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Etude et modelisation des supercondensateurs

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par Yasser Diab
Damas - Doctorat 2009
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4.6. Comparaison de l'autodécharge de différents

supercondensateurs

4.6.1. Détermination des paramètres nominaux de l'autodécharge

A fin de comparer les résultats obtenus expérimentalement avec ceux donnés par le fabricant et d'évaluer les paramètres de l'autodécharge en fonction de différents facteurs tels que la capacité du supercondensateur, la technologie de fabrication, etc., nous définissons et calculons certains paramètres liés aux caractéristiques de l'autodécharge.

Le premier est la résistance de fuite du fabricant RfN. Elle peut être calculée en fonction du courant de fuite et de la tension nominale, qui sont données dans la documentation constructeur pour une température de 25 °C (cf. eq. 4-23). Le deuxième est la résistance de fuite par Farad (cf. eq. 4-24). Notons que nous avons indicé ces paramètres par N (courant de fuite IfN, tension nominale UN, et capacité du supercondensateur CN).

RfN

UN

= 4-23

I fN

 

R fN Ù

( )

Résistance de fuite par Farad = 4-24

C ( )

N F

Afin de montrer l'effet de la technologie de fabrication sur les caractéristiques de

l'autodécharge, nous avons distingué deux types de supercondensateurs, les
supercondensateurs produ ts par le fabricant MAXWELL et ceux produits par d'autres

i

fabricants (EPCOS et BATSCAP).

4.6.2. Autodécharge des superco ndensateurs du fabricant

MAXWELL

Nous résumons dans le tableau 4-5 les caractéristiques des quatre supercondensateurs MAXWELL étudiés. Ils possèdent des capacités et des tensions nominales différentes. Les composants BCAP010, BCAP013 et BCAP350 sont issus de la même technologie (ancienne génération de supercondensateurs), alors que le composant M600 plus récent est fabriqué par une autre technologie (qualité de charbon actif et épaisseurs différentes). Nous constatons d'après le tableau 4-5 que la résistance de fuite RfN et la résistance de fuite par Farad augmentent lors de la diminution de la capacité totale du composant.

Fabricant
MAXWELL

Capacité
Nominale

Tension
nominale

Courant de fuite

Résistance
de fuite

Résistance
de fuite par
Farad

Paramètre

CN

(F)

U N
(V)

I fN

(mA)

Délai
de mesure

R fN

(?)

R /C

fN N

(?/F)

BCAP010

2600

2,5

5

72 h

500

0,19

M600

2600

2,7

5

72 h

540

0,21

BCAP013

450

2,5

3

72 h

833

1,85

BCAP350

350

2,5

1

72 h

2500

7,14

 

Tab. 4-5 : Paramètres nominaux de l'autodécharge des supercondensateurs Maxwell

La figure 4-31 montre la caractéristique de l'autodécharge des quatre composants étudiés. Cette caractéristique a été déterminée par la méthodologie présentée précédemment à une température de 25 °C. Tous les composants sont chargés initialement à la même tension (2,5 V). Nous constatons qu'ils n'ont pas les mêmes caractéristiques d'autodécharge surtout pendant les premières heures.

Fig. 4-28 : Caractéristique de l'autodécharge des supercondensateurs MAXWELL

Dans le tableau 4-6, nous comparons les résultats expérimentaux avec ceux du fabricant. Nous trouvons que la valeur obtenue de la résistance de fuite est supérieure à celle du fabricant. En effet, d'une part le fabricant l'a déterminée après 72 heures d'alimentation et sans séparer les deux phénomènes de l'autodécharge. De notre coté, nous l'avons déterminé pour une période de mesure très ngue (un

lo e se maine) et de pl nous tenon ompte, da

us s c ns la détermination de la résistance de fuite, de l'autodécharge du processus de diffusion lié à l'oxydoréduction. D'autre part, la résistance de fuite donnée par le fabricant celle-ci est donnée pour un courant ite n

de fu ominale maximale (donc résistance de fuite minim

ale).

Maxwell

Capacité
Nominale

Résistance
de fuite
du
fabricant

e fu

Résistance d ite

déterminée
expérimentalement

Résistance
de fuite
norm alisée

Résistance
de fuite
par Farad
du
fabrica nt

Résistance de fuite
par Farad
déterminée
expérimentalement

Paramètre

C N (F)

(?)

R fN

R f

(?)

R f/ R fN

(%)

R fN / C N
(?/F)

R f / C N
(?/F)

BCAP010

2600

500

1345

269

0,19

0,52

M600

2600

540

729

135

0,21

0,28

BCAP013

450

833

4990

599

1,85

11,1

BCAP350

350

2500

8025

321

7,14

23,0

 

Tab. 4-6 : Comparaison des paramètres de l'autodécharge
donnés par le fabricant avec ceux expérimentaux

D'après les résultats expérimentaux dans le tableau ci-dessus et sur les figure 4-29-a et b,

nous trouvons que la résistance de fuite augmente lors de la diminution de la capacité du supercondensateur. Ceci est dû à la quantité des impuretés et à la surface du séparateur, qui augmentent avec les valeurs de capacité.

(a)

(b)

Fig. 4-29 : Résistance de fuite des supercondensateurs Maxwell
en fonction de la tension initiale et de la température

Nous pouvons constater sur la figure 4-28 que pendant les premières heures (pendant le processus de diffusion lié à l'oxydoréduction) l'autodécharge du supercondensateur BCAP350 et celle du BCAP013 est supérieure à celle BCAP010. Ceci peut être constaté aussi sur la figure 4-30-a et b : le pourcentage de la capacité Crp du supercondensateur BCAP350 et celle du BCAP013 est supérieure à celle BCAP010 et pour toutes les tensions initiales et toutes les températures ambiantes. Ceci est explicable car les réactions d'oxydoréduction se multiplient dans les s perconden ateurs de

u s faible capacité [116 ]. En revanche, nous remarquons que le

composants M600 a la capacité Crp (en valeur réduite) la plus grande ; l'énergi e dissipée par l'autodécharge due au pr ssus

oce de diffusion lié à l'oxydoréduction est plus la

importante,

technologie de fabrication est différente.

BCAP010 M600

BCAP013 BCAP350

-25 -5 15 35 55 7 5

Tem perature (DC)

(b)

Crp/CN

100%

10%

1%

(a)

Fig. 4-30 : Capacité Crp des supercondensateurs Maxwell
en fonction de la tension initiale de la température

(a)

(b)

Fig. 4-31 : Résistance Rrp des supercondensateurs MAWELL
en fonction de la tension initiale et de la température

D'après les résultats expérimentaux des figures ci-dessus (cf. fig. 4-29 à 4-31), nous constatons que les paramètres du composant M600 sont plus influençables par la tension initiale et la température que les autres composants.

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