Почему у электролитов разная скорость заряда и разряда при одном и том же токе

Я измеряю скорость заряда и разряда высоковольтного электролитического конденсатора (на самом деле это три последовательных конденсатора по 560 мкФ, 250 В), чтобы рассчитать емкость. Примечание. Конденсаторы подобраны вручную для эффективной комбинированной емкости переменного тока 155 мкФ.

Во время заряда я подаю 20мА и измеряю (оцифровываю) от 35В до 695В. Во время разряда я потребляю 20 мА и измеряю (оцифровываю) от 695 В до 35 В.

Кривые действительно плоские (заряд имеет очень небольшую кривую).

Вычисленная емкость (20 прогонов) с использованием C= я / д В д т является:

  • Зарядка - 166,13 мкФ +/-0,7 мкФ (полиномиальная подгонка 2-го порядка)
  • Разряд - 185,16 мкФ +/-0,08 мкФ (линейная посадка)

Почему разрядная емкость стабильно на 11% выше?

Примечание. Реформирование не является проблемой, так как тест был повторен 20 раз подряд с постоянными результатами.

Тест выполняется путем подачи тока с помощью Keithley 2410 SMU . Напряжение измеряется с помощью калиброванного делителя 1000:1 в оцифровщик сигнала. Делитель напряжения буферизован и имеет входное сопротивление 10 МОм.

Вот кривые заряда и разряда.

Форма волны зарядаФорма волны разряда

Слишком смущен тем, что вы на самом деле измеряете и как вы делаете здесь математику, чтобы комментировать.
Я предполагаю, что это связано с выдержкой , но не потому, что я знаю что-то конкретное о том, какой тип конденсатора вы на самом деле тестируете.
Диэлектрическая релаксация.
Это звучит почти так, как будто вы теряете энергию при зарядке и не получаете ее обратно во время разрядки. Так что я думаю, что это не слишком отличается от кривой гистерезиса в магнетизме (где эффект часто больше). Так что я бы, вероятно, искал «диэлектрический гистерезис» как механизм потерь и возможное объяснение. Это НЕ будет той же идеей, что и диэлектрическое поглощение. Так что разделяйте эти две вещи и не смешивайте их.
C зависит от напряжения для различных диэлектриков. какие это? Релаксация или эффект памяти для электрического эффекта двойного слоя означает, что для C и ESR существуют как минимум 2 разные постоянные времени.
С "=" я д т д В это то, что вы имели в виду.
@TonyStewart.EEsince'75 Нет, я думаю, он имел в виду то, что сказал. Это то же самое, только написано по-другому.
просто синтаксис, я думаю, что задержка между развертками имеет значение, стандартный метод состоит в том, чтобы подать сигнал AC CC через переходные отверстия постоянного тока и вычислить C из этого при различных смещениях f и V. Обычно C увеличивается выше 1 Гц из-за эффекта двойного слоя.
@TonyStewart.EEsince'75 ОП мало что говорит о времени удержания. Но один эксперимент, который следует провести, — настроить его, чтобы увидеть, насколько утечка влияет на результат. Если заметно, измените эксперимент, пока это не будет заметно. Затем снова проверьте результаты. Но я предполагаю, что ОП также «видит» присутствующее напряжение. Так что утечка будет очевидна. (Кроме того, использование уклонов означало бы, что начальная и конечная точки не будут иметь значения для вычислений.)
Я проверил свои данные. Похоже, что время между развертками составляет около 3 минут.
Можете ли вы сказать нам, какие крышки используются в таблице данных? также вы удостоверились, что каждый Vcap был сбалансирован?
Конденсаторы Panasonic EET-UQ2E561CA
Я вычисляю только на основе dV / dt, поэтому я не верю, что запас остаточной энергии повлияет на измерение (это вызовет смещение, а не изменение наклона).
Напряжение на каждой крышке когда-либо становилось отрицательным или превышало 350 В? Допуск указывает на потенциальные различия в сериях.
я л е а к "=" 3 С В (1,3 мкА) макс. через 5 минут; C = емкость в мкФ, V = WV без проблем
" для того же тока " как вы это проверили.
@markshancock Я полностью согласен с вами по поводу использования производной, которая устраняет любой эффект смещения. Взгляните здесь на измеренную кривую диэлектрического гистерзиса: infinfactors.org/misc/images/EESE046.png Это из экспериментальных измерений углеродных нанотрубок (исследуются два разных материала, поэтому два набора кривых).
результаты показывают, что вы разряжаете больше энергии, чем вкладываете, так как C увеличивается при разряде, что предполагает ошибку.
Мне было бы интересно увидеть всю установку / схему, которую вы использовали здесь.
Как и в случае с балансировщиками заряда серии Lipo, вам нужно будет учитывать то же самое для конденсаторов в качестве накопителей энергии, и если конечным использованием является импульсный разряд, результаты изменятся.
Как вы генерируете источник и приемник постоянного тока? Возможно ли, что два направления имеют разницу в 11%? Работа с уровнем 695 В — непростая задача...
Вы пробовали свой эксперимент только с резистором, одинаковым во время заряда и разряда?
Кроме того, каково входное сопротивление вашего вольтметра?
Добавил описание теста в пост
Спасибо, что добавили свои результаты и инструмент. Экспоненциальное затухание dV/dt заставило бы меня вычислить приращение C в электронной таблице и проверить I с помощью последовательного цифрового мультиметра. Чего-то не хватает в ваших результатах, поскольку указанный вами заряд C примерно на 10% ниже, но даже не достигает 695 В за 6 минут, что предполагает большее значение C, чем вы указали. Пожалуйста, проверьте I с помощью DMM и сообщите об изменениях V между ch/disch. во время простоя. Экспоненциальное затухание заставляет I выглядеть нелинейным, а не C. Попробуйте разные схемы развертки с +20 мА, затем короткая пауза, затем короткая -20 мА, затем возобновите +20 мА. Я бы ожидал некоторых эффектов памяти.
Поскольку заряд изогнут, человек, написавший алгоритм обработки, использовал аппроксимацию 2-го порядка для расчета R и C. Когда я добавил расчет разрядки, я использовал аппроксимацию первого порядка, поскольку она была явно линейной. Быстрая линейная аппроксимация кривой заряда на глаз выглядит так: dVdt = 640 В/6 с, что означает C = 20 мА/106,6 В/с = 187,5 мкФ. Похоже, мне нужно более внимательно посмотреть на алгоритм зарядки.
Как изменяется начальное значение dt/dV для обратного линейного изменения? Поскольку C = I dt / dV, если C изменяется в направлении тока, я был бы удивлен, особенно учитывая, что закон сохранения энергии подразумевает, что ваше значение C разряжает больше энергии, чем вы вкладываете с помощью значения разряда karger C, поэтому измерение V или I должно быть неправильно. и скорее всего я, даже из такого прекрасного инструмента. Доверяй, но проверяй.
@TonyStewart.EEsince'75 Я уверен, что законы физики все еще в безопасности. Если потребуется проверка Kiethley, я это сделаю (у меня есть); но есть и другие более простые объяснения, которые следует искать в первую очередь. Бритва Оккама. Электролиты (и другие конденсаторы) явно могут удерживать энергию, даже если выходной сигнал равен нулю. Если вы сомневаетесь в этом, измерьте напряжение электролита (или трубки ЭЛТ) после того, как вы «полностью разрядите его». Конденсаторы не так просты, как в учебниках.
Все ставки сняты, если вы используете разные математические уравнения для заряда и разряда....
@Trevor, я согласен с тем, что использование другого алгоритма подбора порядка для зарядки и разрядки не идеально (но не мой выбор); но если бы для разряда использовался 2-й порядок, это все равно привело бы к другому результату для измерения заряда и разряда. По-видимому, это связано с более заметной кривой заряда, вызывающей больший эффект 2-го порядка.
Возможно, @markshancock, к сожалению, в качестве вопроса здесь невозможно с какой-либо степенью уверенности прокомментировать ваши результаты, когда задействованная математика, с какими бы ошибками ни были внесены из-за задержки цикла измерения и т. д., неопределенна. Мы не можем сравнивать яблоки и апельсины. В любом случае, что-то не так, если ваши результаты показывают, что вы получаете от них на 10% больше заряда, чем вкладываете. Если вы сможете воплотить это явление в жизнь, вы действительно разбогатеете.
Во время развертки легко проверить ток с помощью цифрового мультиметра. Память крышки CRT - это эффект слоя двойного заряда, от которого я ускользал, и почему ESR изменяется с постоянного тока на переменный (f), потому что эффект памяти - это большее C и ESR2 и, следовательно, более длинная постоянная времени ESR2 * C2 Обычно для проверки этих ошибок, замачивание или выдержка при постоянном напряжении CV в течение 3 минут будет иметь некоторый ток по сравнению с плавающим в течение 3 минут. Эффект памяти справедлив и для всех вторичных аккумуляторов, хотя у LiPo память меньше, но не нулевая. Доверься моему совету. Я был инженером-испытателем на протяжении десятилетий.

Ответы (2)

Два предложения:

Кривые действительно плоские (заряд имеет очень небольшую кривую).

Заряд имеет кривую, потому что ваши капы несбалансированы. Один из них имеет меньшую емкость, заряжается быстрее остальных, затем достигает напряжения пробоя и начинает течь. При разрядке проблемы нет. Таким образом, заряд изогнут, а разряд - нет.

Как отличить это от пропитывания/диэлектрической абсорбции: зарядите, затем подождите, контролируя ток, если диэлектрическая абсорбция не задействована, то ток будет незначительным.

Предложение 2 - я ошибаюсь ;) в этом случае меня интересует реальный ответ!

+1 Вы знаете, что такое спец модель для перенапряжения электролитической крышки? Я хотел бы увидеть этот сценарий в симуляциях.
Я не знаю, и я почти уверен, что если бы я спросил производителя о модели детали, используемой не по его спецификациям, они бы спросили... что за хрень? Итак, без понятия. Все, что я могу сказать, это то, что когда я перенапрягал некоторые конденсаторы, происходили вонючие вещи ... а в других случаях все работало нормально. Хотя не доверил бы ей свою жизнь..
Посоветовал бы ОП проверить напряжение на каждой крышке во время заряда по сравнению с номиналами. Я имею в виду, я ехал на велосипеде вниз по склону со скоростью 80 км/ч. Может быть, больше, я не успел посмотреть на спидометр из-за деревьев и дерьма, проносящихся мимо с безумной скоростью. Это немного выше оценок. Это действительно весело... но я бы не советовал это для повседневного использования, знаете ли.
Рабочее напряжение для каждой крышки составляет 250 В, а импульсное — 300 В. Я остаюсь ниже обоих. Конденсаторы отбираются вручную, чтобы иметь близкие емкости (предположительно в пределах 2%) - я уверен, что они находятся в пределах 10%.
Примечание: я добавил кривые.
Этот тест не контролирует каждый конденсатор; но у меня есть другой, который делает. Обычно напряжения на конденсаторах различаются на <5В.

Так что в конечном итоге проблема была с кривой

В обоих случаях (зарядка и разрядка) общая скорость очень похожа. Проблема в том, что есть очень небольшая кривая в случае заряда. Это довольно ожидаемо. По мере увеличения напряжения ток, необходимый для питания сопротивления утечки, увеличивается, тем самым отнимая все больше и больше тока от конденсатора и, таким образом, уменьшая д В д т . Поскольку я выполняю полиномиальную подгонку 2-го порядка и использую член 1-го порядка для расчета емкости, это эквивалентно использованию д В д т при t=0, где он самый высокий. Это действительно так, поскольку именно здесь утечка оказывает наименьшее влияние. Так как С= я / д В д т , я получу обычно более низкое значение емкости.

Вот детали кривой подходит

  • Заряжать

2-й порядок: y = -1,941x2 + 120,99x + 25,775 => C=165,3

1-й порядок: у = 109,07х + 37,977 => С = 183,4

  • Увольнять

2-й порядок: y = 0,6011x2 - 111,69x + 693,51 => C=179,1

1-й порядок: у = -107,97х + 689,66 => С = 185,2

Это объясняет причину разных расчетных значений; но это не объясняет, почему кривая не отображается и при разряде.

Примечание. При просмотре я понял, что если я решу сделать 2-й заказ, пригодный для выписки, мне нужно будет обязательно использовать д В д т при y=0, что для разряда не равно t=0 и, следовательно, не является членом 1-го порядка.

Почему у электролитов разная скорость заряда и разряда при одном и том же токе
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v