Comment mesurer une très grande capacité, par exemple des super / ultra-condensateurs

J'ai récemment acquis quelques mystérieux ultra / super condensateurs de mon frère. Apparemment, il ne se souvient d'aucune des spécifications ni même de la marque ... Pour compliquer encore les choses, ils n'ont aucune information d'identification significative tamponnée ou imprimée dessus. (Il y a une étiquette de code à barres avec un code alphanumérique mais une recherche rapide sur Google en l'utilisant n'a rien trouvé.)

On dirait qu'il est temps de lancer le Scooby-Doo Mystery Buss, car ils partaient à l'aventure.

Tout d'abord, j'ai pensé que j'essaierais de mesurer la capacité. Étant donné que mon compteur LCR n'est pas spécifié pour d'énormes condensateurs comme ceux-ci, j'ai dû faire preuve de créativité avec mon équipement de test.

En tenant compte de la physique de base, nous avons que la capacité est proportionnelle à la charge stockée par volt à travers le condensateur:

C = \frac{q}{V}

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

où la charge accumulée dans le condensateur est l'intégrale du courant à travers le condensateur:

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

En utilisant une source de courant pour charger le condensateur, nous pouvons simplifier les calculs, en utilisant uniquement des mesures delta de la charge et de la tension aux bornes du condensateur.

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

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

Avec ma source de courant Advantest R6144, je peux ensuite charger le condensateur à un courant défini et simplement mesurer la tension aux bornes du condensateur à l'aide de mon Tektronix DMM4050 en mode tracé de tendance.

Images de configuration de test

Cependant, c'est là que je commence à voir des chiffres assez importants. Il est possible que le condensateur soit vraiment ~ 2200 farads, mais cela semble un peu élevé. Certes, le condensateur est assez grand à ~ 5,5 "de long par ~ 1" de rayon.

Et maintenant, quelques questions pour les fins gens de l'électrotechnique Stack Exchange: cette méthode est-elle un moyen viable de mesurer les super-condensateurs? Ou existe-t-il une méthode plus appropriée que je peux appliquer pour les mesurer? De plus, la capacité des super / ultra-condensateurs change-t-elle de manière significative par rapport à la tension du condensateur? Par exemple, ces résultats mesurés sont-ils prédictifs / indicatifs pour des tensions de charge plus élevées. Je pense que la capacité devrait en fluctuer, mais j'en doute beaucoup. Au pire, c'est probablement quelques centaines de farads, mais je ne suis pas un expert en la matière.

De plus, et un peu plus important, comment pourrais-je trouver la tension de charge maximale sans détruire le condensateur? Serait une charge de courant constante de disons 100uA sur quelques semaines jusqu'à ce que la tension atteigne une sorte d'équilibre avec un travail d'autodécharge. Reculez ensuite quelques centaines de millivolts et appelez cela la tension de charge maximale. Ou va-t-il simplement atteindre un point de déclenchement et s'autodétruire tout en pulvérisant de l'électrolyte dans tout mon laboratoire?

Enfin, comment déterminez-vous l'orientation de polarité des condensateurs? Ceux-ci ne sont en aucun cas marqués et les deux terminaux sont identiques. J'ai misé sur la tension résiduelle stockée dans le condensateur. Je suppose que l'effet d'absorption diélectrique / mémoire de la charge précédente connaît la bonne direction ...

En tout cas, c'est plutôt amusant d'essayer de déterminer les caractéristiques de ces condensateurs. Mais c'est encore une touche aggravante qu'il n'y a pas de marques utiles sur eux, comme l'orientation de la polarité, le fabricant, etc.

— Big Gulps
source

En regardant les pdfs que Dan1138 a aimablement fournis, je pense qu'une charge de courant constant de 1mA à 100uA (après que le capuchon a été chargé à ~ 2,5V sous un taux beaucoup plus rapide) pourrait en effet atteindre la tension de charge maximale. Si le courant de fuite à la tension nominale est proche de 4,2 mA (pour le super cap Maxwell 2000F), alors un courant constant de toute valeur inférieure à celle-ci ne devrait jamais surcharger le condensateur car la fuite ne charge pas le condensateur. Dites-moi ce que vous en pensez.

— Big Gulps

2200F est le bon ordre de grandeur pour un ultracondensateur. De plus, ils semblent tous avoir la même tension maximale.

— user253751

Pouvez-vous modifier votre question et intégrer votre image s'il vous plaît? Pour ceux d'entre nous qui vivent derrière un proxy, nous ne pouvons pas le voir.

— UKMonkey

Le courant de fuite peut perturber les mesures lors de la charge, mais si une mesure de décharge indique également 2200 uF, c'est probablement vrai.

— Brian Drummond

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

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

C = {je}_{c c} M^{- 1}

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

Réponses:

Il s'agit du processus de Maxwell pour mesurer le C à partir de leurs spécifications de test.

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

Notez que la tension s'affaisse vers la tension précédente en raison d'une constante de temps RC supplémentaire en parallèle. (c.-à-d. effet de mémoire) Ici, il est avéré être d'environ 5% de la pleine échelle de 10% pour une décharge à demi-tension. Cet effet mémoire indique une autre capacité "à effet électrique double couche" entre 5% et 10% de C.

Cela signifie que dans les batteries, si vous chargez et déchargez beaucoup plus lentement (au moins 10 fois plus lentement), la capacité de stockage augmente de 5 à 10%, similaire aux meilleures batteries Li-ion à faible ESR, qui sont annoncées comme n'ayant aucun effet de mémoire. (par rapport à NiCad.)

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
source

Il est intéressant de voir qu'ils utilisent un double cycle de charge / décharge et effectuent la mesure réelle sur la décharge finale. Je pense que pour la plupart des gens, ce n'est pas une méthode de mesure pratique - qui a un appareil de test qui peut produire des impulsions de courant constant de 100 A et le système daq pour tout capturer. Cela dit, je pense que je vais lancer quelques mosfets en parallèle avec des résistances de 100mohm et un ampli op pour CC et utiliser mon oscilloscope pour capturer la mesure delta pour le cycle de décharge. Quoi qu'il en soit, je pense que ma méthode à faible courant fonctionne pour les mesures approximatives.

— Big Gulps

eh bien, si je devais tester les supercaps pour les propriétés de livraison actuelles, eh bien, je pourrais avoir besoin d'une alimentation robuste; en ce sens "qui a un banc d'essai comme ça", c'est "des gens qui ont vraiment besoin de mesurer des systèmes sous courant élevé, probablement, y compris des gens qui testent des supercaps".

— Marcus Müller

Une grande batterie peut fournir le courant avec un bon MOSFET, mais un test de faible courant peut être 10% plus élevé en C en raison de la capacité secondaire supportant la sortie avec un dV / dt beaucoup plus faible.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

D'après les images de la cellule dans la photo de configuration de test, elles semblent être similaires à la gamme d'ultra-condensateurs Maxwell DuraBlue. Voir cette fiche technique pour plus d'informations.

La note d'application Maxwell 1007239 , Procédures d'essai pour la caractérisation de la capacité, de l'ESR, du courant de fuite et de l'autodécharge des ultracondensateurs, peut être utile.

Cette gamme de "supercondensateurs" a une tension de fonctionnement maximale de 2,85 VDC et une capacité typique de 3400 Farads. La plupart des autres "supercondensateurs" de ce type de boîtier ont une tension de fonctionnement maximale de 2,7 VDC.

Soyez prudent, un court-circuit interne de ces appareils peut entraîner un événement de panne spectaculaire. Vous voudrez peut-être disposer d'un système d'extinction d'incendie non conducteur et non aqueux (sable, produit chimique, CO2, halon, etc.).

Sur la base des photos de configuration de test publiées, vous ferez probablement fondre les pinces crocodiles avant de dépasser le courant de charge ou de décharge maximum.

— Dan1138
source

Ma façon habituelle est de mesurer la résistance avec un multimètre normal. En supposant que la tension / le courant de test est appliqué plus ou moins en continu, vous verrez la lecture de la "résistance" augmenter de manière relativement linéaire au fil du temps. Une moyenne grossière de cette augmentation de l'unité "Ohm par seconde" vous donne l'inverse de la capacité.

Par exemple, si la lecture augmente d'environ 10 Ohms chaque seconde, la capacité est d'environ 0,1F. Vous devez d'abord vérifier avec certaines capacités connues que votre multimètre est du type à mesure continue où cette approximation est suffisamment bonne.

R (t) = \frac{V (t)}{{je}_{c c}}

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

V (t) = \frac{{je}_{c c}}{C} t + V_{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)}

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