Warum haben Elektrolyte bei gleichem Strom eine unterschiedliche Lade- und Entladerate?

Ich messe die Lade- und Entladerate eines HV-Elektrolytkondensators (eigentlich drei 560-uF-, 250-V-Kondensatoren in Reihe), um die Kapazität zu berechnen. Hinweis: Die Kondensatoren sind handverlesen für eine effektive kombinierte AC-Kapazität von 155uF.

Während des Ladevorgangs beziehe ich 20 mA und messe (digitalisiere) von 35 V bis 695 V. Beim Entladen senke ich 20mA und messe (digitalisiere) von 695V bis 35V.

Die Kurven sind wirklich flach (die Ladung hat eine sehr leichte Kurve).

Berechnete Kapazität (20 Läufe) mit C= ICH / D v D T Ist:

  • Ladung - 166,13 uF +/-0,7 uF (Polynomanpassung 2. Ordnung)
  • Entladung - 185,16 uF +/- 0,08 uF (lineare Anpassung)

Warum ist die Ableitkapazität konstant um 11 % höher?

Hinweis: Reformieren ist kein Problem, da der Test 20 Mal in schneller Folge mit konsistenten Ergebnissen wiederholt wurde.

Der Test wird durchgeführt, indem der Strom mit einem Keithley 2410 SMU bezogen wird . Die Spannung wird mit einem kalibrierten 1000:1-Teiler in einem Wellenform-Digitalisierer gemessen. Der Spannungsteiler ist gepuffert und hat eine Eingangsimpedanz von 10 M.

Hier sind die Lade- und Entladekurven.

LadungswellenformEntladungswellenform

Zu verwirrt darüber, was Sie tatsächlich messen und wie Sie hier rechnen, um dies zu kommentieren.
Ich vermute, dass es mit der Durchnässung zusammenhängt , aber nicht, weil ich etwas Spezifisches über die Art von Kondensator weiß, die Sie tatsächlich testen.
Dielektrische Entspannung.
Es klingt fast genau so, als ob Sie beim Aufladen Energie verlieren und beim Entladen nicht alles zurückbekommen. Ich würde mir das also nicht allzu unähnlich der Hysteresekurve in der Magnetik vorstellen (wo der Effekt oft größer ist). Also würde ich wahrscheinlich "dielektrische Hysterese" als Verlustmechanismus und mögliche Erklärung nachschlagen. Dies wäre NICHT die gleiche Idee wie die dielektrische Absorption. Halten Sie die beiden Dinge also getrennt und nicht zusammen.
C ist für verschiedene Dielektrika spannungsabhängig. welche sind das? Relaxations- oder Memory-Effekt für den elektrischen Doppelschichteffekt bedeutet, dass es mindestens 2 unterschiedliche Zeitkonstanten für C und ESR gibt
C = ICH D T D v hast du gemeint.
@TonyStewart.EEsince'75 Nein, ich glaube, er meinte, was er sagte. Es ist dasselbe, nur anders geschrieben.
Nur die Syntax, ich denke, die Verweildauer zwischen den Sweeps macht den Unterschied. Die Standardmethode besteht darin, das AC-CC-Signal über DC-Durchkontaktierungen anzulegen und C daraus bei verschiedenen f- und V-Vorspannungen zu berechnen. Normalerweise steigt C aufgrund des Doppelschichteffekts über 1 Hz an
@ TonyStewart.EEsince'75 Das OP hat nicht viel über die Haltezeit gesagt. Aber ein Experiment, das durchgeführt werden sollte, besteht darin, es anzupassen, um zu sehen, wie viel Leckage das Ergebnis beeinflusst. Wenn es auffällt, ändern Sie das Experiment, bis es nicht mehr auffällt. Überprüfen Sie dann die Ergebnisse erneut. Aber ich gehe davon aus, dass das OP auch die vorhandene Spannung "sieht". Eine Leckage wäre also offensichtlich. (Außerdem würde die Verwendung von Steigungen bedeuten, dass Start- und Endpunkte für die Berechnungen keine Rolle spielen würden.)
Ich habe meine Daten überprüft. Sieht so aus, als ob die Zeit zwischen den Sweeps etwa 3 Minuten beträgt.
Können Sie uns sagen, welche Kappen im Datenblatt verwendet werden? Haben Sie auch sichergestellt, dass jeder Vcap ausgeglichen ist?
Kondensatoren sind Panasonic EET-UQ2E561CA
Ich rechne nur auf der Grundlage von dV / dt, daher glaube ich nicht, dass die Restenergiespeicherung einen Einfluss auf die Messung haben würde (es würde eher einen Offset als eine Steigungsänderung verursachen).
Ist eine Spannung an jeder Kappe jemals negativ geworden oder hat sie 350 V überschritten? Toleranz würde potenzielle Unterschiede in Reihe anzeigen.
ICH l e A k = 3 C v (1,3 µA) max. nach 5 Minuten; C = Kapazität in µF, V = WV kein Problem
" für den gleichen Strom " wie hast du das verifiziert.
@markshancock Ich stimme Ihnen voll und ganz zu, wenn Sie das Derivat verwenden, das jeden Offset-Effekt beseitigt. Sehen Sie sich hier eine gemessene dielektrische Hysteresekurve an: infinitefactors.org/misc/images/EESE046.png Diese stammt aus experimentellen Messungen von Kohlenstoffnanoröhren (zwei verschiedene Materialien werden untersucht, weshalb zwei Kurvensätze.)
Die Ergebnisse zeigen, dass Sie mit mehr Energie entladen, als Sie zugeführt haben, da C beim Entladen zugenommen hat, was auf einen Fehler hindeutet.
Ich wäre daran interessiert, die gesamte Einrichtung / Schaltung zu sehen, die Sie hier verwendet haben.
Genau wie bei den Ladungsausgleichern der Lipo-Serie müssen Sie das Gleiche für Kondensatoren als Energiespeicher berücksichtigen, und wenn die Endverwendung eine Impulsentladung ist, ändern sich die Ergebnisse.
Wie erzeugt man die Konstantstromquelle und -senke? Könnte es möglich sein, dass die beiden Richtungen 11% Unterschied haben? Der Umgang mit dem 695-V-Pegel ist keine leichte Aufgabe ...
Haben Sie Ihr Experiment nur mit einem Widerstand versucht, der beim Laden und Entladen gleich ist?
Was ist die Eingangsimpedanz Ihres Voltmeters?
Testbeschreibung zum Beitrag hinzugefügt
Vielen Dank, dass Sie Ihre Ergebnisse und Ihr Instrument hinzugefügt haben. Der exponentielle Abfall von dV / dt würde mich dazu bringen, inkrementelles C in einer Tabelle zu berechnen und I mit einem DMM in Reihe zu überprüfen. Etwas fehlt in Ihren Ergebnissen, da die von Ihnen angegebene Ladung C ~ 10 % niedriger ist, aber nicht einmal 695 V in 6 Minuten erreicht, was auf einen größeren C-Wert hindeutet, als Sie angegeben haben. Bitte überprüfen Sie I mit DMM und melden Sie V-Änderungen zwischen ch/disch. im Leerlauf. Durch den exponentiellen Abfall sehe ich nicht linear aus, nicht C. Probieren Sie verschiedene Sweep-Muster mit +20 mA aus, dann kurze Pause, dann kurze -20 mA, dann wieder +20 mA. Ich würde einige Memory-Effekte erwarten.
Da die Ladung gekrümmt ist, verwendete die Person, die den Verarbeitungsalgorithmus schrieb, eine Anpassung 2. Ordnung, um R und C zu berechnen. Als ich die Entladungsberechnung hinzufügte, verwendete ich eine Anpassung erster Ordnung, da sie eindeutig linear war. Eine schnelle lineare Augapfelanpassung der Ladungswellenform sieht aus wie dVdt = 640 V / 6 s, was C = 20 mA / 106,6 V / s = 187,5 uF bedeutet. Sieht so aus, als müsste ich mir den Ladealgorithmus genauer ansehen.
Wie ändert sich das anfängliche dt/dV für jede Rampe? Da C = I dt / dV, wenn C in Richtung des Stroms variiert, wäre ich überrascht, besonders wenn man bedenkt, dass das Energieerhaltungsgesetz impliziert, dass Ihr C-Wert mehr Energie entlädt, als Sie mit einem kargeren C-Entladungswert einbringen, daher die V- oder I-Messung muss falsch sein. und höchstwahrscheinlich ich, selbst von einem so feinen Instrument. Vertraue, aber überprüfe.
@TonyStewart.EEsince'75 Ich bin sicher, dass die Gesetze der Physik immer noch sicher intakt sind. Wenn eine Überprüfung des Kiethley erforderlich ist, werde ich das tun (ich habe einige); aber es gibt andere einfachere Erklärungen, die zuerst verfolgt werden müssen. Ockhams Rasiermesser. Elektrolyte (und andere Kondensatoren) können eindeutig noch Energie halten, selbst wenn der Ausgang auf Null gehalten wird. Wenn Sie das bezweifeln, messen Sie die Spannung eines Elektrolyts (oder einer CRT-Röhre), nachdem Sie ihn "vollständig entladen" haben. Kondensatoren sind nicht ganz so einfach wie in den Lehrbüchern.
Alle Wetten sind ungültig, wenn Sie unterschiedliche mathematische Gleichungen zum Laden und Entladen verwenden....
@Trevor, ich würde zustimmen, dass die Verwendung eines anderen Order-Fit-Algorithmus zum Laden und Entladen nicht ideal ist (aber nicht meine Wahl); aber wenn für die Entladung eine 2. Ordnung verwendet würde, würde dies immer noch zu einem anderen Ergebnis für die Ladungs- und Entladungsmessung führen. Dies scheint an der deutlicheren Kurve in der Ladung zu liegen, die einen größeren Effekt 2. Ordnung verursacht.
Möglicherweise @markshancock, leider ist es als Frage hier unmöglich, Ihre Ergebnisse mit einiger Sicherheit zu kommentieren, wenn die beteiligte Mathematik, mit welchen Fehlern auch immer, aufgrund von Messzyklusverzögerungen usw. eingeführt werden, unbestimmt ist. Wir können Äpfel und Birnen nicht vergleichen. In jedem Fall stimmt etwas nicht, wenn Ihre Ergebnisse besagen, dass Sie 10% mehr Ladung aus ihnen herausholen, als Sie hineinstecken. Wenn Sie dieses Phänomen produzieren können, werden Sie in der Tat reich sein.
Überprüfen Sie den Strom mit einem DMM während eines Sweeps. Der CRT-Cap-Speicher ist der Doppelladungsschichteffekt, dem ich entgangen bin und warum sich der ESR von DC zu AC (f) ändert, weil der Speichereffekt ein größerer C & ESR2 und damit eine längere Zeitkonstante ist ESR2 * C2 Normalerweise auf diese Fehler prüfen, Ein Einweichen oder Verweilen bei konstanter CV-Spannung für 3 Minuten hat einen gewissen Strom gegenüber einem Floating für 3 Minuten. Der Memory-Effekt gilt auch für alle Sekundärbatterien, obwohl LiPo weniger Speicher hat, aber nicht null. Vertrauen Sie meinem Rat. Ich bin seit Jahrzehnten Testingenieur.

Antworten (2)

Zwei Vorschläge:

Die Kurven sind wirklich flach (die Ladung hat eine sehr leichte Kurve).

Die Ladung hat eine Kurve, weil Ihre Kappen unausgeglichen sind. Einer von ihnen hat eine geringere Kapazität, lädt sich schneller auf als die anderen, erreicht dann die Durchbruchspannung und beginnt zu lecken. Beim Entladen besteht das Problem nicht. Somit ist die Ladung gekrümmt, die Entladung jedoch nicht.

Wie kann man dies von Einweichen/dielektrischer Absorption unterscheiden: Laden, dann warten und den Strom überwachen, wenn keine dielektrische Absorption beteiligt ist, ist der Strom vernachlässigbar.

Vorschlag 2: Ich liege falsch ;) In diesem Fall interessiert mich die wahre Antwort!

+1 Wissen Sie, was das Gewürzmodell für eine Überspannungs-Elektrolytkappe ist? Ich würde dieses Szenario gerne in Simulationen sehen.
Ich weiß es nicht und ich bin mir ziemlich sicher, wenn ich den Hersteller nach einem Modell eines Teils fragen würde, das außerhalb seiner Spezifikationen verwendet wird, würden sie fragen ... was zum Teufel? Also keine Ahnung. Alles, was ich sagen kann, ist, als ich einige Kappen überspannte, passierten stinkende Dinge ... und zu anderen Zeiten funktionierte es gut. Würde aber nicht mein Leben darauf vertrauen..
Ich würde dem OP raten, die Spannung an jeder Kappe während des Ladevorgangs im Vergleich zu den Nennwerten zu überprüfen. Ich meine, ich bin mit dem Fahrrad 80 km/h bergab gefahren. Vielleicht mehr, ich hatte keine Zeit, auf den Tacho zu schauen, weil Bäume und Scheiße mit wahnsinniger Geschwindigkeit vorbeischwirrten. Das ist etwas über den Bewertungen. Das macht wirklich Spaß ... aber ich würde es nicht für den täglichen Gebrauch empfehlen, weißt du.
Die Betriebsspannung für jede Kappe beträgt 250 V und die Stoßspannung 300 V. Ich bleibe unter beidem. Kondensatoren werden von Hand ausgewählt, um eng aufeinander abgestimmte Kapazitäten zu haben (angeblich innerhalb von 2 %) - ich bin sicher, dass sie innerhalb von 10 % liegen.
Hinweis: Ich habe die Kurven hinzugefügt.
Dieser Test überwacht nicht jeden Kondensator; aber ich habe eine andere, die tut. Typischerweise unterscheiden sich die Spannungen an den Kondensatoren um <5 V.

Das Problem war also letztendlich die Kurve

In beiden Fällen (Laden und Entladen) ist die Gesamtrate sehr ähnlich. Das Problem ist, dass es bei der Ladung eine ganz leichte Krümmung gibt. Das wird ziemlich erwartet. Wenn die Spannung ansteigt, erhöht sich der Strom, der zum Speisen des Leckwiderstands erforderlich ist, wodurch dem Kondensator immer mehr Strom entzogen und somit der Strom verringert wird D v D T . Da ich eine Polynomanpassung 2. Ordnung durchführe und den Term 1. Ordnung für die Kapazitätsberechnung verwende, entspricht dies der Verwendung von D v D T bei t = 0, wo es am höchsten ist. Dies ist der Fall, da die Leckage hier die geringste Auswirkung hat. Da C= ICH / D v D T , erhalte ich einen allgemein niedrigeren Kapazitätswert.

Hier sind die Details der Kurvenanpassungen

  • Aufladung

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

1. Ordnung: y = 109,07x + 37,977 => C=183,4

  • Entladung

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

1. Ordnung: y = -107,97x + 689,66 => C=185,2

Dies erklärt den Grund für die unterschiedlichen berechneten Werte; aber es erklärt nicht, warum die Kurve nicht auch auf der Entladung erscheint.

Hinweis: Bei der Überprüfung wurde mir klar, dass ich, wenn ich mich entscheide, eine 2. Ordnung für die Entlassung zu machen, sicherstellen muss, dass ich sie verwende D v D T bei y=0, was für die Entladung nicht t=0 und damit nicht der Term 1. Ordnung ist.

Warum haben Elektrolyte bei gleichem Strom eine unterschiedliche Lade- und Entladerate?
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