supercondensateurs

Les supercondensateurs ou ultracondensateurs sont des composants très prometteurs à mi-chemin entre les condensateurs électrolytiques classiques et les batteries.

Les supercondensateurs se caractérisent par :

  • Leur capacité à stocker et fournir de fortes puissances et densités d’énergie ;
  • Des charges et décharges ultra rapides : jusqu’à 10 000 fois plus rapides que les batteries traditionnelles) ;
  • De très longues durées de vies : entre 100 000 et 1 000 000 de cycles contre 400 à 2000 pour les batteries au lithium par exemple ;
  • Leur respect de l’environnement, l’absence de risque d’explosion (en comparaison aux batteries ou autres condensateurs) ;
  • Le fait qu’ils ne nécessitent aucun entretien.

Ces supercondensateurs répondent aux demandes d’applications variées telles que les systèmes de sauvegarde, les unités de puissance, les compensations en cas de besoins de pics d’énergie, les besoins de stockage d’énergie, …

Éléments supercondensateurs

Madep vous propose une gamme complète de supercondensateurs sous différentes formes :

  • Cylindriques ou prismatiques
  • Sorties axiales, à cosses, à souder ou à visser
  • Capacité de 3 à 3400F
  • Tension de 2,5 à 3V
  • Faible Résistance série (ESR)
  • Haute densité d’énergie

Modules supercondensateurs

Gamme d’assemblages standards de supercondensateurs faible résistance interne

  • Protection contre les risques de surtension
  • Faciles à assembler : possibilité de montage de plusieurs modules
  • Excellente dissipation thermique
  • Contrôle de l’étanchéité et de la pression

Supercondensateur et assemblages Euracap

La gamme Euracap se compose d’une part d’éléments de supercondensateurs séparés haute performance, faible résistance série allant de 1 à 3400F, de 2 à 3V. Et d’autre part, des modules assemblés sur mesure suivant des cahiers des charges.

Solutions à base de supercondensateurs

Euracap réalise les solutions les plus adaptées à votre besoin en assemblage de modules depuis les prototypes jusqu’aux séries. Tous nos montages, incluant circuits de contrôle, gestion des charges et équilibrage des éléments, sont testés à 100% avant d’être expédiés.

Quelles sont les applications possibles d’un supercondensateur ?

Les ultra-condensateurs disposent de plusieurs atouts :

  • Haut niveau d’énergie et de performance ;
  • Haute qualité ;
  • Fiabilité à toute épreuve.

Adaptés aux conditions extrêmes, leurs performances sont stables dans chacune de leurs applications. Les solutions que nous développons autour des supercondensateurs répondent aux besoins de différents secteurs d’activité dont une problématique est la demande constante de capacité de stockage et d’alimentation en énergie électrique. À chaque fois, les supercondensateurs répondent à ces demandes de la manière la plus efficace qui soit sur une longue-durée, sans risque de surcharge ni de surchauffe du circuit électrique.

Automobile

Automobile

Fournir la puissance de démarrage des véhicules électriques ou hybrides, stabiliser l’alimentation des systèmes Start & Stop, récupérer l’énergie lors de la procédure de freinage et fournir des pics de puissance, les supercondensateurs Euracap s’adaptent parfaitement aux exigences de puissance des applications automobiles, appareils électroniques embarqués comme dans les voitures électriques.

Transport

Les super-condensateurs sont utilisés dans de nombreuses applications ferroviaires pour la récupération et la restitution de l’énergie de freinage ainsi que pour la stabilisation en fréquence et en tension. Ils sont également utilisés pour le démarrage des moteurs de locomotive et de poids lourds dans l’optique de supprimer toutes les batteries imposantes ou, dans certains cas, pour prolonger la durée de vie des grosses batteries utilisées. Un supercondensateur peut intervenir dans tout ce qui fonctionne avec des batteries, quels que soient les types de batteries.

Production-d-energie

Production et distribution d’énergie

Les super-condensateurs Euracap offrent de multiples avantages aux producteurs et distributeurs d’énergie, aussi bien lors de la production d’énergie renouvelable comme l’énergie solaire photovoltaïque ou éolienne que pour la production d’énergie traditionnelle. Les produits Euracap répondent aux problématiques de stockage d’énergie, de stabilisation de l’alimentation et d’apport de pics de puissance.

Reseau-et-telecommunications

Réseau et télécommunication

Solutions de stockage fiables et efficaces de l’énergie pour la stabilité et la qualité du réseau, les supercondensateurs sont en mesure de fournir de fortes puissances sur un court laps de temps afin de réguler aussi bien la tension que la fréquence. Ils peuvent également, en cas de panne, soutenir les installations d’alimentation sans interruption (ASI) pour assurer la continuité du fonctionnement des installations centralisées.

Industrie

Industrie

Source d’énergie, pics de puissance, stockage d’énergie, stabilisation de l’alimentation, … Les applications dans l’industrie sont très nombreuses et les supercondensateurs y trouvent parfaitement leur place, aussi bien comme récupérateurs d’énergie lors des manœuvres des véhicules de chantier, que dans la gestion de l’alimentation des machines et robots industriels.

Medical

Médical, Militaire, Grand public…

Stockage d’énergie embarquée, pics de puissance et apport d’énergie en situation d’urgence, stabilisation de l’alimentation, batteries hybrides, les supercondensateurs trouvent leur place dans un très grand nombre d’applications et dans des secteurs divers et variés. De manière générale, tout appareil fonctionnant sur batterie peut voir d’un bon œil l’intervention d’un supercondensateur.

Quelques notions et formules

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 (Wh).

Comment mesurer la capacité ?
  • 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 et décharge : après la recharge 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 : la capacité mesurée et les valeurs ESR sont différentes par rapport au deuxième cycle et aux cycles suivants.

Comment mesurer la résistance série en courant continu ?
  • Suite aux cycles de charge-décharge pour tester de la capacité, reprendre les résultats obtenus.
  • Visualiser la montée 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 :

Comment mesurer le courant de fuite et l’auto-décharge ?
  • L’auto-décharge désigne la baisse de tension naturelle d’un supercondensateur complètement chargé à sa tension nominale. L’auto-décharge évolue de façon dégressive et non linéaire. La vitesse d’autodécharge dépend du niveau de tension (voltage) de la cellule, de la température, des imperfections du séparateur et des impuretés présentes dans l’électrolyte et sur les électrodes (anode et cathode). Pour mesurer l’auto-décharge, il suffit de charger la cellule/le module à sa tension nominale et de maintenir la charge (≈1h, quel que soit le temps de charge initial). 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’auto-décharge, 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.
Circuit d’équilibrage de tension
  • 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 d’un système d’équilibrage des tensions, exactement comme vous le feriez avec des piles et batteries classiques, des accumulateurs ou tout autres types de batteries branchées en série. La conductivité de chaque élément du module ou l’état de charge de la batterie alignée en série sont primordiales au bon fonctionnement du module complet.

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 :

À 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 émanations gazeuses 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.

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