Основные электрические параметры суперконденсаторов (ионисторов)

Материалы, конструкция и технология изготовления суперконденсаторов определяют его основные электрические параметры.
Основными электрическими параметрами суперконденсаторов являются:
— номинальное напряжение;
— предельно-допустимое перенапряжение;
— номинальная емкость;
— допускаемое отклонение емкости;
— эквивалентное последовательное сопротивление;
— ток утечки;
— максимальный зарядно-разрядный ток.

Рассмотрим более подробно каждый параметр суперконденсатора:
— определение каждого параметра, что он характеризует;
— как рассчитывается параметр, чем определяется и от чего он зависит;
— как влияет данный параметр на работу суперконденсатора и аппаратуры в целом.

1. Номинальное напряжение, Uном, В
1.1. Определение
Согласно ГОСТ Р 57437
номинальное напряжение конденсатора: Максимальное напряжение, при котором конденсатор может работать в течение установленной наработки в условиях, указанных в нормативной документации.
Согласно ГОСТ Р МЭК 62391-1-2023:
нормированное напряжение UR (rated voltage, UR): Максимальное постоянное напряжение или амплитудное значение импульсного напряжения, которое допускается подавать на конденсатор в течение длительного времени при любой температуре от нижней температуры категории до нормированной температуры.

1.2. Описание параметра
Номинальное напряжение определяется напряжением разложения рабочего электролита, используемого при производстве конденсаторов. Суперконденсаторы АО «Элеконд» изготавливаются на основе органического электролита, рабочее напряжение которого составляет 2,7В, оно выше, чем у суперконденсаторов на водном электролите (1,4В).
Суперконденсаторы на органическом электролите способны работать в диапазоне от номинального напряжения до нулевого в отличие от суперконденсаторов на водном электролите (до 0,4В).
Превышение номинального напряжения может привести к разложению электролита. Последствия для суперконденсатора зависят от длительности такого воздействия и температуры. Превышение номинального напряжения приведет к сокращению срока службы и ухудшению параметров конденсатора.
Использование суперконденсаторов при напряжении ниже номинального напряжения позволяет увеличить наработку суперконденсатора. Снижение на 0,2 вольта дает увеличение наработки в два раза.
С целью увеличения номинального напряжения могут изготавливаться модули путем последовательного соединения суперконденсаторов.

2. Предельно-допустимое перенапряжение, Uмакс, В
Максимальное напряжение, при котором суперконденсатор может работать в течение нескольких секунд без необратимого ухудшения параметров.
Допускается кратковременное перенапряжение суперконденсатора до 2,85В. Пробой суперконденсатора происходит на напряжении около 4В.

3. Номинальная емкость, Сном, Ф
3.1. Определение
Согласно ГОСТ Р 57437
(электрическая) емкость конденсатора: Электрическая емкость между электродами электрического конденсатора.
номинальная емкость конденсатора: Емкость, на которую рассчитан и сконструирован конденсатор.
Согласно ГОСТ Р МЭК 62391-1-2023:
номинальная емкость CN (nominal capacitance, CN): Емкость, на которую рассчитан конденсатор и значение которой, как правило, указано на нем.

3.2. Описание
Параметр характеризует способность конденсатора накапливать на электродах электрический заряд. На конденсаторе указана номинальная емкость – это емкость, на которую рассчитан и сконструирован конденсатор. Фактическое значение емкости при поставке может отличаться от номинального в пределах допускаемого отклонения.
Чем выше емкость, тем больше электрического заряда и энергии способен накапливать конденсатор. С другой стороны, чем выше емкость, тем больше времени будет заряжаться конденсатор до номинального напряжения.
Емкость – это основной параметр при приемке и поставке. На нашем предприятии производится 100% контроль суперконденсаторов по данному параметру.

4. Допускаемое отклонение емкости, ΔС, %
Согласно ГОСТ Р 57437 допускаемое отклонение емкости конденсатора: максимально допустимая разность между значениями измеренной и номинальной емкости конденсатора, выраженная в абсолютных единицах, или указанная разность, отнесенная к номинальному значению емкости, выраженная в процентах.

5. Эквивалентное последовательное сопротивление, ЭПСпост, мОм
5.1. Определение
Согласно ГОСТ Р 57437 эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора: ЭПС: Активная составляющая полного сопротивления конденсатора при определенной частоте приложенного напряжения.
Согласно ГОСТ Р МЭК 62391-1-2023 внутреннее сопротивление (internal resistance): Составляющая сопротивления в эквивалентной последовательной цепи конденсатора, состоящей из емкости и сопротивления. Примечание — Внутреннее сопротивление указывают в омах, Ом.

5.2. Описание
ЭПС – это сопротивление, соответствующее всем резистивным компонентам внутри суперконденсатора. Значение ЭПС складывается из сопротивлений резистивных компонентов, таких как контакты, электроды, электролит и другие материалы. В настоящее время измеряется и указывается как ЭПС постоянному току. Существует также параметр ЭПС переменному току, однако в настоящее время практически не применяется.
ЭПС является наиболее значимым параметром суперконденсатора, который оказывает наибольшее влияние на его работу:
— чем меньше сопротивление, тем больше зарядно-разрядные токи и мощность суперконденсатора;
— чем больше сопротивление, тем больше будет падение напряжение при разрядке суперконденсатора;
— чем больше сопротивление, тем сильнее происходит разогрев суперконденсатора.

ЭПС является одним из параметров при приемке и поставке, то есть у каждого выпускаемого суперконденсатора контролируется ЭПС, нами производится 100% контроль.