슈퍼 / 울트라 커패시터와 같이 매우 큰 정전 용량을 측정하는 방법

나는 최근 동생에게서 몇 가지 신비한 초 고용량 커패시터를 구입했습니다. 분명히 그는 사양이나 브랜드를 기억하지 못합니다 ... 문제를 더 복잡하게하기 위해 의미있는 식별 정보가 찍히거나 인쇄되어 있지 않습니다. (영숫자 코드가있는 바코드 레이블이 있지만이를 사용하여 빠른 Google 검색은 아무것도 찾지 못했습니다.)

스쿠비 두 미스터리 버스를 발사해야 할 때인 것 같아

먼저 커패시턴스를 측정하려고 시도했습니다. LCR 미터는 이와 같은 거대한 커패시터에 대해 지정되지 않았기 때문에 테스트 장비를 창의적으로 사용해야했습니다.

기본 물리학을 고려할 때 커패시턴스는 커패시터 양단의 전압 당 저장된 전하에 비례합니다.

C = \frac{q}{V}

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

커패시터에 축적 된 전하는 커패시터를 통한 전류의 적분입니다.

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

커패시터를 충전하기 위해 전류 소스를 사용하여 커패시터 전체의 충전 및 전압 델타 측정 만 사용하여 계산을 단순화 할 수 있습니다.

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

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

Advantest R6144 전류 소스를 사용하여 설정 전류에서 커패시터를 충전하고 트렌드 플롯 모드에서 Tektronix DMM4050을 사용하여 커패시터의 전압을 간단히 측정 할 수 있습니다.

테스트 설정 그림

그러나 여기에 다소 큰 숫자가 표시되기 시작합니다. 커패시터가 실제로 ~ 2200 패럿 일 가능성이 있지만 약간 높습니다. 분명히, 커패시터는 ~ 5.5 "길이에서 ~ 1"반경으로 상당히 큽니다.

이제 전기 공학 스택 교환의 훌륭한 사람들에게 몇 가지 질문이 있습니다.이 방법이 슈퍼 커패시터를 측정하는 데 유용한 수단입니까? 아니면 더 적절한 방법으로 측정 할 수 있습니까? 또한 슈퍼 / 울트라 커패시터의 커패시턴스가 커패시터의 전압에 비해 크게 변하는가? 예를 들어, 이러한 측정 결과는 더 높은 충전 전압을 예측 / 표시합니다. 커패시턴스가 일부 변동해야한다고 생각하지만 그 정도는 의심합니다. 아마도 최악의 경우 수백 명의 패러다임이지만 나는 그 문제에 대해 전문가가 아닙니다.

또한 더 중요한 것은 커패시터를 파괴하지 않고 어떻게 최대 충전 전압을 찾는가? 자체 방전 작업으로 전압이 일종의 평형에 도달 할 때까지 몇 주에 걸쳐 100uA의 정전류 충전이 필요합니까? 그런 다음 몇 백 밀리 볼트를 차단하고 최대 충전 전압이라고 부릅니다. 아니면 실험실 전체에 전해액을 뿌릴 때 넘어지는 지점에 도달하고 자체 파괴됩니까?

마지막으로 커패시터의 극성 방향을 어떻게 결정합니까? 이들은 어떤 식 으로든 표시되지 않으며 두 터미널이 동일합니다. 나는 커패시터에 저장된 잔류 전압으로 내기를 걸었다. 이전 충전의 유전체 흡수 / 메모리 효과가 올바른 방향을 알고 있다고 가정합니다 ...

어쨌든 이러한 커패시터의 특성을 시도하고 결정하는 것은 재미 있습니다. 그러나 극성 방향, 제조업체 등 요법에 유용한 표시가 없다는 것은 여전히 어려운 일입니다.

— 큰 꿀꺽 꿀꺽
소스

Dan1138이 친절하게 제공 한 PDF를 살펴보면 1mA ~ 100uA의 정전류 충전 (캡이 훨씬 빠른 속도로 ~ 2.5V로 충전 된 후) 실제로 최대 충전 전압이 떨어질 수 있다고 생각합니다. 정격 전압에서의 누설 전류가 4.2mA에 근접하면 (Maxwell 2000F 슈퍼 캡의 경우) 누설이 커패시터를 충전하지 않기 때문에 그보다 작은 값의 정전류는 커패시터를 과충전하지 않아야합니다. 당신의 생각을 알려주세요.

— 큰 꿀꺽 거리

2200F는 울트라 커패시터의 올바른 크기입니다. 또한 모두 동일한 최대 전압을 갖는 것으로 보입니다.

— user253751

질문을 편집하고 이미지를 인라인 할 수 있습니까? 대리 뒤에 사는 우리에게는 그것을 볼 수 없습니다.

— UKMonkey

누설 전류는 충전시 측정 값을 뒤집을 수 있지만 방전 측정 값에 2200 uF라고 표시되어있는 경우에는 사실 일 수 있습니다.

— 브라이언 드럼 몬드

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}

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

답변:

이것은 Maxwell의 테스트 사양 에서 C를 측정하는 프로세스입니다 .

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

추가 RC 시정 수는 병렬로 인해 전압이 이전 전압으로 떨어집니다. (즉, 메모리 효과) 여기에서 절반 전압 방전에 대해 10 %의 풀 스케일의 약 5 % 인 것으로 나타났다. 이 메모리 효과는 C의 5 %와 10 % 사이의 또 다른 "이중층 전기 효과"커패시턴스를 나타냅니다.

배터리에서와 같은 의미, 충전 및 방전 속도가 훨씬 느리면 (최소 10 배 느리게), 저장 용량이 5 ~ 10 % 증가하며, 메모리 효과가없는 것으로 광고되는 가장 낮은 ESR 리튬 이온 배터리와 유사합니다. (NiCad 기준)

— 토니 스튜어트 Sunnyskyguy EE75
소스

그들이 이중 충전 / 방전 사이클을 사용하고 최종 방전에 대한 실제 측정을 수행한다는 것이 흥미 롭습니다. 필자는 대부분의 사람들에게 이것은 실제 측정 방법이 아니라고 생각합니다.이 측정기는 100A 정전류 펄스를 출력 할 수있는 테스트 픽스처와 모든 시스템을 캡처하기위한 daq 시스템을 갖추고 있습니다. 즉, CC 용 100mohm 저항 및 opamp와 몇 개의 mosfets를 병렬로 던지고 오실로스코프를 사용하여 방전주기의 델타 측정을 캡처 할 것이라고 생각합니다. 그럼에도 불구하고 저 저 전류 방법이 야구장 측정에 효과적이라고 생각합니다.

— 큰 꿀꺽 거리

글쎄, 현재 전달 특성에 대해 슈퍼 캡을 테스트하려면 강력한 전원 공급 장치가 필요할 수 있습니다. 그런 의미에서 "그런 테스트 픽스처를 가진 사람"은 "슈퍼 캡을 테스트하는 사람들을 포함하여 아마도 고전류에서 시스템을 측정해야하는 사람들"입니다.

— Marcus Müller

배터리가 크면 전류에 우수한 MOSFET이 제공 될 수 있지만 2 차 커패시턴스가 훨씬 낮은 dV / dt로 출력을 지원하므로 저 전류 테스트는 C가 10 % 더 높을 수 있습니다.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

테스트 설정 사진의 셀 이미지에서 Maxwell DuraBlue Ultracapacitors 라인과 유사한 것으로 보입니다. 자세한 내용은이 데이터 시트 를 참조하십시오.

Maxwell 애플리케이션 노트 1007239 , 울트라 커패시터의 커패시턴스, ESR, 누설 전류 및 자체 방전 특성에 대한 테스트 절차가 도움이 될 수 있습니다.

이 "슈퍼 커패시터"라인은 최대 작동 전압이 2.85VDC이고 일반적인 커패시턴스가 3400 패럿입니다. 이 유형의 패키지에있는 대부분의 다른 "슈퍼 커패시터"는 최대 작동 전압이 2.7VDC입니다.

이러한 장치의 내부 단락은주의해야합니다. 비전 도성 비 수계 화재 진압 시스템 (모래, 화학 물질, 이산화탄소, 할론 등)을 사용할 수 있습니다.

게시 된 테스트 설정 사진을 기준으로 최대 충전 또는 방전 전류를 초과하기 전에 악어 입 클립을 녹일 수 있습니다.

— 단 1138
소스

나의 일반적인 방법은 일반 멀티 미터로 저항을 측정하는 것입니다. 테스트 전압 / 전류가 다소 지속적으로 적용된다고 가정하면 시간에 따라 "저항"판독 값이 상대적으로 선형으로 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 단위 "Ohm per second"의 이러한 증가를 평균적으로 계산하면 용량의 역수가됩니다.

예를 들어, 판독 값이 초당 약 10 Ohm으로 증가하면 용량은 약 0.1F입니다. 멀티 미터가이 근사값이 충분한 연속 측정 유형인지 먼저 알려진 용량을 확인해야합니다.

R (t) = \frac{V (t)}{i_{c 씨}}

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

V (티) = \frac{{나는}_{씨 씨}}{씨} 티 + V_{0}

$V(t)=\frac{i_{cc}}{C}t + V_0$ 델타 측정을 단순화하고 사용하면

Δ 아르 자형 (티) = \frac{Δ 티}{씨}

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

씨 = \frac{Δ 티}{Δ 아르 자형 (티)}

$C=\frac{\Delta t}{\Delta R(t)}$ 내가 볼 수있는 유일한 문제는 델타 t에 대한 타임 스탬프가 없다는 것입니다. 미터에 트랜드 플롯 (또는 이와 유사한)이 없으면 대략적인 근사치 만 얻을 수 있습니다. 그러나 당신이 말했듯이, 이것은 비싼 장비를 필요로하지 않고 쉽게 확인할 수있는 방법입니다.

— Big Gulps