Verificación de la capacidad del supercondensador

He adquirido algunos supercaps. No se proporcionó ninguna hoja de datos. Los únicos datos que tengo son los que están impresos en las propias tapas: " 4.0F 5.5V cda®"

Dado que mis DMM no miden la capacitancia en faradios, configuro el siguiente circuito que se muestra a continuación. Dos tapas " 10Ω 1% 2W" ( 20.2Ω and 20.3Ω measured) en serie con la tapa.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Tenga en cuenta que en realidad no usé un interruptor, simplemente conecté un conector banana. Lo hice para evitar variables adicionales (resistencia del interruptor y potencia nominal, así como el tiempo de inicio de la fuente de alimentación).

Dicho esto, con un gran período de tiempo esperado de más de 80 segundos, pensé que sería suficiente usar un cronómetro y monitorear mi DMM.

La constante de tiempo RC es:R*C = (20.3Ω)*(4) = 80.2 seconds

Lo que entiendo que significa que si aplico 5Vcomo se muestra en el circuito y cierro SW1, la tapa debería llegar 5V * 0.632 = 3.16Va 80.2 seconds. El límite de corriente en el suministro se fijó en 2A (más que suficiente).

La tapa pasó de 0Va 3.16Ven aproximadamente 38 seconds, momento en el que quité la tapa del circuito.

Resolviendo para capacidad: C = (38 seconds)/(20.3Ω) = 1.87 F, ¡solo 47%de los 4Fetiquetados!

Aproximadamente un minuto después de haber sido retirado del circuito, el voltaje en la tapa se había estabilizado en alrededor de 1.28V. ¿Debería usar este valor en su lugar? Eso sugeriría 6.43F, así que supongo que "No".

Luego probé la misma prueba con otra tapa de las mismas especificaciones... mismo resultado.

Luego probé una prueba de descarga, pasando de 4.8Va 1.64V. Eso debería haber tomado 87 seconds, pero en cambio tomó solo 28 seconds, insinuando una capacidad de solo 1.27F.

Sin embargo, al dejar que la tapa se descargue durante 55 secondsmostró 1.1V, lo que sugiere una capacidad de 1.82F. Eso es extraño para mí porque significa que no está siguiendo la curva prevista. Y eso significaría que terminaré calculando una capacidad diferente según la hora a la que grabe . Pero eso no debería ser.

La siguiente imagen es de hyperphysics.phy-astr.gsu.edu :

Gráfico de tiempo de carga del condensador

Me pregunto qué margen de error debo esperar de una prueba como esta. Suponiendo que mi multímetro está calibrado más allá de lo necesario en la práctica y que los tiempos registrados son válidos, ¿es posible que la capacitancia esté más cerca de 4F?

Algunos supercapacitores tienen una ESR alta, en decenas de ohmios. Así que modele la C como una C y una R en serie, y encuentre la R. Por ejemplo, al cargar desde 0 V, ¿el voltaje aumenta instantáneamente a 1,5 V y luego aumenta lentamente a 3,16 V? Ese voltaje instantáneo junto con el voltaje de carga, los valores R1,R2 darán una medida de la ESR. Entonces tal vez el resto tenga más sentido.
¿El método de prueba no es proporcionado por el fabricante? Estas son tapas de doble capa, por lo que C es el resultado complejo de 2 tapas en paralelo con la capacitancia de absorción. intente una constante de tiempo de 1 hora o un método diferente usando frecuencia y corriente.
@TonyStewart.EEsince'75: actualicé mi pregunta para incluir la marca en las tapas. Los únicos datos que tengo son los que están impresos en las propias tapas: "4.0F 5.5V cda®". Ni siquiera sé si esa es una marca real. No puedo encontrar más información sobre estas gorras.
Me encontré exactamente con tu mismo problema. Se llama remojo. He visto grandes electrolíticos hacer lo mismo. Robert Pease se encargó de ello. Consulte m.electronicdesign.com/analog/whats-all-soakage-stuff-anyhow
@Diamante negro. Pruebe la prueba de remojo durante 1 hora y mida mi camino y registre dv cada pocos segundos para calcular los cambios en C hasta 2.5v y por favor informe, aunque es mejor usar LM317 como una carga con sentido actual y salida en cortocircuito.

Respuestas (2)

Solución "simple" para acercarse al método de 6 pasos de Maxwell.

Use Ic = C/10 [A] o Ic=CdV/dt o dV/dt= 0,1 V/s de velocidad de respuesta de prueba con 3 ohmios aproximadamente durante la duración después de cargar durante una hora y descargar al 50 % para la prueba.

esquemático

simule este circuito : esquema creado con la simulación de CircuitLab anterior con valores estimados, no reales para mostrar los efectos de retraso.

  • es decir, dV/dt=Ic/C = C/10/C = 1/10 V/s para Supercaps después de remojar durante 1 h a <50 % de caída, p. ej., pruebe una caída de 2 V en 20 segundos, use ~3 Ohm serie R después de llenar carga durante 1 hora.
  • Alterne la caída de voltaje de medición en la serie R de 3 ohmios y el voltaje de tapa real a intervalos de tiempo regulares y para calcular la pendiente C = dt*Ic/dV y tenga en cuenta que C cambia del voltaje inicial al final y el valor efectivo es el promedio.

La activación de la capa de absorción es un requisito previo clave para esta prueba.

opinión

De manera similar a las baterías que tienen un rango útil de Vi a Vf, las Supercaps de "Efecto de doble capa" deben cargarse casi al voltaje completo durante un tiempo prolongado y este proceso obtiene la energía total almacenada. No es un proceso 100% eficiente, pero a diferencia de las baterías se pueden repetir un millón de ciclos dentro del rango de corriente C/10.

Por lo tanto, para obtener el tiempo máximo de almacenamiento de energía útil, debe ser similar al de las baterías desde el voltaje inicial completo hasta el 50%. De lo contrario, el valor de C se reduce efectivamente.

esquemático

simular este circuito

Este es un enfoque sugerente para la resolución de problemas, no una respuesta completa.

El método correcto es utilizar el mismo método utilizado en la hoja de datos con valores garantizados.

C2 a menudo se denomina absorción dieléctrica o "condensador de doble capa".

Método de prueba documentado de Maxwell.

Usando dV/dt=Ic/C para Ic=C/10 con I [A] y C en [F]

ingrese la descripción de la imagen aquí

  • • Cortocircuite la celda al menos una hora antes de la prueba

  • • Descanse las células durante más de 4 horas entre diferentes pruebas

  • "Los resultados del segundo ciclo se usan para calcular la capacitancia y la ESR con las siguientes fórmulas. Los datos del primer ciclo no se usan porque la celda no se activó y los valores de capacitancia y ESR medidos son diferentes en comparación con el segundo ciclo y la ciclos después". Maxwell

Método de prueba sugerido para seguir el enfoque de Maxwell.

Siga el proceso de 6 pasos

  • usando el diseño de prueba que hice para usted a continuación.

  • Paso 1 Descarga segura de Vc a 0V

    • luego corto por 1 hr.

  • A continuación para el Paso 2,3,4 del 1er ciclo

    ingrese la descripción de la imagen aquí

  • Abajo para el Paso 5,6 del 1er ciclo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Veo un circuito, pero no veo qué se supone que debo hacer con él.
¿Conoce algún método para probar dos constantes de tiempo en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo de sus estudios?
El sitio web de Maxwell indica un método de prueba diferente que usa corriente constante.
Si he estudiado tal concepto, no lo recuerdo. Mi enfoque ha estado en el diseño integrado.
En caso de duda, lea la letra pequeña en las hojas de datos. Siempre habrá un método de prueba o una referencia a un documento.
Me aseguré de indicar al comienzo de mi pregunta que no hay una hoja de datos. Dudo que exista uno, ya que estos eran muy baratos. No puedo encontrar ninguna información sobre el fabricante para el caso.
¿Sin fabricación? no hay numero de parte tampoco? Entonces, ¿qué esperabas de una fuente de mala reputación?
No tenía expectativas. Sin faltar el respeto, pero eso parece irrelevante. Mi pregunta es acerca de encontrar la capacitancia. Imagine mi pregunta como "Tengo un límite con nada más que una clasificación de voltaje. ¿Cómo encuentro la capacitancia?" Me imagino que es algo que podría hacer, independientemente de una hoja de datos, siempre que tenga el equipo adecuado.
¿Hasta qué punto está dispuesto a duplicar el método de prueba de Mfg ya que C es una variable y no fija debido al efecto de absorción como ahora ha aprendido? Si estoy dispuesto puedo mostrar.
Cuando aprende a usar la nueva tecnología, hay nuevos métodos de prueba para aprender y comprender cómo funcionan. Lo mismo sucedería comparando los métodos de prueba para 1 H y 1 nH
Como ingeniero de pruebas durante 40 años (entre otros trabajos), he aprendido a confiar en las hojas de datos (pero verificar) Los valores no siempre son ideales y aprender las características no ideales viene con la experiencia. No conocía este método de 6 pasos. Tenía que confiar en los expertos. (Maxwell)
Muy interesante. Estoy leyendo el método de prueba de Maxwell ahora. Gracias por los consejos. Actualizaré mi pregunta si puedo recopilar datos útiles.
Cabe señalar que este no es solo el procedimiento de prueba de Maxwell, es el estándar establecido en IEC62391-1.
TY @MattYoung por señalar esto.
Tenga en cuenta que el cambio de pendiente con corriente constante es una indicación del cambio en la capacitancia y la caída al final de la carga indica el efecto de doble capa de T1, T2 y la relación ESR.

Su enfoque sería válido para los componentes ideales, pero creo que no está obteniendo los resultados esperados debido a los parásitos, como la ESR del súper límite y la resistencia interna de la fuente de alimentación. Cuando realizó la prueba, ¿midió el voltaje real en R1 en el lado del suministro? Por ejemplo, si usó cables largos desde el suministro hasta el circuito, es posible que haya habido una caída de voltaje que resultó en un voltaje inferior a 5 V, lo que afectaría la curva de carga.

Otro factor es la absorción dieléctrica de la tapa, que observaste al ver caer el voltaje de la tapa después de haberla retirado del circuito por un tiempo. Eso también va a arruinar tus resultados.

Para obtener mediciones más precisas que no se vean tan afectadas por estos factores no ideales, intente usar una corriente de carga más baja (es decir, una resistencia en serie más alta).

La activación de la capa de absorción es un requisito previo clave para esta prueba.
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