Supercondensateurs

Calcul du courant instantané I (Ampères) à travers un supercondensateur
Avec C (Farads) la capacité de la cellule et dV (Volts) la variation de la tension à ses bornes pendant une durée dt (secondes).

Calcul de l’énergie E (Joules) contenue dans un supercondensateur
Avec V (Volts) la tension à ses bornes.

De manière plus conventionnelle, on exprimera l’énergie en Watt heure

• Charger le supercondensateur en appliquant sa tension nominale Vn (Volts) et un courant de charge I constant ne dépassant pas la limite de courant indiquée par le constructeur.
• Laisser la cellule au repos quelques secondes en circuit ouvert.
• Décharger le supercondensateur, toujours à courant constant, jusqu’à la moitié de sa tension nominale.
• Laisser la cellule au repos quelques secondes en circuit ouvert.
• Répéter ce cycle de charge-décharge : Après charge et à la fin du repos, mesurer la tension (V1, proche de Vn). Décharger et mesurer le temps de décharge T entre V1 et la moitié de la tension nominale (V2 = Vn/2).
• Décharger le module à une tension de sécurité faible (<0,1 V). Cette étape ne fait pas partie du test, c’est une sécurité.

Les résultats du second cycle sont utilisés pour calculer la capacité et l’ESR. Les données du premier cycle ne sont pas utilisées car la cellule n’a pas été activée et la capacité mesurée et les valeurs ESR sont différentes par rapport au deuxième cycle et aux cycles suivants.

• Suite aux cycles de charge-décharge pour tester de la capacité, reprendre les résultats obtenues.
• Visualiser la monté en tension du supercondensateur durant le repos après la décharge.
• Cette différence de tension est égale au courant de décharge multiplié par la résistance série ESR du supercondensateur :

• L’auto-décharge désigne la baisse de tension naturelle d’un supercondensateur complétement chargé à sa tension nominale. L’auto-décharge évolue de façon dégressive et non linéaire. La vitesse d’autodécharge dépend du niveau de tension de la cellule, de la température, des imperfections du séparateur et des impuretés présentes dans l’électrolyte et sur les électrodes. Pour mesurer l’auto-décharge il suffit de charger la cellule/le module à sa tension nominale et maintenir la charge (≈1h). On ouvre ensuite le circuit de charge et on mesure la tension aux bornes du supercondensateur après 72h.
• Le courant de fuite est en grande partie responsable de l’autodécharge, il est égal au courant de charge requis pour maintenir le supercondensateur à la valeur de tension spécifiée. Plus le supercondensateur est maintenu en tension, plus le courant de fuite est faible. Le résultat mesuré est influencé par la température, la tension à laquelle l’appareil est chargé et les conditions de vieillissement. Il suffit de mesurer le courant permettant de maintenir le supercondensateur à sa tension nominale après une période de 72h à température ambiante 23°C + 2°C.

• Origines d’un déséquilibre des tensions dans un module:

La mise en série de supercondensateurs ne peut être réalisée simplement à cause des différents paramètres de chaque cellule du module. Ces différences sont dues aux valeurs des capacités, aux températures, aux vieillissements et aux paramètres de fabrication qui peuvent être différents pour chaque supercondensateur. Ces trois raisons conduisent à des déséquilibres de tension entre chaque cellule.

Pour pallier ce problème, privilégiez la mise en série de supercondensateurs les plus identiques possibles et l’utilisation un système d’équilibrage des tensions.

Dans un module de supercondensateurs, il existe trois types principaux de déséquilibre de tension :

1. Déséquilibre dû aux courants de fuite différents
2. Déséquilibre dû aux capacités différentes
3. Déséquilibre dû aux résistances série différentes (ESR).

• Risques d’un déséquilibrage des tensions :

A défaut d’équilibrage, une surtension peut apparaître sur un des supercondensateurs du module. Cela engendre alors la détérioration progressive et accélérée de la cellule. En effet, la surtension diminue la capacité, augmente la résistance série (ESR), et peut conduire à la destruction du composant (l’électrolyte dans la cellule commence à se décomposer, produisant des produits gazeux ainsi qu’une accumulation de pression jusqu’à la destruction de la cellule). Par ailleurs, il faut noter que l’espérance de vie totale d’un module de supercondensateurs est égale à la plus faible espérance de vie de la cellule la plus critique.

L’équilibrage des tensions au sein d’un module est donc important dans chaque phase d’utilisation (charge, décharge, repos) afin de maintenir son bon fonctionnement et d’augmenter sa durée de vie. C’est pour cela qu’Euracap intègre dans ses modules un circuit d’équilibrage performant, maintenant l’intégrité des cellules tout au long des cycles d’utilisation.