如何测量超大电容,例如超级/超电容

电器工程 电容器 电解电容 超级电容器 电容充电
2022-01-14 00:43:04

我最近从我哥哥那里买了几个神秘的超级/超级电容器。显然他不记得任何规格甚至品牌......更复杂的是,他们没有标记或打印有意义的识别信息。(有一个带有字母数字代码的条形码标签,但使用它进行的快速 Google 搜索一无所获。)

看起来是时候启动 Scooby-Doo Mystery Buss 了,因为伙计们正在冒险。

首先,我想我会尝试测量电容。由于我的 LCR 表没有指定用于像这样的巨大电容器,因此我必须在测试设备上发挥创意。

考虑到基本物理学,我们发现电容与电容器上每伏特存储的电荷成正比:

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

其中电容器中的累积电荷是通过电容器的电流的积分:

$$ \int i(t)dt=q$$

使用电流源为电容器充电,我们可以简化计算,只使用电容器两端的电荷和电压的增量测量。

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

使用我的 Advantest R6144 电流源,我可以在设定电流下为电容器充电,并使用我的 Tektronix DMM4050 在趋势图模式下简单地测量电容器两端的电压。

测试设置图片

然而,这是我开始看到一些相当大的数字的地方。电容器可能真的是〜2200法拉,但这似乎有点高。诚然,电容器相当大,长约 5.5 英寸,半径约 1 英寸。

现在向电气工程堆栈交换的优秀人员提出一些问题:这种方法是测量超级电容器的可行方法吗?或者有没有更合适的方法可以用来测量它们?此外,超级/超级电容器的电容是否随电容器电压发生显着变化?例如,这些测量结果是否对更高的充电电压具有预测性/指示性。我认为电容应该会波动一些,但我怀疑它有那么多。最坏的情况可能是几百法拉,但我不是这方面的专家。

此外,更重要的是,如何在不损坏电容器的情况下找到最大充电电压?在几个星期内进行 100uA 的恒流充电,直到电压与自放电工作达到某种平衡。然后退后几百毫伏,称之为最大充电电压。或者它会在我整个实验室喷洒电解液时达到一个临界点并自毁?

最后,如何确定电容器的极性方向?这些没有以任何方式标记,并且两个端子是相同的。我用存储在电容器中的剩余电压下注。我假设先前充电的介电吸收/记忆效应知道正确的方向......

无论如何,尝试确定这些电容器的特性是一件很有趣的事情。但是,它们上面没有有用的标记,如极性方向、制造商等,这仍然是一个令人恼火的问题。

3个回答

从测试设置照片中的电池图像来看,它们似乎类似于 Maxwell DuraBlue 系列超级电容器。有关详细信息,请参阅此数据表

Maxwell 应用笔记1007239,超级电容器的电容、ESR、漏电流和自放电特性的测试程序可能会有所帮助。

这一系列“超级电容器”的最大工作电压为 2.85 VDC,典型电容为 3400 法拉。此类封装中的大多数其他“超级电容器”的最大工作电压为 2.7 VDC。

小心这些设备的内部短路可能会导致严重的故障事件。您可能想要使用非导电、非水基灭火系统(沙子、化学品、二氧化碳、卤代烷等)。

根据发布的测试设置照片,您可能会在超过最大充电或放电电流之前熔化鳄鱼夹。

这是 Maxwell 从他们的测试规范中测量 C 的过程。

在此处输入图像描述

\$C=C_{dcd}=\dfrac{I_5*(t_5-t_4)}{V_5-V_4}\$ 电容在额定电流下充电和放电,但从 Urated 到 50% Urated 的额定值测量。

请注意,由于并联的附加 RC 时间常数,电压会向先前的电压下降。(即记忆效应) 这里显示为半电压放电的 10% 满量程的 5% 左右。这种记忆效应表明另一个“双层电效应”电容在 C 的 5% 和 10% 之间。

这意味着在电池中,如果您的充电和放电速度要慢得多(至少慢 10 倍),那么存储容量会增加 5~10%,类似于最好的低 ESR 锂离子电池,它们被宣传为没有记忆效应(相对于镍镉。)

我常用的方法是用普通万用​​表测量电阻。假设测试电压/电流或多或少是连续施加的,您会看到“电阻”读数随时间以相对线性的方式增加。粗略地平均单位“欧姆每秒”的这种增加会给你容量的倒数。

例如,如果读数每秒增加约 10 欧姆,则容量约为 0.1F。您应该首先检查一些已知容量,以确保您的万用表属于连续测量类型,这种近似值足够好。