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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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2. Dimensionnement et équilibrage des supercondensateurs
2.1 Dimensionnement
Un module de supercondensateurs est dimensionné selon un cahier des charges établi en fonction de la puissance demandée et de la durée pendant laquelle le module doit fournir cette puissance. La méthodologie de dimensionnement est illustrée par le diagramme de la figure 8. Cette méthode consiste à :
-
fixer les niveaux des tensions et des courants nominaux ;
-
déterminer la capacité totale du module de supercondensateurs à utiliser ;
-
déterminer le nombre d’éléments à mettre en série N série et en parallèle N parallèle .
On définit les paramètres suivants :
-
P puissance fixée par le cahier des charges ;
-
Δt durée pendant laquelle le module de supercondensateurs fournit la puissance demandée (temps de décharge) ;
-
U max tension maximale du module de supercondensateurs ;
-
U min tension minimale du module de supercondensateurs, généralement U min = U max /2, car lorsque le module de supercondensateurs se décharge entre U max et U max /2, 75 % de la puissance électrique stockée est consommée ;
-
I courant moyen de décharge des supercondensateurs ;
-
Ct capacité totale du module de supercondensateurs ;
-
R résistance série équivalente totale des supercondensateurs.
La capacité totale et la résistance interne R du module de supercondensateurs sont calculées d’après le nombre de cellules mises en série ou en parallèle. Ces deux paramètres sont donnés par :
et
avec :
- C :
- capacité
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BIBLIOGRAPHIE
-
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-
(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).
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(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).
-
...
NORMES
-
Fixed electric double layer capacitors for use in electronic equipment – Part 1 : Generic specification. - IEC 62391-2 : -
-
Fixed electric double layer capacitors for use in electronic equipment – Part 2 : Sectional spécification : Electric double layer capacitors for power application. - IEC 62391-2 : -
-
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 : -
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