Cómo medir capacitancias muy grandes, p. Ej., Capacitores Super / Ultra

Recientemente he adquirido un par de misteriosos ultra / súper condensadores de mi hermano. Aparentemente no recuerda ninguna de las especificaciones o incluso la marca ... Para complicar aún más las cosas, no tienen información de identificación significativa estampada o impresa en ellas. (Hay una etiqueta de código de barras con código alfanumérico, pero una búsqueda rápida en Google no lo encontró).

Parece que es hora de encender los Scooby-Doo Mystery Buss, porque íbamos en una aventura amigos.

Primero, pensé que intentaría medir la capacitancia. Como mi medidor LCR no está especificado para condensadores enormes como estos, tuve que ser creativo con mi equipo de prueba.

Teniendo en cuenta la física básica, tenemos que la capacitancia es proporcional a la carga almacenada por voltio a través del capacitor:

C = \frac{q}{V}

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

donde la carga acumulada en el condensador es la integral de la corriente a través del condensador:

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

Usando una fuente de corriente para cargar el condensador, podemos simplificar los cálculos, usando solo mediciones delta de la carga y el voltaje a través del condensador.

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

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

Con mi fuente de corriente Advantest R6144, puedo cargar el capacitor a una corriente establecida y simplemente medir el voltaje a través del capacitor usando mi Tektronix DMM4050 en el modo de diagrama de tendencia.

Imágenes de la configuración de prueba

Sin embargo, aquí es donde empiezo a ver algunos números bastante grandes. Es posible que el condensador realmente sea ~ 2200 faradios, pero eso parece un poco alto. Es cierto que el condensador es bastante grande a ~ 5.5 "de largo por ~ 1" de radio.

Y ahora algunas preguntas para la buena gente de Electric Engineering Stack Exchange: ¿Es este método un medio viable para medir supercondensadores? ¿O hay un método más adecuado que pueda aplicar para medirlos? Además, ¿la capacitancia de los capacitores super / ultra cambia significativamente frente al voltaje del capacitor? Por ejemplo, ¿son estos resultados medidos predictivos / indicativos para voltajes de carga más altos? Creo que la capacitancia debería fluctuar un poco, pero dudo que sea tanto. Probablemente, en el peor de los casos, son unos cientos de faradios, pero no soy un experto en el tema.

Además, y algo más importante, ¿cómo encontraría el voltaje de carga máximo sin destruir el condensador? Sería una carga de corriente constante de decir 100uA durante unas pocas semanas hasta que el voltaje alcance algún tipo de equilibrio con el trabajo de autodescarga. Luego retroceda un par de cientos de milivoltios y llame a eso el voltaje de carga máximo. ¿O simplemente alcanzará un punto de disparo y se autodestruirá mientras rocía electrolito por todo mi laboratorio?

Finalmente, ¿cómo se determina la orientación de polaridad de los condensadores? Estos no están marcados de ninguna manera, y ambos terminales son idénticos. Lanzo mi apuesta con el voltaje residual almacenado en el condensador. Supongo que el efecto de absorción / memoria dieléctrica de la carga anterior conoce la dirección correcta ...

En cualquier caso, es divertido intentar determinar las características de estos condensadores. Pero sigue siendo un toque agravante que no haya marcas útiles en ellos, como orientación de polaridad, fabricante, etc.

capacitor electrolytic-capacitor supercapacitor capacitor-charging Grandes tragos
fuente

Mirando los archivos PDF que Dan1138 proporcionó amablemente, creo que una carga de corriente constante de 1 mA a 100 uA (después de que la tapa se haya cargado a ~ 2.5 V a una velocidad mucho más rápida) podría aumentar el voltaje de carga máximo. Si la corriente de fuga a la tensión nominal está cerca de 4.2 mA (para Maxwell 2000F super cap.), Entonces una corriente constante de cualquier valor menor que eso nunca debería sobrecargar el condensador ya que la fuga no carga el condensador. Déjame saber lo que piensan ustedes.

Big Gulps

2200F es el orden de magnitud correcto para un ultracondensador. Además, todos parecen tener el mismo voltaje máximo.

user253751

¿Puedes editar tu pregunta e incluir tu imagen en línea, por favor? Para aquellos de nosotros que vivimos detrás de un proxy, no podemos verlo.

UKMonkey

La corriente de fuga puede alterar las mediciones en la carga, pero si una medición de descarga también dice 2200 uF, entonces probablemente sea cierto.

Brian Drummond

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

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

C = {yo}_{C C} {METRO}^{- 1}

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

Respuestas:

Este es el proceso de Maxwell para medir C a partir de sus especificaciones de prueba.

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

Tenga en cuenta que el voltaje se hunde hacia el voltaje anterior debido a una constante de tiempo RC adicional en paralelo. (es decir, efecto de memoria) Aquí se muestra que está alrededor del 5% de la escala completa del 10% para una descarga de media tensión. Este efecto de memoria indica otra capacitancia de "efecto eléctrico de doble capa" entre 5% y 10% de C.

Lo que esto significa es como en las baterías, si carga y descarga mucho más lento (al menos 10 veces más lento), entonces la capacidad de almacenamiento aumenta de 5 a 10%, similar a las mejores baterías de iones de litio de baja ESR, que se anuncian como que no tienen efectos de memoria (en relación con NiCad)

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Es interesante ver que usan un ciclo de carga / descarga doble y realizan la medición real en la descarga final. Creo que para la mayoría de las personas, este no es un método práctico de medición, que tiene un dispositivo de prueba que puede generar pulsos de corriente constante de 100 A y el sistema daq para capturarlo todo. Dicho esto, creo que lanzaré un par de mosfets en paralelo con algunas resistencias de 100mohm y opamp para CC y usaré mi osciloscopio para capturar la medición delta para el ciclo de descarga. De todos modos, creo que mi método de baja corriente funciona para mediciones de estadio.

Big Gulps

bueno, si tuviera que probar supercaps para propiedades de entrega actuales, entonces bien, podría necesitar una fuente de alimentación robusta; en ese sentido, "quien tiene un dispositivo de prueba como ese" son "personas que realmente necesitan medir sistemas con alta corriente, probablemente, incluyendo personas que prueban supercaps".

Marcus Müller

Una batería grande puede proporcionar a la corriente un buen MOSFET, pero una prueba de baja corriente puede ser 10% más alta C debido a la capacidad secundaria que soporta la salida con un dV / dt mucho más bajo.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

De las imágenes de la celda en la foto de configuración de prueba, parecen ser similares a la línea de Ultracondensadores Maxwell DuraBlue. Consulte esta hoja de datos para obtener más información.

La nota de aplicación de Maxwell 1007239 , Procedimientos de prueba para capacitancia, ESR, corriente de fuga y caracterizaciones de autodescarga de ultracondensadores, puede ser útil.

Esta línea de "supercondensadores" tiene un voltaje de trabajo máximo de 2.85 VDC y una capacitancia típica de 3400 Faradios. La mayoría de los otros "supercondensadores" en este tipo de paquete tienen un voltaje de trabajo máximo de 2.7 VDC.

Tenga cuidado porque un corto interno en estos dispositivos puede resultar en un evento espectacular de falla. Es posible que desee tener disponible un sistema de extinción de incendios no conductivo y sin agua (arena, productos químicos, CO2, halón, etc.).

Según las fotos de configuración de prueba publicadas, es probable que derrita las pinzas de cocodrilo antes de exceder la carga máxima o la corriente de descarga.

Dan1138
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Mi forma habitual es medir la resistencia con un multímetro normal. Suponiendo que el voltaje / corriente de prueba se aplica más o menos continuamente, verá que la lectura de "resistencia" aumenta de manera relativamente lineal con el tiempo. Promediar este aumento en la unidad "Ohm por segundo" te da la inversa de la capacidad.

Por ejemplo, si la lectura aumenta aproximadamente 10 ohmios por segundo, la capacidad es de aproximadamente 0.1F. Primero debe verificar con algunas capacidades conocidas que su multímetro es del tipo de medición continua donde esta aproximación es lo suficientemente buena.

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R (t) = \frac{V (t)}{{yo}_{C C}}

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

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

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