СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КОНДЕНСАТОРОВ С ДВОЙНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ Российский патент 2010 года по МПК H01G9/58 

Изобретение относится к электро- и радиоэлектронной технике и может быть использовано при разработке и производстве конденсаторов с двойным электрическим слоем (ДЭС), в частности в производстве конденсаторных накопителей энергии (НЭ).

Известен способ контроля качества электролитических конденсаторов, включающий подачу зарядного нарастающего напряжения на испытуемый конденсатор до заданной величины и выдержку при этом напряжении в течение 3-10 часов. Отбраковке подлежат конденсаторы, у которых в период выдержки произойдет электрический пробой диэлектрического слоя на электроде (авторское свидетельство СССР №455385, М.кл. H01G 13/00, публ. 1973 г.). Недостатками этого способа являются невозможность его применения для конденсаторов с двойным электрическим слоем с водными электролитами, у которых не бывает электрического пробоя из-за отсутствия диэлектрического слоя на электродах, а также большое время испытаний и невозможность определить причину брака.

Наиболее близким к заевляемому объекту по совокупности признаков является способ контроля качества конденсаторов, включающий подачу зарядного нарастающего напряжения на испытуемый конденсатор, соединенный последовательно с активным сопротивлением, и осуществление контроля путем выявления конденсаторов с аномальным видом временной зависимости нарастающего напряжения на конденсаторе (авторское свидетельство СССР №942183, М.кл. H01G 9/24, публ. 1982 г.- принято за прототип). Годными считаются конденсаторы, у которых за заданное время заряда достигается заданное предельное напряжение. При повышенном токе утечки (I_y) это условие не выполняется и конденсатор отбраковывается. Этот способ контроля имеет недостаточную точность, связанную с разбросом электрических параметров ячеек в многоячеечных конденсаторах. Так как качество конденсатора определяется фактическим по величине тока утечки, то можно получить неверное представление о качестве из-за того, что большой ток утечки дефектных ячеек может "маскироваться" фоном малых токов утечки качественных ячеек. Кроме того, этим способом нельзя определить причину брака.

Технической задачей изобретения является повышение точности контроля качества конденсаторов с двойным электрическим слоем.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля качества конденсаторов с двойным электрическим слоем, включающем подачу зарядного нарастающего напряжения на испытуемый конденсатор, строят зависимость величины внутреннего сопротивления конденсатора от нарастающего напряжения заряда, определяют величину максимального напряжения заряда по аномалии на указанной зависимости, и по величине максимального напряжения определяют качество конденсатора путем сравнения с допустимой нормой.

Изобретение обеспечивает повышение точности контроля качества конденсаторов за счет того, что используются два новых параметра контроля - максимальное напряжение заряда и характер зависимости внутреннего сопротивления от напряжения заряда. По характеру (виду) этой зависимости (нарастающая, убывающая, монотонная, немонотонная) можно определить возможную причину, ограничивающую величину максимального напряжения заряда.

Способ контроля осуществляется следующим образом.

Испытуемый конденсатор подключают к источнику постоянного тока и к схеме измерения напряжения (U) и внутреннего сопротивления (Z); включают переменный ток амплитудой не более 1 А и частотой 1 кГц для измерения внутреннего сопротивления; повышают напряжение постоянного тока до допустимого значения (U_д); с помощью графопостроителя строят зависимость Z(U); определяют максимальное напряжение заряда (U_max), соответствующее началу газовыделения в конденсаторе; сравнивают значение U_max c U_д; качество конденсатора считается удовлетворительным, если U_max больше или равно значению U_д. Продолжительность испытания конденсатора составляет 10 минут.

Пример

Два конденсаторных накопителя энергии типа 200ПП-18/0,31, №254 и №256, изготовленные в ЗАО "ЭЛИТ" (г.Курск) и удовлетворяющие нормам технических условий, подвергались испытаниям заявленным способом. На конденсаторы подавалось нарастающее напряжение постоянного тока до 212 и 242 В соответственно, на графопостроителе строилась зависимость внутреннего сопротивления от напряжения заряда. Согласно рисунку графики указанной зависимости имели характерные резкие изломы соответственно при напряжениях 198 и 240 В, при которых начинается газовыделение в конденсаторах. Эти напряжения являются максимальными (U_max), до которых можно заряжать конденсаторы без отрицательных последствий.

По техническим условиям указанные НЭ должны иметь внутреннее сопротивление (Z) не более 310 мОм, допустимое напряжение заряда (U_д) - не менее 210 В. Согласно рисунку величина Z у обоих НЭ соответствует нормам. В то же время у НЭ №254 U_max меньше, чем U_д, и, следовательно, его качество неудовлетворительно. У НЭ №256 U_max больше, чем U_д, и поэтому его качество является удовлетворительным.

Согласно убывающей зависимости Z (U) причиной малого значения U_max у НЭ №254 является закорачивание конденсаторных ячеек. Количество закорачивающих контактов и их площадь увеличиваются при повышении напряжения заряда за счет взаимного притяжения электродов в ячейках. Закорачивание приводит к перераспределению напряжения между захороненными и незахороненными ячейками, к перенапряжениям в незакороченных ячейках и преждевременному газовыделению в них.

Увеличение внутреннего сопротивления у НЭ №256 при увеличении зарядного напряжения связано с уменьшением площади сечения сквозных пор в сепараторах за счет взаимного притяжения электродов.

Заявленным способом контролировались экспериментальные конденсаторные накопители энергии с номинальными напряжениями заряда от 14 до 200 В, признанные годными при контроле их по ранее использовавшимся параметрам (электрической емкости, внутреннему сопротивлению, току утечки и сопротивлению изоляции). В отдельных партиях этих НЭ после контроля заявленным способом было забраковано до 50% НЭ, в то время как при контроле ранее применявшимися способами - не более 10%.

Таким образом, заявленный способ повышает точность контроля качества конденсаторов с двойным электрическим слоем на 40%.

Способ контроля качества конденсаторов с двойным электрическим слоем относится к электро- и -радиоэлектронной технике и может быть использован при разработке и производстве конденсаторов с двойным электрическим слоем. Техническим результатом изобретения является повышение точности контроля качества конденсаторов с двойным электрическим слоем. На испытуемый конденсатор подают зарядное нарастающее напряжение, строят зависимость величины внутреннего сопротивления конденсатора от нарастающего напряжения заряда, определяют величину максимального напряжения, соответствующего аномалии на указанной зависимости, и по величине максимального напряжения определяют качество конденсатора путем сравнения его с допустимой нормой. 1 ил.

Способ контроля качества конденсаторов с двойным электрическим слоем, включающий подачу зарядного нарастающего напряжения на испытуемый конденсатор, отличающийся тем, что строят зависимость величины внутреннего сопротивления конденсатора от нарастающего напряжения заряда, определяют величину максимального напряжения, соответствующую аномалии на указанной зависимости, и по величине максимального напряжения определяют качество конденсатора путем сравнения ее с допустимой нормой.