スーパー/ウルトラキャパシタなどの非常に大きなキャパシタンスを測定する方法

私は最近、兄弟からいくつかの神秘的なウルトラ/スーパーコンデンサを入手しました。どうやら彼は仕様もブランドも覚えていないようです。さらに問題を複雑にしているのは、意味のある識別情報がスタンプや印刷されていないことです。（英数字コードのバーコードラベルはありますが、それを使用した簡単なGoogle検索では何も見つかりませんでした。）

Scooby-Doo Mystery Bussを起動するときが来たようです。

最初に、静電容量を測定しようと考えました。私のLCRメーターはこれらのような巨大なコンデンサには指定されていないので、テスト機器を工夫する必要がありました。

基本的な物理学を考慮に入れると、静電容量はコンデンサの両端のボルトあたりの蓄積電荷に比例することがわかります。

C = \frac{q}{V}

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

コンデンサに蓄積された電荷は、コンデンサを流れる電流の積分です：

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

電流源を使用してコンデンサを充電すると、コンデンサの両端の電荷と電圧のデルタ測定のみを使用して、計算を簡素化できます。

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電流源を使用して、設定された電流でコンデンサを充電し、トレンドプロットモードでTektronix DMM4050を使用してコンデンサの両端の電圧を簡単に測定できます。

テストセットアップの写真

ただし、ここでかなり大きな数字が表示されます。コンデンサは実際には約2200ファラッドである可能性がありますが、それは少し高いようです。確かに、コンデンサーは非常に大きく、半径約5.5インチ、半径約1インチです。

そして今、電気工学スタック交換の優秀な人々に対するいくつかの質問：この方法は、スーパーキャパシタを測定するための実行可能な手段ですか？または、それらを測定するために適用できるより適切な方法はありますか？また、スーパー/ウルトラコンデンサの静電容量は、コンデンサの電圧に対して大幅に変化しますか？たとえば、これらの測定結果は、より高い充電電圧の予測/指標となります。静電容量はいくらか変動するはずだと思いますが、その程度は疑問です。おそらく最悪の場合、それは数百ファラドですが、私はこの問題の専門家ではありません。

また、もう少し重要なことですが、コンデンサを破壊せずに最大充電電圧を見つけるにはどうすればよいですか？電圧が自己放電と何らかの平衡に達するまで、数週間にわたって約100uAの定電流充電が機能します。次に、数百ミリボルトをオフにして、最大充電電圧と呼びます。それとも、実験室全体に電解質を噴霧している間、ただトリップ点に達し、自己破壊しますか？

最後に、コンデンサの極性の向きをどのように決定しますか？これらはいかなる方法でもマークされておらず、両方の端子は同一です。コンデンサに保存された残留電圧で賭けます。以前の充電からの誘電吸収/メモリ効果は正しい方向を知っていると思います...

とにかく、これらのコンデンサの特性を試してみるのはちょっと楽しいです。しかし、極性の向き、メーカー、電気ショック療法などの有用なマーキングがないことは、いまだに悪化しています。

— ビッグガルプス
ソース

Dan1138が親切に提供してくれたPDFを見ると、1mAから100uAの定電流充電（キャップがはるかに速いレートで〜2.5Vに充電された後）は、実際に最大充電電圧を大きくすることができると思います。定格電圧での漏れ電流が4.2mAに近い場合（Maxwell 2000Fスーパーキャップの場合）、それ以下の値の定電流は、漏れによってコンデンサが充電されないため、コンデンサを過充電することはありません。皆さんの考えを教えてください。

— ビッグガルプス

2200Fは、ウルトラキャパシターの正しい大きさです。また、それらはすべて同じ最大電圧を持っているようです。

— user253751

質問を編集して画像をインラインしてください。プロキシの背後に住んでいる私たちにとって、それは見えません。

— UKMonkey

漏れ電流は充電時の測定値を混乱させる可能性がありますが、放電測定値が2200 uFを示している場合は、おそらく真実です。

— ブライアンドラモンド

user194292に応答した後、という事実によって静電容量測定を自動化できることに気付きました

V （ t ） = \frac{私_{c c}}{C} t + V_{0}

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

C = 私_{c c} M^{- 1}

$C=i_{cc}M^{-1}$ でよく、データの勾配（線形回帰から得られる）からます。また、以下で説明するように、オームモードでDMMを使用することもできます。ただし、受け入れられている方法は、CCの下でVmaxから50％Vmaxまでキャップを放電して、小信号容量ではなく、動作容量を取得することです。

— ビッグガルプス

回答:

これは、テスト仕様からCを測定するMaxwellのプロセスです。

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

並列の追加RC時定数により、電圧が前の電圧に向かって低下することに注意してください。（つまり、メモリー効果）ここでは、半電圧放電で10％のフルスケールの約5％であることが示されています。このメモリ効果は、Cの5％〜10％の別の「二重層電気効果」容量を示しています。

これが意味するのは、バッテリーでの充電と放電が非常に遅い（少なくとも10倍遅い）場合、記憶容量は5〜10％増加します。これは、メモリ効果がないと宣伝されている最高の低ESR Li-ionバッテリーと同様です（NiCadに対して）。

— トニー・スチュワート・サニースキーガイEE75
ソース

彼らが二重充電/放電サイクルを使用し、最終放電で実際の測定を実行するのを見るのは興味深いです。ほとんどの人にとって、これは実用的な測定方法ではないと思います。100Aの定電流パルスを出力できるテストフィクスチャと、それをすべてキャプチャするdaqシステムがあります。そうは言っても、いくつかの100mΩ抵抗とCCのオペアンプと並列に2つのMOSFETを投入し、オシロスコープを使用して放電サイクルのデルタ測定値をキャプチャすると思います。とにかく、私の低電流法は球場測定に有効だと思います。

— ビッグガルプス

ええと、現在の配信プロパティについてスーパーキャップをテストする場合、まあ、強力な電源が必要になるかもしれません。その意味で「そのようなテストフィクスチャを持っているのは」とは、「スーパーキャップをテストする人を含む、おそらく大電流下でシステムを実際に測定する必要がある人」です。

— マーカスミュラー

大型のバッテリーは良好なMOSFETで電流を供給できますが、低電流のテストでは、出力をサポートするdV / dtがはるかに低い2次容量により、Cが10％高くなる場合があります。

— トニースチュワートサニースキーガイEE75

テストセットアップの写真のセルの画像からは、ウルトラキャパシターのMaxwell DuraBlueラインに似ているように見えます。こちらをご覧くださいデータシートをしてください。

Maxwellアプリケーションノート 1007239、ウルトラキャパシタの静電容量、ESR、漏れ電流、および自己放電特性の試験手順が役立つ場合があります。

この「スーパーキャパシタ」のラインは、最大動作電圧が2.85 VDCで、典型的なキャパシタンスは3400ファラッドです。このタイプのパッケージの他のほとんどの「スーパーキャパシタ」の最大動作電圧は2.7 VDCです。

これらのデバイスの内部短絡により、重大な障害が発生する可能性があることに注意してください。非導電性、非水ベースの消火システム（砂、化学薬品、CO2、ハロンなど）を利用できるようにすることができます。

投稿されたテスト設定写真に基づいて、最大充電電流または放電電流を超える前に、ワニ口クリップを溶かす可能性があります。

— ダン1138
ソース

私の通常の方法は、通常のマルチメーターで抵抗を測定することです。テスト電圧/電流が多かれ少なかれ連続して印加されると仮定すると、「抵抗」の読み取り値が時間とともに比較的線形に増加するのがわかります。単位「オーム/秒」のこの増加を大まかに平均すると、容量の逆数が得られます。

たとえば、読み取り値が毎秒約10オーム増加する場合、容量は約0.1Fです。マルチメータが、この近似で十分な連続測定タイプであることを最初にいくつかの既知の容量で確認する必要があります。

R （ t ） = \frac{V （ t ）}{私_{c c}}

$R(t)=\frac{V(t)}{i_{cc}}$ 、どこ

V （ t ） = \frac{私_{c c}}{C} t + V_{0}

$V(t)=\frac{i_{cc}}{C}t + V_0$ 単純化して、デルタ測定を使用すると、

△ R （ t ） = \frac{△ t}{C}

$\Delta R(t)=\frac{\Delta t}{C}$ 含意する

C = \frac{△ t}{△ R （ t ）}

$C=\frac{\Delta t}{\Delta R(t)}$ 私が見る唯一の問題は、デルタtのタイムスタンプがないことです。メーターにトレンドプロット（または同様の）がない限り、非常に大まかな概算しか得られません。しかし、あなたが言うように、これは高価な機器を必要とせずにチェックする簡単な方法です。

— ビッグガルプス