Article écrit par :
Paul Kreczanik, Christian Martin, Pascal Venet, Guy Clerc, Gerard Rojat, Younes Zitouni du laboratoire Ampère à Lyon. http://www.ampere-lab.fr
Et publié à la conférence EPE 2009, à Barcelone.
Résumé
Un banc de test est constitué de 4 SC de 3000 Farad en série. Il y a 2 bancs de test. Un plus ‘’puissance’’ et l’autre plus ‘’énergie’’. La différence se situe dans la valeur de la résistance série.
Une suite de charge et décharge à 2600 W est réalisée à l’aide d’une alimentation linéaire 30V-500A. La tension varie entre 5 et 11 V, le courant entre -500 et +300 A.
2 thermocouples sont placés sur chaque SC et des images thermiques sont faites.
Une mesure de l’impédance est réalisée avec un spectromètre Zahner IM6. Cependant, l’analyse dure 6h30 et doit être faite hors test de puissance, les SC étant déchargés après une mise en court-circuit de 4 jours.
La valeur de la capacité est mesurée pour différentes valeurs de la tension de 0 à 2,7V par pas de 0,54 V et pour 2 températures 25 et 60°C (dans une chambre thermique).
Ce résultat très intéressant montre que ce SC est capacitif jusqu’au Hertz.
Une analyse temporelle est aussi présentée.
A la figure 5, sont présentées les tensions de 4 SC pour un cycle de charge et décharge à 2600W au début et après 1500 cycles. Une chute d’environ 10% de la valeur des capacités et une augmentation de 6 à 13% de la valeur de l’esr sont observées.
Une mesure avec une caméra thermique permet de vérifier que le SC qui a l’esr la plus grande.
A la figure 6, est représentée l’évolution de la valeur de la capacité moyenne du banc de test ‘’puissance’’.
Ensuite, une analyse de la durée de vie, mesurée pour 20% de chute de la valeur de la capacité, est effectuée pour différentes valeur de la température du boitier.
Critiques - Éléments de réflexion - Questions :
- Présentation des essais très détaillée
- Etudes intéressantes
- Pour quelles raisons les deux bancs se comportent de manière différente ?
- Existe-t-il une modélisation physico-chimique des phénomènes observés ?
- Bibliographie à explorer pour des éléments de modélisation physico-chimique.
Références bibliographiques
[1] M. Steiner, J. Scholten, M. Klohr, « Energy Storage on Board of Railway Vehicles », EPE 2005, Dresden 2005
[2] W. Lajnef, J.M. Vinassa, S. Azzopardi, O. Briat, A. Guedon-Gracia, C. Zardini, « First step in the reliability assessment of ultracapacitors used as power source in hybrid electric vehicles ». European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis No15, Zurich , Suisse (04/10/2004)
[3] Dr. Wolfgang Evers, « Energy Storage on board of Trolleybuses » Proceedings of the 2nd European Symposium on Super Capacitors & Application (ESSCAP'2006), Lausanne, Switzerland, 2006
[4] M. Gasiewski, P. Gizinski, Z. Gizinski, M. Zulawnik, K. Tomczuk, « Traction energy storage system with supercapacitors for trolleybuses in Lublin and Kaunas ». Proceedings of the 3rd European Symposium on Super Capacitors & Application (ESSCAP'08), Roma, Italy, 2008
[5] N. Rizoug : « Modélisation électrique et énergétique des supercondensateurs et méthodes de caractérisation : Application au cyclage d’un module de supercondensateurs basse tension en grande
puissance », thèse doctorat, L2EP laboratory in central scool of Lille, February 2006
[6] A. Hammar : « Modélisation du supercondensateur et étude de son vieillissement : Utilisation
dans les applications de transport ferroviaire », thése doctorat, electronics, electrical engineering,
Automatic Graduate school of Lyon, July 2006
[7] G. Alcicek, H. Gualous, P. Venet, R. Gallay, A. Miraoui : « Experimental study of temperature
effect on ultracapacitor ageing », Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on
[8] J. R. Miller, S. Butler: « Capacitor system life reduction caused by cell temperature variation »
2006 advanced capacitor world summit, San Diego, 2006
[9] O. Bohlen, J. Kowal, D. U. Sauer: « Ageing behaviour of electrochemical double layer capacitors
Part I. Experimental study and ageing model » Journal of Power Sources 172, 2007
[10] O. Bohlen, J. Kowal, D. U. Sauer: « Ageing behaviour of electrochemical double layer capacitors
Part II. Lifetime simulation model for dynalic applications » Journal of Power Sources 173, 2007
[11] Y. Diab, P. Venet, G. Rojat « Comparison of the different circuits used for balancing the voltage of supercapacitors: Studying performance and lifetime of supercapacitors », 2nd European Symposium on Super Capacitors & Applications, Lausanne, ESSCAP 2006.
[12] D. Linzen, S. Buller, E. Karden, R. W. De Doncker: « Analysis and Evaluation of charge balancing circuits on performance, reliability and lifetime of supercapacitor systems » Transactions on Industry Applications, Vol. 41, n° 5, Sept. Oct. 2005.
[13] Maxwell technologies: « Product guide», http://www.maxwell.com
[14] EPCOS, « UltraCapTM double layer capacitors - A new energy storage device for peak power applications », Product Profile, 2002.
[15] Maxwell technologies: « Application note, life duration estimation», http://www.maxwell.com
[16] National Institute of Standards and Technology (NIST) « Engineering statistics handbook »
http://www.itl.nist.gov/div898/handbook/apr/section1/apr151.htm (or apr152.htm)
[18] H. El Brouji, O. Briat, J-M. Vinassa, N. Bertrand, E. Woirgard: « Ageing quantification of ultracapacitors during calendar life and power cycling test using a physically-based impedance model». Proceedings of the 3rd European Symposium on Super Capacitors & Application (ESSCAP'08), CDROM, Roma, Italy, 2008
[19] Y. Diab, « Etude et modélisation des supercondensateurs : Applications aux systèmes de puissance », thèse doctorat, electronics, electrical engineering, Automatic Graduate school of Lyon,
August 2009
