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Etude et modelisation des supercondensateurs


par Yasser Diab
Damas - Doctorat 2009
  

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4. Étude, caractérisation

et modélisation

de l'autodécharge

des supercondensateurs

4. Étude, caractérisation et modélisation de

l'autodécharge des supercondensateurs

4.1. Introduction

Les supercondensateurs sont employés pour stocker l'énergie électrique pour des périodes s'étendant de quelques secondes à plusieurs jours. L'autodécharge permet de déterminer la durée du maintien de l'énergie stockée, en particulier pour les applications ayant un rapport cyclique bas. Une application typique est le démarrage d'un moteur de voiture après une semaine de stationnement dans un parking. Dans ce cas, il est nécessaire que le dispositif de stockage maintienne son énergie stockée le plus longtemps possible [55]. Dans les accumulateurs classiques, l'autodécharge reste très faible par rapport à celle des supercondensateurs et la durée de maintien de la plus grande part de l'énergie (shelf-life) est de l'ordre de quelques dizaines de mois à quelques années [138].

L'amplitude de l'autodécharge peut être déterminée soit en mesurant directement le courant de l'alimentation nécessaire à maintenir une tension constante (méthode appelée floating), ou soit par l'enregistrement de la tension aux bornes du supercondensateur en fonction du temps [1 39].

Dans notre travail, l'autodécharge est caractérisée par la mesure de la décroissance de la tension des supercondensateurs en circuit ouvert. La diminution graduelle en circuit ouvert de la tension d'un supercondensateur chargé peut être due à deux mécanismes différents: l' autodécharge ou la redistribution de charges. La redistribution de charges correspond à la répartition de charges entre les pores ayant des accessibilités différentes. Afin d'éviter celle-ci, nous allons commencer par définir une méthodologie à suivre pendant toute la caractérisation de l'autodécharge.

Plusieurs phénomènes peuvent se produire dans un supercondensateur chargé en circuit ouvert du fait de la nature chimique du supercondensateur. En effet, l'autodécharge est une fonction complexe du temps, de la tension et de la température. Certaines conditions, telles que la valeur de la tension, le type des impuretés dans l'électrolyte, etc., déterminent la nature des mécanismes de l'autodécharge et leur durée. La simple mise en parallèle d'une résistance de fuite avec la capacité totale du supercondensateur n'est donc pas suffisante pour modéliser convenablement l'autodécharge avec toute sa complexité. Pour cela, nous envisageons dans ce chapitre de déterminer un nouveau circuit électrique équivalent de l'autodécharge nous permettant de mieux la représenter et surtout de quantifier l'énergie dissipée dans le

supercondensateur lors de l'autodécharge.

Tout d'abord, l'autodécharge s'accélère fortement en fonction de la tension initiale et de la température ambiante ce qui réduit l'énergie emmagasinée dans le supercondensateur . Nous décrirons ainsi la dépendance des paramètres du modèle de l'autodécharge vis-à-vis de la tension et de la température.

Pour évaluer les paramètres de l'autodécharge en fonction de la tension et la température, et généraliser notre étude expérimentale, nous allons étudier l'autodécharge de supercondensateurs commerciaux issus de différents fabricants ayant des capacités et des tensions nominales différentes et étant produits. Les paramètres de l'autodécharge sont présentés en valeur réduite afin, d'une part, de les comparer par rapport à ceux donnés par le constructeur, et d'autre part, de montrer comment l'autodécharge peut varier suivant la capacité et les technologies de fabrication.

Le phénomène de récupération de tension apparaît, pour des faibles autodécharges. Une présentation expérimentale et une interprétation de celui-ci seront présentées.

Finalement, les éléments du modèle de l'autodécharge s ont déterminés en utilisant la sp ectroscopie d'impédance et comparés avec ceux trouvés par la mesure de la décroissance de la tension aux bornes du supercondensateur.

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