Cómo medir una capacitancia muy grande, por ejemplo, súper/ultra capacitores

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

Parece que es hora de encender el Scooby-Doo Mystery Buss, porque nos vamos de aventuras amigos.

Primero, pensé que intentaría medir la capacitancia. Dado que mi medidor LCR no está diseñado para capacitores 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 en el capacitor:

C = q V

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

∫ i ( t ) d t = q

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

C = Δ q Δ V = i Δ t Δ 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 gráfico de tendencias.

Imágenes de la configuración de la prueba

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

Y ahora algunas preguntas para la buena gente de Electrical 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 súper/ultra capacitores 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 mucho. Probablemente, en el peor de los casos, sean unos cientos de faradios, pero no soy un experto en la materia.

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

Finalmente, ¿cómo determina la orientación de polaridad de los capacitores? Estos no están marcados de ninguna manera, y ambos terminales son idénticos. Lancé mi apuesta con el voltaje residual almacenado en el capacitor. Supongo que el efecto de memoria/absorción 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 poco molesto que no tengan marcas útiles, como la orientación de la polaridad, el fabricante, etc.

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 calcular 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 inferior nunca debería sobrecargar el condensador, ya que la fuga no carga el condensador. Déjame saber lo que ustedes piensan.
2200F es el orden de magnitud correcto para un ultracondensador. Además, todos parecen tener el mismo voltaje máximo.
¿Puede editar su pregunta y alinear su imagen, por favor? Para los que vivimos detrás de un proxy no podemos verlo.
La corriente de fuga puede alterar las mediciones durante la carga, pero si una medición de descarga también dice 2200 uF, entonces probablemente sea cierto.
Después de responder al usuario 194292, me di cuenta de que podía automatizar la medición de capacitancia por el hecho de que
V ( t ) = i C C C t + V 0
, que es una ecuación lineal de la forma Mx+b. Usando un sistema daq, solo necesita medir V (t) y luego puede calcular la capacitancia como
C = i C C METRO − 1
de la pendiente de los datos (obtenida por regresión lineal). Y alternativamente, puede usar un DMM en el modo de ohmios como se explica a continuación. Sin embargo, el método aceptado es descargar el límite de Vmax al 50 % de Vmax bajo CC para obtener la capacitancia de trabajo, en lugar de la capacitancia de señal pequeña.

Respuestas (3)

Este es el proceso de Maxwell para medir C a partir de su especificación de prueba.

ingrese la descripción de la imagen aquí

C = C d C d = yo 5 ∗ ( t 5 − t 4 ) V 5 − V 4 La capacitancia se carga y descarga a la corriente nominal pero se mide por la clasificación de Urated a 50% Urated.

Tenga en cuenta que el voltaje cae hacia el voltaje anterior debido a una constante de tiempo RC adicional en paralelo. (es decir, efecto de memoria) Aquí se muestra que es 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 que en las baterías, si carga y descarga mucho más lento (al menos 10 veces más lento), la capacidad de almacenamiento aumenta entre un 5 y un 10 %, de forma similar a las mejores baterías de iones de litio con baja ESR, que se anuncian como que no tienen efectos de memoria. (relativo a NiCad.)

Es interesante ver que utilizan un ciclo doble de carga/descarga 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 100 mohm y opamp para CC y usaré mi osciloscopio para capturar la medición delta para el ciclo de descarga. Independientemente, creo que mi método de baja corriente funciona para mediciones aproximadas.
bueno, si tuviera que probar supercapacitores para las propiedades de entrega actuales, entonces bueno, podría necesitar una fuente de alimentación robusta; en ese sentido, "quien tiene un dispositivo de prueba como ese" es "gente que realmente necesita medir sistemas con alta corriente, probablemente, incluida la gente que prueba supercaps".
Una batería grande puede proporcionar la corriente con un buen MOSFET, pero una prueba de baja corriente puede ser un 10 % más alta en C debido a que la capacitancia secundaria admite la salida con un dV/dt mucho más bajo.

A partir 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 1007239 de Maxwell , Procedimientos de prueba para caracterizaciones de capacitancia, ESR, corriente de fuga y autodescarga de ultracapacitores, puede ser útil.

Esta línea de "supercapacitores" tiene un voltaje máximo de trabajo 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 VCC.

Tenga cuidado, un cortocircuito interno en estos dispositivos puede resultar en un evento de falla espectacular. Es posible que desee tener disponible un sistema de supresión de incendios no conductor, no basado en agua (arena, químico, CO2, halón, etc.).

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

Mi forma habitual es medir la resistencia con un multímetro normal. Suponiendo que la tensión/corriente de prueba se aplique de forma más o menos continua, verá que la lectura de "resistencia" aumenta de manera comparativamente lineal con el tiempo. Promediar aproximadamente este aumento en la unidad "Ohm por segundo" te da el inverso de la capacidad.

Por ejemplo, si la lectura aumenta unos 10 ohmios cada segundo, la capacidad es de unos 0,1F. Primero debe verificar con algunas capacidades conocidas que su multímetro sea del tipo de medición continua donde esta aproximación es lo suficientemente buena.

La mayoría de los multímetros usan una fuente CC para medir ohmios. Entonces, este es esencialmente el mismo método que he usado y descrito anteriormente. La resistencia medida en DMM es
R ( t ) = V ( t ) i C C
, donde
V ( t ) = i C C C t + V 0
Simplificando, y usando medidas delta, da
Δ R ( t ) = Δ t C
lo que implica
C = Δ t Δ R ( t )
.El único problema que veo es que no tiene marcas de tiempo para delta t. A menos que el medidor tenga un diagrama de tendencia (o similar), solo obtendrá una aproximación muy aproximada. Pero, como dices, esta es una forma fácil de verificar sin necesidad de un equipo costoso.
Cómo medir una capacitancia muy grande, por ejemplo, súper/ultra capacitores
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v