容量測量
? ? 超級電容器表現出顯著的“非傳導性吸收”儲能方式,因此用傳統的方法將不能準確地測量出超級電容器的容量,比如用實驗室常用的LCR表等,測量超級電容器的容量將是不準確的。下面我們列出一種超級電容器容量的測量方法,這種測量方法是基于RC時間常數計算出來的。
? ? 下面的測試電路可以在實驗室里很容易建立起來,核心是用一個具有恒流輸出及電壓限制的功率電源作為充電電源。電容兩端的充電電壓波形可以通過一個數字示波器進行記錄。通過示波器的光標,可以很方便地讀出電壓從1.5V上升到2.5V所用的時間,基本的計算公式如下:i=C(△V/△t)公式變換為:C=? i(△t/△V)。充電電流設定為1A,電壓變化范圍△V=2.5V-1.5V=1V 那么C=△t,在這個示例中,超級電容器的容量在數字上與電容從1.5V充電到2.5V的時間相等。時間單位為秒。
? ? 由于超級電容器結構的特殊性,電容在測試前必須進行完全的放電,這樣才能得到比較準確的結果,如果超級電容在測試前已經充過電,那么最好將電容兩端子短路15分鐘以上,以使電容完全放電。
流入電流測量
? ? 由于超級電容器表現出明顯的非傳導性介質特性,所以測量實際的自放電或者自漏電數值是比較困難的。當一只超級電容被充電至工作電壓的過程中,流入電流是很大的,并且逐步變小。此時流入電流是介質吸收電流與電容漏電流之和。介質吸收電流是作為能量儲存,但深度存儲需要比較長的時間,電容的流入電流與時間是對數關系,具體如下表所示。
? ? 這些典型曲線是由下面的電路進行測量的,電容在測量前被短路了兩天,這樣被儲存的能量就會被完全釋放。
? ? 只有當介質吸收電源為0時,此時的流入電流才是漏電電流,這大概需要連續充電72個小時才能達到,此時漏電流大概為幾個微安。在這個點以后,為了繼續測量流入電流,需要使用一只準確的微伏表與一只比較大的電阻。
直流阻抗與交流阻抗測量
? ? 串聯等效阻抗或者交流阻抗可以通過LCR電橋在1KHZ下進行測量。這種方法測量的結果是比較準確的。另外一種方法是測量所謂的直流阻抗,可以用同一種儀器,但這種方法測量的結果是不準確的,誤差比較大。
? ? 下圖是用電容容量測量電路獲得的充電電壓曲線,起始階段的局部放大圖如下圖所示,當用1A的電流進行充電時,瞬間發生的電壓階躍可以被用來計算主流內阻,直流內阻或者DC阻抗等于階躍電壓值除以1A的電流,對于內阻很低的電容,可以用更大的電流進行測量。
在這個示例中,內部抗阻=初始電壓階躍/充電電流=0.15V/1A=0.15Ω,研究得出,直流阻抗是交流阻抗的1.1—1.5倍之間。
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