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RÉSUMÉ
La caractérisation et les applications des supercondensateurs sont présentées quand ils sont sollicités par des contraintes électriques, thermiques et dynamiques. Les différentes études réalisées montrent que le supercondensateur se comporte comme un filtre passe-bas avec une fréquence de coupure de l’ordre de 1 Hz. Sa résistance série et sa capacité varient en fonction de la fréquence, de la température et de la tension appliquée à ses bornes. Ses caractéristiques électriques sont celles d’un système complexe qui nécessite la redéfinition de la notion de capacité. Des exemples sont donnés pour le dimensionnement de modules de supercondensateurs.
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Hamid GUALOUS : Maître de Conférences HDR, Laboratoire L2ES-FC_Lab Belfort
-
Roland GALLAY : Responsable R & D Maxwell Technologies Rossens Suisse
INTRODUCTION
Ce dossier traite de la caractérisation et des applications des supercondensateurs sollicités par des contraintes électriques, thermiques et dynamiques, avec une attention particulière pour le domaine du transport terrestre. Les différentes études réalisées montrent d’une part que le supercondensateur se comporte comme un filtre passe-bas avec une fréquence de coupure de l’ordre de 1 Hz, et d’autre part que sa résistance série et sa capacité varient en fonction de la fréquence, de la température et de la tension appliquée à ses bornes. Ses caractéristiques électriques sont celles d’un système complexe qui nécessite la redéfinition de la notion de capacité. Des exemples sont donnés pour le dimensionnement de modules de supercondensateurs.
On trouve actuellement sur le marché des supercondensateurs dont la capacité se situe entre 0,1 et 5 000 F. La tension d’utilisation, impérativement limitée par la tension de dissociation du système électrochimique, est de 1,2 V dans le cas d’un électrolyte aqueux et de 2,3 à 2,85 V dans le cas d’un électrolyte organique. En règle générale, ces composants sont utilisés entre leur tension nominale et la moitié de cette valeur pour des raisons de rendement des circuits électroniques alimentés. Des informations générales plus détaillées peuvent être trouvées dans le dossier .
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Dimensionnement et équilibrage des supercondensateursArticle inclus dans l'offre
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1. Caractérisation et performance des supercondensateurs
1.1 Modélisation
Des développements récents dans le domaine des supercondensateurs ont montré que l’on doit faire appel à des modèles élaborés pour décrire leur comportement. Il est indispensable de tenir compte des différents paramètres que sont la fréquence, la tension et la température.
La pratique montre qu’un modèle simplifié permet de décrire d’une manière fidèle le comportement électrique d’un supercondensateur. Ce modèle est composé de deux branches. La modélisation est détaillée dans les références [1] [2] [3] [4] [5] et dans la thèse [23].
HAUT DE PAGE1.2 Caractérisation
La norme CEI 62391 « Condensateurs à double couche pour utilisation en électronique » est le premier document définissant une méthodologie de mesure et de caractérisation des supercondensateurs. Elle définit aussi bien les essais électriques, que mécaniques et environnementaux.
La caractérisation électrique des supercondensateurs fait appel à des techniques de mesure très délicates à cause de leur impédance extrêmement faible. Leur capacité se situe dans la gamme de 1 à 5 000 F. Leur impédance correspondante, évaluée à 1 Hz, est de l’ordre de 10 –4 à 10–1 Ω. Ces valeurs sont de l’ordre de grandeur de la résistance série. Pour mesurer l’impédance réelle et imaginaire d’un composant, il est absolument indispensable d’utiliser une technique de mesure à 4 fils. Le principe étant d’injecter un courant calibré à travers le condensateur et de mesurer, à l’aide d’un circuit à haute impédance, la chute de potentiel occasionnée directement aux bornes du condensateur. De cette manière, on s’affranchit des pertes ohmiques dans les connections ; ces dernières ayant tendance à évoluer au cours du temps. Le circuit d’injection du courant doit avoir une section suffisante pour ne pas induire d’échauffement. Les deux circuits doivent être absolument isolés et indépendants l’un par rapport à l’autre.
Deux méthodes couramment utilisées pour caractériser...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZUBIETA (L.), BONERT (R.) - Characterization of double-layer capacitors for power electronics applications. - IEEE-IAS’98, pp. 1149-1154, St. Louis, MO, USA, 12-15 oct. 1998.
-
(2) - BONERT (R.), ZUBIETA (L.) - Measurement techniques for evaluation of double-layer power capacitors. - IEEE-IAS’97, vol. 2, pp. 1097-1100, New Orleans, LA, USA, 5-9 oct. 1997.
-
(3) - KARDEN (E.), BULLER (S.), DE DONCKER (R.W.) - A frequency – domain approach to dynamical modeling of electrochemical power sources. - Electrochimica Acta, 1-10 (2002).
-
(4) - KÖTZ (R.), CARLEN (M.) - Principles and applications of electrochemical capacitors. - Electrochimica Acta 45, 2483-2498 (2000).
-
(5) - HAHN (M.), BAERTSCHI (M.), BARBIERI (O.), SAUTER (J.-C.), KÖTZ (R.), GALLAY (R.) - Interfacial capacitance and electronic conductance of activated carbon double-layer electrodes. - Electrochem. Solid St., 7 (2), A33-A36 (2004).
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NORMES
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Fixed electric double layer capacitors for use in electronic equipment – Part 1 : Generic specification. - IEC 62391-2 : -
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Fixed electric double layer capacitors for use in electronic equipment – Part 2 : Sectional spécification : Electric double layer capacitors for power application. - IEC 62391-2 : -
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Fixed electric double layer capacitors for use in electronic equipment – Part 2-1 : Blank detail specification : Electric double layer capacitors for power application. Assessment level EZ. - IEC 62391-2-1 : -
KFI Kilofarad International
HAUT DE PAGE2 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
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