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Etude et modelisation des supercondensateurs


par Yasser Diab
Damas - Doctorat 2009
  

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3.6. Conclusion

Pour conclure sur la caractérisation, nous pouvons noter qu'il est nécessaire, pour mieux intégrer un supercondensateur dans les applications, de connaître ou de déterminer un certain nombre de paramètres essentiels : C(u), ESR, puissance et énergie disponibles, caractéristiques thermiques et qualité (vieillissement, rendement coulombien, etc.). Pour cela, des méthodes de caractérisation sont mises en oeuvre et sont appliquées sur des supercondensateurs commercialisés : charge/décharge à courant constant, à tension constante, à puissance

constante, voltampéremétrie, spectroscopie d'impédance.

Nous avons trouvé que la valeur des paramètres des supercondensateurs dépend de la technique de caractérisation ceci à cause de la non-linéarité de la capacité du supercondensateur, du phénomène de redistribution et des phénomènes faradiques tels que les réactions d'oxydoréduction. Plusieurs supercondensateurs commercialisés ont été étudiés par ces techniques de mesure. La capacité et la rési stance sont définies comme une quantité dynamique dépendant de la tension et du courant de charge/décharge du supercondensateur. La capacité mesurée est liée à la double couche et aux réactions électrochimiques [80].

Pour conclure sur les méthodes de mesure, vu que les paramètres des supercondensateurs peuvent dépendre des techniques de caractérisation, des mesures ont été effectuées afin de minimiser les perturbations faradiques, comme une charge/décharge du composant plusieurs fois. Cela donne des résultats très proches et fiables que peuvent être employés dans les applications industrielles.

Dans ce chapitre, nous avons présenté quelques circuits équivalents du supercondensateur. Ces circuits ont été utilisés pour interpréter les mesures obtenues. Les éléments des modèles établis sont identifiés à l'aide des techni ques de mesure présentées précédemment.

Le modèle classique RC donne une première approximation du comportement du supercondensateur. Le modèle à deux branches RC avec une capacité non-linéaire est un modèle assez simple et précis, mais il est limité et incapable de modéliser le comportement dynamique du composant. Les comportements résultant de la structure poreuse des électrodes du supercondensateur ont été modélisés par des réseaux RC en s érie avec le modèle à simple pore [96].

Le comportement inductif de la cellule peut être modélisé par des réseaux RL en série avec l'inductance Ls. Cet effet est provoqué par des réactions électrochimiques, par la dispersion de la porosité des électrodes et par la connectique du composant. L'expérience montre néanmoins que l'effet inductif est négligeable pour les cellules de forte valeur [114].

Nous avons étudié dans ce chapitre les variations des caractéristiques électriques des supercondensateurs en fonction de la température ambiante et les avons corrélées aux modèles à deux branc hes et avec pores non-homogènes.

Une augmentation de la température améliore les performances en termes d'énergie et de puissance, car la capacité augmente légèrement et les résistances (EDR et Rs) diminuent mais cette augmentation de température diminue le rendement coulombien. Notons qu'aux basses températures les supercondensateurs présentent globalement un meilleur comportement que les

accumulateurs.

Le supercondensateur a été modélisé thermiquement par des circuits RthCth avec deux constantes de temps thermique. Le modèle thermique nous a permis d'estimer l'évolution de la température du composant due à l'autoéchauffement lors de son fonctionnement.

Malheureusement, en cours d'utilisation, les performances des supercondensateurs diminuent. Les symptômes majeurs rencontrés sont une diminution de la capacité liée à la quantité de charges stockées et une augmentation de résistance.

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