-Doo Mystery Buss 'สาเหตุเกิดขึ้นกับกลุ่มการผจญภัย

อันดับแรกฉันคิดว่าฉันพยายามวัดความจุ เนื่องจากเครื่องวัด LCR ของฉันไม่ได้ระบุไว้สำหรับตัวเก็บประจุขนาดใหญ่เช่นนี้ฉันจึงต้องใช้ความคิดสร้างสรรค์กับอุปกรณ์ทดสอบของฉัน

เมื่อพิจารณาฟิสิกส์พื้นฐานเรามีความสามารถในการประจุเป็นสัดส่วนกับประจุที่เก็บต่อโวลต์ในตัวเก็บประจุ:

C = \frac{q}{V}

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

เมื่อประจุที่สะสมในตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบของกระแสผ่านตัวเก็บประจุ:

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

การใช้แหล่งจ่ายกระแสเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุเราสามารถทำให้การคำนวณง่ายขึ้นโดยใช้การวัดเดลต้าของประจุและแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุเท่านั้น

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

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

ด้วย Advantest R6144 ที่มาปัจจุบันของฉันฉันสามารถชาร์จตัวเก็บประจุที่กระแสไฟฟ้าที่ตั้งไว้และเพียงวัดแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุโดยใช้ Tektronix DMM4050 ของฉันในโหมด trendplot

Picures of Test Setup

อย่างไรก็ตามนี่คือที่ฉันเริ่มเห็นจำนวนค่อนข้างมาก อาจเป็นไปได้ที่ตัวเก็บประจุจริงๆ ~ 2200 farads แต่ดูเหมือนว่าจะสูง เป็นที่ยอมรับตัวเก็บประจุค่อนข้างใหญ่ที่ ~ 5.5 "ยาวโดย ~ 1" รัศมี

และตอนนี้บางคำถามสำหรับคนดีของการแลกเปลี่ยนกองวิศวกรรมไฟฟ้า: วิธีนี้เป็นวิธีที่มีศักยภาพในการวัดตัวเก็บประจุ super? หรือมีวิธีการที่เหมาะสมกว่าที่ฉันสามารถใช้วัดได้หรือไม่ นอกจากนี้ความจุของตัวเก็บประจุ super / ultra เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ? ยกตัวอย่างเช่นผลการทำนาย / บ่งชี้ที่วัดได้เหล่านี้สำหรับแรงดันไฟฟ้าประจุที่สูงขึ้น ฉันคิดว่าความจุควรผันผวนบ้าง แต่ฉันสงสัยว่ามันมาก อาจเป็นเรื่องที่แย่ที่สุดสักสองสามร้อยคน แต่ฉันไม่มีความเชี่ยวชาญในเรื่องนี้

นอกจากนี้และที่สำคัญกว่านั้นฉันจะหาค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดโดยไม่ทำลายตัวเก็บประจุได้อย่างไร ค่าใช้จ่ายคงที่ในปัจจุบันจะบอกว่า 100uA ในอีกไม่กี่สัปดาห์จนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะถึงสมดุลของการปลดปล่อยตัวเอง จากนั้นถอยออกสองสามร้อยล้านโวลต์แล้วเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด หรือจะถึงจุดสะดุดและทำลายตัวเองในขณะที่ฉีดอิเล็กโทรไลต์ไปทั่วห้องแล็บของฉัน?

ในที่สุดคุณจะกำหนดทิศทางของตัวเก็บประจุได้อย่างไร สิ่งเหล่านี้ไม่ได้ทำเครื่องหมาย แต่อย่างใดและทั้งสองขั้วเหมือนกัน ฉันเดิมพันด้วยแรงดันตกค้างที่เก็บในตัวเก็บประจุ ฉันสันนิษฐานว่าอิเล็กทริกการดูดซับ / ผลกระทบหน่วยความจำจากการชาร์จครั้งก่อนรู้ทิศทางที่ถูกต้อง ...

อย่างไรก็ตามมันสนุกมากที่ได้ลองและกำหนดคุณลักษณะของตัวเก็บประจุเหล่านี้ แต่ก็ยังเป็นเรื่องที่ทำให้รู้สึกรำคาญว่าไม่มีเครื่องหมายที่เป็นประโยชน์เช่นการวางแนวขั้วผู้ผลิต ฯลฯ

— บิ๊ก Gulps
แหล่งที่มา

เมื่อดูจากไฟล์ PDF ที่ Dan1138 ให้มาโปรดผมเชื่อว่าค่าใช้จ่ายคงที่ที่ 1mA ถึง 100uA (หลังจากที่ชาร์จหมวกไปที่ ~ 2.5V ภายใต้อัตราที่เร็วกว่ามาก) อาจทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดในการชาร์จได้ หากกระแสรั่วไหลของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ใกล้เคียงกับ 4.2mA (สำหรับ Maxwell 2000F super cap.) ดังนั้นค่าคงที่ของค่าใด ๆ ที่น้อยกว่านั้นไม่ควรชาร์จประจุเกินเนื่องจากการรั่วไม่ได้เรียกเก็บประจุ แจ้งให้เราทราบว่าพวกคุณคิดอย่างไร

— Gulps ใหญ่

2200F เป็นลำดับที่ถูกต้องของขนาดอัลตร้าคาปาซิเตอร์ พวกเขาทั้งหมดดูเหมือนจะมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเท่ากัน

— user253751

คุณสามารถแก้ไขคำถามและอินไลน์รูปภาพของคุณได้ไหม? สำหรับพวกเราที่อาศัยอยู่หลังพร็อกซี่เราไม่สามารถมองเห็นได้

— UKMonkey

กระแสรั่วไหลอาจทำให้การวัดการชาร์จเพิ่มขึ้น แต่ถ้าการวัดการปล่อยยังบอกว่า 2,400 ยูเอฟแล้วมันอาจจะเป็นจริง

— Brian Drummond

หลังจากตอบสนองต่อ user194292 ฉันรู้ว่าคุณสามารถทำการวัดค่าความจุได้โดยอัตโนมัติด้วยความจริงที่ว่า

ซึ่งเป็นสมการเชิงเส้นของรูปแบบ Mx + b การใช้ระบบ daq คุณต้องการวัด V (t) เท่านั้นจากนั้นสามารถคำนวณความจุเป็น

จากความชันของข้อมูล (ที่ได้จากการถดถอยเชิงเส้น) และอีกวิธีหนึ่งคุณสามารถใช้ DMM ในโหมด ohms ดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง อย่างไรก็ตามวิธีที่ได้รับการยอมรับคือปลดหมวกจาก Vmax ถึง 50% Vmax ภายใต้ CC เพื่อให้ได้ความจุในการทำงานมากกว่าความจุของสัญญาณขนาดเล็ก

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}

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

— Gulps ใหญ่

คำตอบ:

นี่เป็นกระบวนการของ Maxwell สำหรับการวัด C จากข้อกำหนดการทดสอบ

ความจุถูกประจุและปล่อยประจุที่อัตรากระแส แต่วัดโดยอัตราจาก Urated ถึง 50% Urated $C=C_{dcd}=\dfrac{I_5*(t_5-t_4)}{V_5-V_4}$

โปรดทราบว่าแรงดันไฟฟ้าจะไปทางแรงดันไฟฟ้าก่อนหน้าเนื่องจากค่าคงที่เวลา RC เพิ่มเติมแบบขนาน (เช่นเอฟเฟกต์หน่วยความจำ) ที่นี่จะแสดงให้เห็นว่าประมาณ 5% ของขนาดเต็ม 10% สำหรับการปล่อยแรงดันไฟฟ้าครึ่งหนึ่ง เอฟเฟกต์หน่วยความจำนี้ระบุว่ากำลังการผลิตไฟฟ้า "เลเยอร์คู่เอฟเฟกต์" อีกอันระหว่าง 5% ถึง 10% ของซี

สิ่งนี้มีความหมายว่าอย่างไรในแบตเตอรี่ถ้าคุณชาร์จและคายประจุช้ากว่า (อย่างน้อย 10 เท่า) ความจุจะเพิ่มขึ้น 5 ~ 10% ซึ่งคล้ายกับแบตเตอรี่ Li-ion ESR ที่ดีที่สุดซึ่งมีการโฆษณาว่าไม่มีผลกระทบต่อหน่วยความจำ (เทียบกับ NiCad)

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
แหล่งที่มา

เป็นที่น่าสนใจที่จะเห็นว่าพวกเขาใช้วงจรชาร์จ / คายประจุซ้ำสองครั้งและทำการวัดจริงในการคายประจุขั้นสุดท้าย ฉันคิดว่าสำหรับคนส่วนใหญ่นี่ไม่ใช่วิธีการวัดที่ใช้งานได้จริง - ใครมีฟิกซ์เจอร์ทดสอบที่สามารถส่งสัญญาณพัลส์กระแสคงที่ 100 A และระบบ daq เพื่อจับภาพทั้งหมด ที่กล่าวว่าฉันคิดว่าฉันจะโยน mosfet สองสามตัวพร้อมกับตัวต้านทานและ opamp สำหรับ CC และใช้ออสซิลโลสโคปของฉันเพื่อจับภาพการวัดเดลต้าสำหรับวงจรการปลดปล่อย โดยไม่คำนึงถึงฉันคิดว่าวิธีการปัจจุบันของฉันต่ำใช้ได้กับการวัดสนามเบสบอล

— Gulps ใหญ่

ดีถ้าฉันจะทดสอบ supercaps สำหรับคุณสมบัติการจัดส่งปัจจุบันแล้วดีฉันอาจต้องใช้แหล่งจ่ายไฟเป็นเนื้อ ในแง่นั้น "ผู้ที่มีการติดตั้งการทดสอบแบบนี้" คือ "ผู้ที่ต้องการวัดระบบภายใต้กระแสสูงซึ่งอาจรวมถึงผู้ที่ทดสอบซุปเปอร์แคป"

— Marcus Müller

แบตเตอรี่ขนาดใหญ่สามารถให้กระแสกับ MOSFET ที่ดี แต่การทดสอบกระแสต่ำอาจสูงกว่า 10% C เนื่องจากความจุทุติยภูมิที่รองรับการส่งออกด้วย dV / dt ที่ต่ำกว่ามาก

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

จากภาพของเซลล์ในภาพถ่ายการตั้งค่าการทดสอบพวกเขาดูเหมือนจะคล้ายกับสาย Maxwell DuraBlue ของ Ultracapacitors ดูแผ่นข้อมูลนี้สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

แอปพลิเคชั่น Maxwell note 1007239ขั้นตอนการทดสอบสำหรับประจุ ESR, กระแสไฟรั่วและคุณสมบัติการคายประจุเองของ Ultracapacitors อาจเป็นประโยชน์

สายของ "ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์" มีแรงดันไฟฟ้าการทำงานสูงสุด 2.85 VDC และความจุทั่วไปของ 3400 Farads "supercapacitors" อื่น ๆ ส่วนใหญ่ในแพ็คเกจประเภทนี้มีแรงดันการทำงานสูงสุด 2.7 VDC

ระมัดระวังอุปกรณ์ภายในสั้น ๆ เหล่านี้อาจส่งผลให้เกิดเหตุการณ์ที่ล้มเหลวอย่างน่าทึ่ง คุณอาจต้องการระบบดับเพลิงที่ไม่นำไฟฟ้าและไม่ใช้น้ำ (ทรายสารเคมี CO2 ฮาลอน ฯลฯ )

จากภาพการตั้งค่าการทดสอบที่โพสต์คุณอาจจะละลายคลิปจระเข้ก่อนที่จะเกินค่าสูงสุดหรือกระแสไฟไหลออก

— Dan1138
แหล่งที่มา

วิธีปกติของฉันคือการวัดความต้านทานด้วยมัลติมิเตอร์ธรรมดา สมมติว่าแรงดันไฟฟ้า / กระแสทดสอบถูกนำไปใช้อย่างต่อเนื่องมากขึ้นหรือน้อยลงคุณจะเห็นการอ่าน "การต้านทาน" เพิ่มขึ้นในลักษณะเชิงเส้นในช่วงเวลาที่เปรียบเทียบ โดยเฉลี่ยเพิ่มขึ้นอย่างมากในหน่วย "โอห์มต่อวินาที" นี้ให้ค่าผกผันของกำลังการผลิต

ตัวอย่างเช่นหากการอ่านข้อมูลเพิ่มขึ้นประมาณ 10 Ohms ทุกวินาทีความจุประมาณ 0.1F คุณควรตรวจสอบกับความสามารถที่ทราบก่อนว่ามัลติมิเตอร์ของคุณเป็นประเภทการวัดอย่างต่อเนื่องซึ่งการประมาณนี้ดีพอ

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)}

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