Bibliographie & annexes
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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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Lire l’articleAuteur(s)
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Hamid GUALOUS : Maître de Conférences HDR, Laboratoire L2ES-FC_Lab Belfort
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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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Conclusion
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3. Applications
Les applications envisagées pour les supercondensateurs regroupent :
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l’automobile, en particulier les nouvelles architectures de chaîne de traction hybride ;
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le transport collectif urbain : bus, tramways, métros, trains… ;
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les applications industrielles telles que les alimentations sans interruptions, les alimentations de secours, appareils de mesures… ;
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l’électronique domestique : appareils photos…
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Sur le segment de l’automobile, la technologie des supercondensateurs satisfait les fonctions :
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de démarrage, en particulier avec des contraintes à basse température ;
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d’organe de puissance des chaînes de traction hybride (assistance aux accélérations et récupérations de l’énergie) ;
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d’alimentation des organes auxiliaires.
Le concept de véhicule hybride parallèle, utilisant un moteur électrique comme complément au moteur thermique sur des durées de quelques secondes, est appelé à se développer de façon massive. En effet, il répond aux aspirations de réduction de consommation et d’émissions, d’électrification croissante des équipements et d’intégration de nouvelles fonctions de confort.
L’utilisation des supercondensateurs est particulièrement adaptée aux nouvelles fonctions de la chaîne de traction (filtrage des appels de puissance, stop & go, accélération, récupération d’énergie au freinage…). Ces fonctions exigent des appels de puissance importants pendant quelques secondes et une durée de vie de l’élément de stockage d’énergie de plusieurs centaines de milliers de cycles.
Parmi les solutions à l’étude pour satisfaire ce type de cahier des charges, les supercondensateurs se présentent comme l’une des technologies les plus prometteuses.
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Sur le segment du transport collectif urbain :
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les supercondensateurs permettent d’améliorer le rendement énergétique des tramways et métros en permettant la récupération de l’énergie de freinage, ce qui autorise une augmentation du trafic sans investissement réseau et réduit le coût de possession ;
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de nouveaux concepts sont à l’étude, dont le tramway sans caténaire fonctionnant avec l’énergie...
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Applications
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 : -
-
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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