Compte Rendu de de TP°2 : Modélisation et Simulation d’un Système de Stockage à base de super Condensateurs Réalisé par : Moetez Mnasri et Achref Tounssi 2019/2020 I. Rappel théorique : Le super condensateur est un moyen de stocker l’énergie sous forme électrostatique. Il est constitué de 2 électrodes poreuses, généralement en carbone activé, plongées dans un électrolyte liquide et séparées par un séparateur laissant circuler les ions mais pas les électrons. L’interaction des électrodes et de l’électrolyte entraîne l’apparition spontanée d’une accumulation de charges aux interfaces, on parle de formation d’une double couche électrochimique : une couche de charges positives et une couche de charge négatives, l’ensemble étant électriquement neutre. Les plus gros super condensateurs ont été développés majoritairement pour une utilisation dans le domaine des transports. Les relations de base s'écrivent, pour une capacité linéaire : C étant la capacitance, Q la charge électrique, V la tension appliquée, ε la constante diélectrique du matériau isolant, A sa surface, d son épaisseur, et W l'énergie électrostatique stockée. II. Manipulation : Les équations de Modèle équivalent de Super condensateur : Usc=R*IR Ir=Isc+IR Ir=C*dUc/dt Usc=-Uc-r*Ir dUc/dt=Ir/C Schéma équivalent de super condensateur Nous allons représentons les modèle Simulink de Modèle de SC en appliquant un échelon de Courant comme l’indique le fig Suivant: Les super condensateurs servent à stocker une quantité d'énergie beaucoup plus importante et leur plus faible tension maximale Pour assurer une recharge efficace d'un super condensateur, un bon système de charge doit : Assurer une charge qui n'endommage pas le super condensateur Limiter les pertes d'énergie et le dégagement de chaleur lors de la charge Optimiser la rapidité de la charge sans endommager le générateur Ce Modèle de Simulink donne Ce figure : On notera enfin : • Usc la tension aux bornes de l'organe de stockage, • Isc le courant de décharge de l'organe de stockage, • Usc Max la tension aux bornes de l'organe de stockage en début de décharge, • Usc Min la tension aux bornes de l'organe de stockage en fin de décharge. La procédure analytique de dimensionnement, procédure paramétrée par les deux niveaux de tension Usc Max et Usc Min, est alors la suivante : • on évalue la capacité minimale de l'organe de stockage, capacité obtenue pour une conversion sans pertes, • on détermine dans ces conditions la loi de variation temporelle du courant de décharge, On déduit le schéma bloc d’une banque capacitive comportant np branche en parallèle dont chacune est constituée de ns cellules en série En parallèle, les capacités des super condensateurs s'additionnent : Csys = C1 + C2 En série, les tensions s'additionnent et la capacité totale du module diminue : Csys = Ccell/n Les super condensateurs ont l'avantage d'avoir une très faible résistance série (ESR), mais il faut penser au fait que l'ESR change lorsque des super condensateurs sont connectés ensembles. En parallèle, l’ESR diminue : ESRsys = ESRcell / n En série, les résistances série s'additionnent : ESRsys = ESRcell x n la mise en série de super condensateurs peut être sujette à déséquilibre en tension, en raison notamment : • d'une dispersion des propriétés intrinsèques des éléments (capacitance, courant de fuite), • d'une dispersion de température. Scope 3 représente cette figure : Nous avons vu Le courant dans l’éolienne Ieo à partir de la signal builder de Peol : Scope 2 représente cette figure : Nous avons vu Le courant dans la Charge Ieo à partir de la signal builder de Pch : Scope 1 représente cette figure : Nous avons vu Le courant de Stockage Isto telle que : Ich-Ieo=Isto Scope représente cette figure : Nous avons vu La Somme de Puissance : III. Conclusion : Pour la plupart des applications décrites précédemment, il existe des solutions avec des composants conventionnels, tels que les batteries ou les condensateurs classiques. Ces composants sont disponibles sur le marché depuis de nombreuses décennies, et ils bénéficient d'une longue histoire de recherche et développement. Bien que les supercondensateurs de puissance soient souvent plus adéquats, soit en termes d'énergie spécifique comparativement aux condensateurs classiques, soit en termes de puissance spécifique et de durée de vie par rapport aux accumulateurs électrochimiques, ils souffrent d'un lourd handicap, à savoir leur prix. Il leur reste donc à devenir commercialement compétitif, à l'instar de leurs homologues de l'électronique de signal.
