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Etude et modelisation des supercondensateurs

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par Yasser Diab
Damas - Doctorat 2009
  

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5.5. Conclusion

Nous avons montré qu'il existe deux paramètres principaux (Rf et C) pouvant être la cause de déséquilibres de tensions dans un module de supercondensateurs. Nous avons traité les cas essentiels : la dispersion de la capacité et/ou la dispersion de la résistance de fuite Rf.

Le remède au déséquilibre de tension consiste à ajouter aux bornes de chaque cellule élémentaire un circuit d'équilibrage intervenant lorsqu'une différence de tension apparaît. Les recherches bibliographiques ont montré qu'il existait plusieurs circuits d'équilibrage commercialisés, par résistances, diodes Zener, résistances commandées, convertisseurs statiques Buck-Boost sans ou avec transformateur), etc. Nos résultats montrent que ces circuits d'équilibrage diffèrent par leur rendement et par leur espérance de vie :

· Le circuit d'équilibrage avec résistance simple améliore l'espérance de vie du supercondensateur, mais participe à la dissipation d'une partie importante de l'énergie stockée, ce qui diminue le rendement énergétique.

· Le circuit d'équilibrage avec diodes Zener n'est plus commercialisé actuellement à cause de leur tensions et courant limités.

· Le circuit d'équilibrage de résistances avec interrupteurs commandées permet de contrôler l'énergie dissipée, tout en améliorant les contraintes de tension aux bornes du composant, ce qui contribue à une augmentation importante de l'espérance de vie du composant. L'inconvénient principal est que son coût est un peu élevé.

· Le circuit Buck-Boost équilibre la tension des supercondensateurs en transférant instantanément l'excédant d'énergie dû aux surtensions à des composants moins chargés. Ce circuit augmente l'espérance de vie du supercondensateur ainsi que le rendement énergétique du système d'équilibrage mais son encombrement ainsi que son coût élevé limitent son utilisation industrielle. Pour la même raison le système d'équilibrage des tensions des supercondensateurs avec transformateur n'est pas utilisé.

La constante de temps de l'autodécharge est élevée et est d'au moins quelques heures. Ce cas de déséquilibrage statique peut être parfaitement résolu par l'utilisation de résistances d'équilibrage en parallèle avec chaque cellule de supercondensateur.

Nous avons constaté que la performance et l'espérance de vie dépend essentiellement du ty p e d'application ; c'est-à-dire du profil de tension et de courant. Ceci rend chaque système d'équilibrage approprié à une application donnée.

L'équilibrage passif est plus approprié pour des applications à faible rapport cyclique. Dans ce s applications, la grandeur de la résistance d'équilibrage est généralement fixée à 1/10 de la valeur de résistance de fuite moyenne de la cellule. Les avantages de cette méthode d'équilibrage sont la simplicité et un faible coût.

Le système d'équilibrage par résistances commandées est requis pour les applications à rapport cyclique élevé. Dans ce type d'équilibrage, un certain nombre de commandes peut être utilisé pour atteindre l'équilibre de tension. La grandeur des résistances d'équilibrage peut être de l'ordre de 1/100 de la résistance de fuite. Dans ces applications un système de refroidissement est nécessairement installé, pour minimiser l'effet de la température sur l'espérance de vie du supercondensateur.

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