JP2009260275A - 電気二重層キャパシタの性能測定方法及び性能測定システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】定電圧緩和充電後の定電流放電の端子電圧Vおよび電流Iを計測し、端子から2時点間(t=T2−T1)に放出されるエネルギWを求め、微分容量c=dq/dVの特性から規定される素子電圧Vcに無関係な成分c0および素子電圧Vcに依存する成分αVcのαを求め、2時点(T1,T2)に対応する端子電圧V1,V2と素子電圧Vc1,Vc2との関係をVc1=V1+IR,Vc2=V2+IRとし、微分容量cを用いてキャパシタンス素子から2時点間tに放出されるエネルギUを計算し、W=U−I2Rtのエネルギ平衡式から2時点間tの実効抵抗として内部抵抗R=(U−W)/I2tを計算し、2時点間tの静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算する。
【選択図】図4
Description
「電気二重層コンデンサの試験方法」 日本電子機械工業規格 (2000−4)
EDLC(電気二重層キャパシタ)は、図1のRC等価回路モデルとして想定されるが、図3の示すような理想分極性から乖離した放電特性を示すものである。このEDLCに対し、充放電は、端子を短絡した後、一定電流Iで充電を開始する。その後、端子電圧Vが規定電圧Eに達すと、端子電圧Vを規定電圧Eに維持しつつ、電流Iが十分小さくなるまで充電(定電圧の緩和充電)し、充電終了後に一定電流Iで放電する。
c(v)=c0+cF=c0+αVc…(1)
W=U−∫I2Rdt…(2)
U=∫cVcdVc=c0(Vc12−Vc22)/2+α(Vc13−Vc23)/3…(3)
R=(U−W)/I2t…(4)
C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)…(5)
Vc=0での二重層容量c0と、を計測する。静電容量Cの電圧依存性は、dV/dt=I/Cの関係から、図5のように推定できる。このグラフから、c0およびαは、図式的に求めることができる。ここで、繰り返し回数n=0とする。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
を測定することが難しいため、微分容量の電圧特性からVc=0に対応するVcに無関係
な成分c0の値を厳密に把握することが難しい。
C’old=It/(V1−V2)…(6)
により算出する。
c0=C’old−α(Vc1+Vc2)/2…(7)
により算出する。(7)式により算出されたc0をc0oldとする。
c=c0+αVc…(8)
で表される。
c=c0old+αVc…(9)
U=∫cVcdVc=c0(Vc12−Vc22)/2+α(Vc13−Vc23)/3…(10)
により算出する。
W=∫VIdt…(11)
により算出する。さらに、算出されたこれら放出エネルギWと素子放出エネルギUとから、内部抵抗Rを、次式、
R=(U−W)/I2t…(12)
により算出する。(12)式により算出されたRを、Roldとする。
Vc2=V2+I2Rold…(13)
により算出する。
|R−Rold|<εn…(14)
を満たすか否かを判定する(第1の判定)。
|c0−c0old|<εm…(15)
を満たすか否かを判定する(第2の判定)。
C’=It/(Vc1−Vc2)…(16)
によって求める。
|C’−C’old|<εk…(17)
を満たすか否かを判定する(第3の判定)。
C=2U/(Vc12−Vc22)…(18)
により算出する。
α=12ΔW/(E−IR)3…(19)
により、αの中間値を算出している。なお、図8から求めたαの値は、図9におけるk=8の時のαと一致している。従って、k=8の時点で得られたRの値が定電流放電試験によって求めようとする内部抵抗値になることがわかる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
きる性能測定方法を提供する。
C’=It/(Vc1−Vc2)…(20)
により算出する。
c0=C’−α(Vc1+Vc2)/2…(21)
により算出する。
c=c0old+αVc…(22)
U=∫cVcdVc=c0(Vc12−Vc22)/2+α(Vc13−Vc23)/3…(23)
により算出する。
R=(U−W)/I2t…(24)
により算出する。
Vc2=V2+I2Rold…(25)
により算出する。
|R−Rold|<εn…(26)
を満たすか否かを判定する(第4の判定)。
|c0−c0old|<εm…(27)
を満たすか否かを判定する(第5の判定)。
C=2U/(Vc12−Vc22)…(27)
により算出する。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
100 充放電試験器
200 キャパシタユニット
Claims (18)
- 電気二重層キャパシタの性能測定方法において、緩和充電後の定電流放電の端子電圧Vおよび電流Iを計測し、2時点間(t=T2−T1)に端子から放出されるエネルギWを求め、微分容量c=dq/dVの特性から規定される素子電圧Vcに無関係な成分c0および素子電圧Vcに依存する成分αVcのαを求め、2時点(T1,T2)に対応する端子電圧V1,V2と素子電圧Vc1,Vc2との関係をVc1=V1+IR,Vc2=V2+IRとし、微分容量cを用いてキャパシタンス素子(以下、素子)から2時点間(t=T2−T1)に放出されるエネルギUを計算し、W=U−I2Rtのエネルギ平衡式から2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗として内部抵抗R=(U−W)/I2tを計算し、2時点間(t=T2−T1)の静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算することを特徴とする電気二重層キャパシタの性能測定方法。
- T1は放電開始時点に設定されることを特徴とする請求項1に係る電気二重層キャパシタの性能測定方法。
- 2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗として内部抵抗Rの計算値をRoldとし、素子電圧Vc=V+IRoldを計算し、これを使ってUおよびRを計算し、前回のRoldと今回のRとの差|Rold−R|が十分に小さい収束条件εに対して|Rold−R|<εかどうかを判定し、この判定が否定のときは、肯定となるまでの間、2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗として内部抵抗Rの計算値をRoldとし、素子電圧Vc=V+IRoldを計算し、これを用いてUおよびRを計算し、前回のRoldと今回のRとの差|Rold−R|が十分に小さい収束条件εに対して|Rold−R|<εかどうかを判定する、というRの推定を繰り返し実行することを特徴とする請求項1または請求項2に係る電気二重層キャパシタの性能測定方法。
- 電気二重層キャパシタの性能測定方法において、
緩和充電後の定電流放電の端子電圧Vおよび電流Iを計測し、前記電気二重層キャパシタの端子電流が定電流Iとなった時点から放電が終了する時点までの2時点間(t=T2−T1)に端子から放出されるエネルギW及び電荷Itを求め、
微分容量c=dq/dVの特性から規定される素子電圧Vcに依存する成分αVcのαを求め、
前記2時点(T1、T2)に対応する端子電圧V1、V2と素子電圧Vc1、Vc2との関係をVc1=V1+IR、Vc2=V2+IRとし、電荷法(静電容量=電荷/電圧)により2時点間の静電容量C’=It/(V1−V2)を求め、c0=C’−α(Vc1+Vc2)/2から微分容量の素子電圧Vcに無関係な成分c0を求め、
微分容量c=c0+αVcを用いてキャパシタンス素子から2時点間(t=T2−T1)に放出されるエネルギUを求め、
W=U−I2Rtのエネルギ平衡式から2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗として内部抵抗R=(U−W)/I2tを求め、
2時点間(t=T2−T1)の静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算することを特徴とする電気二重層キャパシタの性能測定方法。 - 2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗として内部抵抗R=(U−W)/I2tを求め、
前回求めた内部抵抗Rの計算値をRoldとし、素子電圧Vc=V+IRoldを求め、求めた素子電圧Vcを用いてU及びRを新たに求め、前回求めたRoldと今回求めたRとの差|Rold−R|が十分に小さい収束条件εnに対して|Rold−R|<εnかどうかを判定し、この判定が否定のときは、肯定となるまでの間、求めた内部抵抗Rの計算値をRoldとし、素子電圧Vc=V+IRoldを求め、求めた素子電圧Vcを用いてU及びRを新たに求め、前回求めたRoldと今回求めたRとの差|Rold−R|が十分に小さい収束条件εnに対して|Rold−R|<εnかどうかの第1の判定を繰り返し、
前記第1の判定が肯定された場合に、2時点間(t=T2−T1)の静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算することを特徴とする請求項4に記載の電気二重層キャパシタの性能測定方法。 - 前記第1の判定が肯定された場合は、前回求めた定数項をc0oldとし、求めた内部抵抗R及び素子電圧Vcを用いて定数項c0を新たに求め、前回のc0oldと今回のc0との差|c0old−c0|が、十分に小さい収束条件εmに対して|c0old−c0|<εmかどうかを判定し、この判定が否定のときは、肯定となるまでの間、求めた定数項をc0oldとし、求めた内部抵抗R及び素子電圧Vcを用いて定数項c0を新たに求め、前回のc0oldと今回のc0との差|c0old−c0|が、十分に小さい収束条件εmに対して|c0old−c0|<εmかどうかの第2の判定を繰り返し、
前記第2の判定が肯定された場合に、2時点間(t=T2−T1)の静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算することを特徴とする請求項5に記載の電気二重層キャパシタの性能測定方法。 - 前記第2の判定が肯定された場合は、前回求めた電荷法による静電容量をC’oldとし、求めた内部抵抗R及び素子電圧Vcを用いて電荷法による静電容量C’を求め、前回のC’oldと今回のC’との差|C’old−C’|が、十分に小さい収束条件εkに対して|C’old−C’|<εkかどうかを判定し、この判定が否定のときは、肯定となるまでの間、求めた定数項をC’oldとし、求めた内部抵抗R及び素子電圧Vcを用いて電荷法による静電容量C’を求め、前回のC’oldと今回のC’との差|C’old−C’|が、十分に小さい収束条件εkに対して|C’old−C’|<εkかどうかの第3の判定を繰り返し、
前記第3の判定が肯定された場合に、2時点間(t=T2−T1)の静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算することを特徴とする請求項6に記載の電気二重層キャパシタの性能測定方法。 - 前記第1から第3の判定が肯定された場合、求めた内部抵抗Rから求まる素子電圧Vcと乖離エネルギΔWとにより、α=12ΔW/(Vc1−Vc2)3と評価されるαの値が、微分容量c=dq/dVの特性から規定される素子電圧の依存成分αVcのαと一致し、これにより、求めた内部抵抗Rが、測定すべき2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗となることを特徴とする請求項7に記載の電気二重層キャパシタの性能測定法。
- 電気二重層キャパシタの性能測定方法において、
理想分極特性を有するキャパシタの端子から2時点間(t=T2−T1)に放出されるエネルギW0=It(Vc1−Vc2)/2と、前記理想分極特性を有するキャパシタの素子からの放出エネルギU0=It(Vc1+Vc2)/2と、前記電気二重層キャパシタの放電時に計測された端子からの放出エネルギWと、前記電気二重層キャパシタの放電時の素子からの放出エネルギUと、から、W−W0またはU−U0、として求まる乖離エネルギΔWをΔW=W−W0=U−U0と定義し、
微分容量c=dq/dV=c0+αVcの特性から規定される、素子電圧Vcに依存する成分αVcのαと、乖離エネルギΔWと、素子電圧Vcと、の関係が、ΔW=α(Vc1−Vc2)3/12を満たすように、前記電気二重層キャパシタの内部抵抗Rを求めることを特徴とする電気二重層キャパシタの性能測定方法。 - 2時点間(t=T2−T1)に放出される電荷Qは、微分容量c=c0+αVcを用いて、電荷Q=It=∫cVcdVc=c0(Vc1−Vc2)+α(Vc12−Vc22)/2となることから、微分容量の素子電圧Vcに無関係な成分c0は、理想分極性を有するキャパシタの電荷法による静電容量C’=It/(Vc1−Vc2)を用いて、c0=C’−α(Vc1+Vc2)/2として定義されることを特徴とする請求項9に記載の電気二重層キャパシタの性能測定方法。
- 前記電気二重層キャパシタの乖離エネルギΔW=W−W0=U−U0は、2時点間(t=T2−T1)に電気二重層キャパシタの素子から放出されるエネルギU=c0(Vc12−Vc22)/2+α(Vc13−Vc23)/3と、理想分極特性を有するキャパシタの素子からの放出エネルギU0=It(Vc1+Vc2)/2と、電荷法の静電容量C’=It/(Vc1−Vc2)=C0+α(Vc1+Vc2)/2とから、ΔW=α(Vc1−Vc2)3/12として定義されることを特徴とする請求項10に記載の電気二重層キヤパシタの性能測定方法。
- 電気二重層キャパシタの性能測定において、
緩和充電後の定電流放電において、放電開始から終了までの2時点間(t=T2−T1)に端子から放出されるエネルギWおよび電荷Q=Itを求め、
微分容量c=dq/dVの特性から規定される素子電圧に依存する成分αVcのαを求め、
時点T2での端子電圧V2を求め、
2時点(T1、T2)に対応する素子電圧を、Vc1=Eとし、Vc2=V2+IR=0と仮定し、電荷法による静電容量C’=It/(Vc1−Vc2)を求め、
素子電圧に無関係な成分c0=C’−α(Vc1+Vc2)/2を求め、これをc0oldとし、
微分容量c=c0old+αVcを用いて、2時点間(t=T2−T1)に素子から放出されるエネルギUを求め、
W=U−I2Rtのエネルギ平衡式から、2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗として内部抵抗R=(U−W)/I2tを求め、
2時点間(t=T2−T1)の静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算することを特徴とする電気二重層キャパシタの性能測定法。 - 2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗として内部抵抗R=(U−W)/I2tを求め、
前回求めた内部抵抗Rの計算値をRoldとし、素子電圧Vc2=V2+IRoldを求め、求めたVc2を用いて素子放出エネルギU及び内部抵抗Rを新たに求め、
前回求めたRoldと今回求めたRとの差|R−Rold|が十分小さい収束条件εnに対して、|R−Rold|<εnかどうかの第4の判定を繰り返し、
前記第4の判定が肯定された場合に、2時点間(t=T2−T1)の静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算することを特徴とする請求項12に記載の電気二重層キャパシタの性能測定法。 - 前記第4の判定が肯定された場合は、前回求めた内部抵抗Rを用いて電荷法の静電容量C’=It/(Vc1−Vc2)を新たに求め、求めた静電容量C’を用いて、定数項c0=C’−α(Vc1+Vc2)/2を新たに求め、前回求めたc0oldと今回求めたc0との差|c0−c0old|が十分に小さい収束条件εmに対して、|c0−c0old|<εmかどうかの第5の判定をし、この判定が否定のときは、肯定となるまでの間求めた定数項c0をc0oldとし、この値に基づいて求めた内部抵抗Rを用いて電荷法の静電容量C’=It/(Vc1−Vc2)を新たに求め、求めた静電容量C’を用いて、定数項c0=C’−α(Vc1+Vc2)/2を新たに求め、前回求めたc0oldと今回求めたc0との差|c0−c0old|が十分に小さい収束条件εmに対して、|c0−c0old|<εmかどうかの第5の判定を繰り返し、
前記第5の判定が肯定された場合に、2時点間(t=T2−T1)の静電容量C=2(W+I2Rt)/(Vc12−Vc22)を計算することを特徴とする請求項13に記載の電気二重層キャパシタの性能測定法。 - 前記第4及び第5の判定が肯定された場合、求めた内部抵抗Rから求まる素子電圧Vcと乖離エネルギΔWとにより、α=12ΔW/(Vc1−Vc2)3と評価されるαの値が、微分容量c=dq/dVの特性から規定される素子電圧の依存成分αVcのαと一致し、これにより、求めた内部抵抗Rが、測定すべき2時点間(t=T2−T1)の実効抵抗となることを特徴とする請求項14に記載の電気二重層キャパシタの性能測定法。
- T1は放電開始時点に設定されることを特徴とする請求項9から15のいずれか一つに記載の電気二重層キャパシタの性能測定方法。
- 微分容量を用いてキャパシタンス素子から2時点間(t=T2−T1)に放出されるエネルギUは、U=∫c・VcdVc=c0(Vc12−Vc22)/2+α(Vc13−Vc23)/3
と定義されることを特徴とする請求項1から16の何れか1つに記載の電気二重層キャパシタの性能測定方法。 - 充放電試験器と、電気二重層キャパシタを含むキャパシタユニットと、により構成され、
前記充放電試験器は、前記請求項1から17のいずれか一つに記載の電気二重層キャパシタの性能測定方法を実行することを特徴とする電気二重層キャパシタの性能測定システム。
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