如何测量非常大的电容，例如超级电容/超电容

我最近从哥哥那里买了几个神秘的超级/超级电容器。显然他不记得任何规格甚至品牌……为了使事情更加复杂，它们上没有印有或印有有意义的识别信息。（有一个带有字母数字代码的条形码标签，但是使用它进行的Google快速搜索没有发现。）

看起来是时候启动Scooby-Doo神秘巴士了，因为人们正在冒险。

首先，我想尝试测量电容。由于我的LCR表未指定用于此类大型电容器，因此我不得不对测试设备进行创新。

考虑到基本物理原理，我们认为电容与电容器两端每伏特存储的电荷成正比：

C = \frac{q}{V}

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

其中电容器中的累积电荷是通过电容器的电流的积分：

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

使用电流源为电容器充电，我们仅使用电容器两端电荷和电压的增量测量值就可以简化计算。

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

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

借助Advantest R6144电流源，我可以在设置的电流下为电容器充电，并在趋势图模式下使用Tektronix DMM4050简单地测量电容器两端的电压。

测试设置图

但是，这是我开始看到一些相当大的数字的地方。电容器的确可能是〜2200法拉，但这似乎有点高。诚然，电容器很大，半径约为5.5英寸，半径约为1英寸。

现在，对电气工程堆栈交换的精通人员提出了一些问题：这种方法是测量超级电容器的可行方法吗？还是有一种更适合我的方法来测量它们？此外，超级/超级电容器的电容是否会随电容器的电压而显着变化？例如，这些测量结果是否可以预测/指示更高的充电电压。我认为电容应该会有所波动，但是我对此表示怀疑。在最坏的情况下，大概是几百法拉，但是我不是这方面的专家。

而且，更重要的是，如何在不损坏电容器的情况下找到最大充电电压？在几周内将恒定电流（例如100uA）充电，直到电压与自放电工作达到某种平衡为止。然后退缩几百毫伏，称为最大充电电压。还是在整个实验室内喷洒电解液时，它会达到一个跳闸点并自我破坏？

最后，您如何确定电容器的极性方向？这些没有任何标记，并且两个端子相同。我用存储在电容器中的剩余电压下注。我假设先前充电的介电吸收/记忆效应知道正确的方向...

无论如何，尝试确定这些电容器的特性都是一种乐趣。但是，仍然没有一点有用的标记，例如极性方向，制造商等。

— 大口吃
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查看Dan1138友善提供的pdf文件，我相信1mA至100uA的恒定电流充电（在以快得多的速率将电容充电至〜2.5V之后）确实可以使最大充电电压达到平衡。如果额定电压下的泄漏电流接近4.2mA（对于Maxwell 2000F超级电容器），则恒定值的任何值都应小于该值，否则该电容器将永远不会过度充电，因为泄漏不会使电容器充电。让我知道你们的想法。

— 大吞没

2200F是超级电容器的正确数量级。而且它们似乎都具有相同的最大电压。

— user253751 '18

您可以编辑问题并插入图像吗？对于那些生活在代理之后的人来说，我们看不到它。

— UKMonkey

泄漏电流可能会使充电时的测量结果不佳，但如果放电测量结果也显示为2200 uF，则可能是正确的。

— Brian Drummond

回应user194292之后，我意识到您可以通过

来自动进行电容测量

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}

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

Answers:

这是Maxwell根据其测试规格测量C的过程。

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

请注意，由于并联了一个额外的RC时间常数，电压向先前的电压下降。（即记忆效应）此处显示为半电压放电时约为10％的满刻度的5％。此记忆效应表示C的5％至10％之间的另一个“双层电效应”电容。

这意味着像电池一样，如果充电和放电的速度慢得多（至少慢10倍），则存储容量将增加5〜10％，这类似于最好的低ESR锂离子电池，其广告宣传为没有记忆效应（相对于NiCad。）

— 托尼·斯图尔特Sunnyskyguy EE75
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有趣的是，他们使用双重充电/放电周期并在最终放电时执行实际测量。我认为对于大多数人来说，这不是一种实用的测量方法，因为他们拥有可以输出100 A恒定电流脉冲的测试夹具以及可以捕获所有信号的daq系统。就是说，我想我将几个mosfet与一些100mohm电阻和运放并联用于CC，并使用我的示波器捕获放电周期的增量测量值。无论如何，我认为我的低电流方法适用于球场测量。

— Big Gulps

好吧，如果我要测试超级电容器的当前输送性能，那么好吧，我可能需要强大的电源；从这个意义上说，“谁拥有这样的测试装置”就是“真正需要在高电流下测量系统的人，包括测试超级电容器的人”。

— MarcusMüller'18

大电池可以为电流提供良好的MOSFET，但是低电流测试可能会使C升高10％，这是因为次级电容以较低的dV / dt支持输出。

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75，2018年

从测试设置照片中电池的图像看，它们看起来类似于超级电容器的Maxwell DuraBlue系列。有关更多信息，请参见此数据表。

Maxwell应用笔记1007239，超级电容器的电容，ESR，泄漏电流和自放电特性测试程序可能会有所帮助。

这行“超级电容器”的最大工作电压为2.85 VDC，典型电容为3400法拉。这种封装中的大多数其他“超级电容器”的最大工作电压为2.7 VDC。

谨慎使用这些设备的内部短路可能会导致严重的故障事件。您可能希望使用不导电的，非水基的灭火系统（沙子，化学药品，CO2，哈龙等）。

根据发布的测试设置照片，您可能会在超过最大充电或放电电流之前融化鳄鱼夹。

— 丹1138
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我通常的方法是用普通的万用表测量电阻。假设测试电压/电流或多或少是连续施加的，您会发现“电阻”读数随时间呈相对线性增加的趋势。用单位“欧姆/秒”对这种增加进行平均，可以得出容量的倒数。

例如，如果读数每秒增加约10欧姆，则容量约为0.1F。您应该首先以一些已知的容量检查您的万用表是连续测量类型的，这种近似值足够好。

R (t) = \frac{V (t)}{i_{c c}}

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

V (t) = \frac{i_{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 ）}

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