Методы измерения основных параметров и расчётные электрические параметры суперконденсаторов (ионисторов)

Ниже приведены методы измерения основных параметров суперконденсаторов: емкости, сопротивления постоянному току, токов утечки, а также формулы для расчетных параметров (энергии, мощности и максимального тока).

Метод измерения емкости суперконденсаторов

Измерение проводить при нормальных климатических условиях. Испытываемые конденсаторы должны быть полностью разряжены.

Собрать схему согласно рис. 1.

Рисунок 1 – Электрическая схема измерений

C_x - испытываемый конденсатор;
V - вольтметр;
A - амперметр;
S - переключатель;
I_cc - ток источника зарядного тока;
U_cv - напряжение источника зарядного напряжения

- стабилизатор тока заряда.

В соответствии с номиналом конденсатора выбрать ток заряда и разряда из расчета 10мА на 1Ф. Произвести заряд выбранным током до U_ном. Выдержать при U_ном 300 с. Затем произвести разряд конденсатора с U_ном до 0,1U_ном. Во время разряда конденсатора зафиксировать значения t₁ и t₂ при уровне 0,8U_ном и 0,4U_ном соответственно. Используя полученные значения, рассчитать емкость конденсатора по формуле:

(1)

где

C - ёмкость, Ф;
I_разр - ток разряда;
U_ном - номинальное напряжение, В;
t₁ - время между началом разряда и моментом достижения напряжения 0,8U_ном, с;
t₂ - время между началом разряда и моментом достижения напряжения 0,4U_ном, с.

Рисунок 2 – Вольт-секундная характеристика конденсатора

U_ном - номинальное напряжение;
0,8U_ном - – начальное напряжение измерения;
0,4U_ном - – конечное напряжение измерения;
t₁ - время между началом разряда и моментом достижения напряжения 0,8U_ном, с;
t₂ - время между началом разряда и моментом достижения напряжения 0,4U_ном.
ΔU - падение наряжения;

Метод измерения сопротивления постоянному току

Измерение проводить при нормальных климатических условиях. Испытываемые конденсаторы должны быть полностью разряжены.
Собрать схему согласно рис. 1.

В соответствии с номиналом конденсатора выбрать ток заряда из расчета 10 мА на 1 Ф и ток разряда из расчета 20 мА на 1 Ф при номинальной емкости конденсатора до 100 Ф включительно, а при номинальной емкости 200 Ф ток заряда и ток разряда – из расчета 10 мА на 1 Ф. Произвести заряд выбранным током до U_ном. Выдержать при U_ном 300 с. Затем произвести разряд конденсатора с U_ном до 0,1U_ном. На полученной вольт-секундной характеристике (рис. 2) из точки начала разряда провести перпендикулярную линию на ось времени, далее достроить дополнительную линию, продолжающую прямолинейный участок кривой разряда, до пересечения с перпендикулярной линией. В результате можно измерить ΔU, данным значением будет являться разница между U_ном и точкой пересечения проведенных линий. Используя полученные значения, рассчитать эквивалентное последовательное сопротивление постоянному току конденсатора по формуле:

(2)

где

R_{экв.пост} - эквивалентное последовательное сопротивление постоянному току, Ом;
ΔU - падение напряжения, В;
I_разр - ток разряда, А

Метод измерения токов утечки

Собрать схему согласно рис. 3.
Измерение проводить при нормальных климатических условиях (при температуре 25±1ºС).
Ток утечки конденсаторов контролируют по разделу 4 (п. 4.9) ГОСТ 28896.
Произвести отсчет тока утечки после подачи на конденсатор измерительного напряжения через (72 ± 0,5) ч.

Рисунок 3 – Схема измерения тока утечки

Расчетными электрическими параметрами суперконденсаторов являются:

— полная запасаемая энергия;
— полезная мощность;
— удельная энергия;
— удельная мощность;
— максимальный предельный ток

1. Полная запасаемая энергия, Вт/ч
Энергия, отдаваемая суперконденсатором при разряде от номинального напряжения до нуля вольт. При разряде до половины напряжения энергия составляет примерно 75% от максимальной.
Единица измерений ватт в час (Вт/ч).
Полная запасаемая энергия рассчитывается по формуле:

(3)

2. Удельная запасаемая энергия, Вт⋅ч/кг, Вт⋅ч/см3
Характеризует максимальную накапливаемую энергию на единицу массы (Вт⋅ч/кг) или объема (Вт⋅ч/см3).

Удельная запасаемая энергия рассчитывается по формулам:

(4)

(5)

3. Полезная мощность, Вт
Среднее значение выдаваемой мощности в диапазоне от 0,8 до 0,4 номинального напряжения при токе 0,2Uном/R. Согласно МЭК 62391-2 полезная мощность рассчитывается по формуле:

(6)

4. Удельная мощность, Вт/кг, Вт/см3
Характеризует выдаваемую полезную мощность на единицу массы (Вт/кг) или объема (Вт/см3).
Удельная мощность рассчитывается по формуле:

(7)

(8)

5. Максимальный предельный ток
Кратковременный пиковый ток, который может быть подан на суперконденсатор без
существенного влияния на срок его службы.
Ток необходимый для разрядки суперконденсатора от номинального напряжения до половины
номинального напряжения за время 1 секунда. Рассчитывается по формуле: