Les super-condensateurs - Le Futur des systèmes hybrides ?

... de leur super-capacité à faire revenir Planétaire sur ce fil de discussion ! ;)

A propos de modération, ce serait bien de trouver une place plus logique à cette discussion qui se trouve sans raison valable dans le chapitre 'Prius 2' !!!

Sur la Toyota TS 030 ils ont montré qu'ils étaient fiables dans le contexte intense de la compétition et qu'ils permettaient des puissances élevées. Pas trop mal, non ?
Ajouté à ca que les BlueCar ne semblent pas affectées par des pannes électriques, je trouve que c'est encourageant pour l'emploi de supercapacités dans les hybrides ou électriques.

Peut être la Lexus IS hybride en abritera-t-elle quelques uns en tampon entre le système de puissance et la batterie ?
 
genfutures à dit:
Ajouté à ca que les BlueCar ne semblent pas affectées par des pannes électriques
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Quel possesseur de BlueCar peut confirmer ? Mon patron en a commandé une depuis plus de deux ans mais ne l'a toujours pas...
 
Tu as raison bomberman, il y a une erreur dans mon post. Je pense que c'est une faute de frappe. Pour arriver à 1 MJ. J'avais dû calculer avec 130 km/h et une masse de l'ordre de 1500 kg.

Tu as raison aussi de prendre en compte les pertes pour diminuer l'énergie visée. Mais les supercondensateurs ont probablement une résistance interne bien plus faible que celle de la batterie dont très peu de pertes.

Il n'est pas vrai en revanche qu'il n'y a plus de récupération à vitesse faible. On voit très bien le courant de recharge de la batterie lorsqu'on passe la marche arrière alors qu'on roule à 13 km/h en avant. Mais l'énergie est très faible : cela récupère l'équivalent de 1 mL d'essence (0.5*1500*(13/3.6)**2/11e6*1e3).

Néanmoins ton argument de tension est très intéressant. Analysons le.
À la vitesse de 170 km/h, la force électromotrice est probablement l'ordre de 500 V. À courant faible, la chute de tension dans les semi-conducteurs est de l'ordre du volt. Même s'il y a deux transistors en série, une force électromotrice de 5V est très récupérable. Cela correspond à 1,7 km/h.

J'ai d'ailleurs été estomaqué de voir dans un film de démontage de la transmission que si on sépare et interconnecte électriquement MG1 et MG2, la rotation manuelle lente de l'un entraine l'autre : http://www.youtube.com/watch?v=Eg8c2_eS-do à 30:18.
 
Dernière édition:
En matière de supercondensateur on trouve 10.1 Wh/kg.
Pour comparaison les A123 de ma P2 sont à 65Wh/0.49Kg soit 132 Wh/kg.

@kinetik ton clavier a des soucis. il mélange km et kg 8)
 
L'énergie qui permet un bon parcours avec un véhicule logeable, c'est 20 kWh (72 MJ).
Une minute c'est 60 secondes. Pour donner une énergie de 72 MJ en 60 secondes, il faut transférer une puissance de 72000000/60 = 1200 kW.

Si c'est transférer sous une tension de 400V, il faut un courant de 3000 A. C'est beaucoup. Donc une minute c'est un peu court, sauf si on augmente beaucoup la tension. Mais 5 ou 10 minutes, c'est faisable.

Ce n'est pas la supercapacité qui limite la vitesse de recharge, mais le cable de recharge.

Le problème des supercapacités, ce n'est pas leur puissance spécifique, mais leur énergie stockée. Si on se réfère à l'article que tu mentionnes, 1,36 milliwatt-heure par cm3 cela veut dire que pour stocker les typiques 20 kWh il faut 1,5 m^3 de supercapacité LSG. Ou 2 tonnes des supercapacités commerciales décrites par planétaire. Ou 151 kg de batteries A123.

Si l'article dit vrai, il suffirait de 33 kg d'un autre type de supercondensateurs que ces Laser SG, ils seraient au 1-éthyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate. Mais je n'ai pas de références pour étayer cette affirmation.
 
A la lecture de cet article, je me prends a rêver de ma petite Prius, dont le sous coffre serait amputé d'un logement spécifique aux DVD en graphène, d'une capacité de 150 DVD, et permettant à mon "bolide" d'avoir une autonomie quasi infinie grace à la récupération de l'énergie au freinage ainsi qu'à celle de l'inertie...... 8)8)8)

Mais je rêve les yeux ouverts, et les lobbyistes du pétrole vont se charger de faire en sorte que mon rêve ne puisse se réaliser. :cry:

Je vous parie que le brevet va être racheté à prix d'or par une firme pétrolière ou par les pays producteurs de pétrole.
Il faudrait peut être que j'investisse en bourse pour faire un petit profit...
 
kinetik à dit:
L'énergie qui permet un bon parcours avec un véhicule logeable, c'est 20 kWh (72 MJ).
Une minute c'est 60 secondes. Pour donner une énergie de 72 MJ en 60 secondes, il faut transférer une puissance de 72000000/60 = 1200 kW.

Si c'est transférer sous une tension de 400V, il faut un courant de 3000 A. C'est beaucoup. Donc une minute c'est un peu court, sauf si on augmente beaucoup la tension. Mais 5 ou 10 minutes, c'est faisable.

Ce n'est pas la supercapacité qui limite la vitesse de recharge, mais le cable de recharge.

Le problème des supercapacités, ce n'est pas leur puissance spécifique, mais leur énergie stockée. Si on se réfère à l'article que tu mentionnes, 1,36 milliwatt-heure par cm3 cela veut dire que pour stocker les typiques 20 kWh il faut 1,5 m^3 de supercapacité LSG. Ou 2 tonnes des supercapacités commerciales décrites par planétaire. Ou 151 kg de batteries A123.

Si l'article dit vrai, il suffirait de 33 kg d'un autre type de supercondensateurs que ces Laser SG, ils seraient au 1-éthyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate. Mais je n'ai pas de références pour étayer cette affirmation.
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Merci pour ton analyse, je crois que beaucoup seraient prêt à sacrifier 1,5 m^3 pour avoir une voiture électrique se rechargeant en 2 minutes. D'autant qu'il n'y aurait pas besoin de réservoir d'essence. :cool:

Concernant le câble électrique, je ne comprendrais pas pourquoi il ne serait pas possible de faire des câbles de recharge spécifiques permettant une recharge rapide.

Selon supercondensateur.com, il serait possible de recharger très rapidement une voiture à supercondensateur depuis une station service de recharge équipée elle même de supercondensateurs :
http://www.supercondensateur.com/ar...pour-voiture-electrique-questions-et-reponses

De quoi atteindre les 1 à 2 minutes de recharge, non ?
 
Cette page mentionne plutôt 5 minutes. Évidemment 1 minute c'est envisageable, mais avec des cables haute tension et surtout une électronique embarquée en plus.

1,5 m^3 c'est probablement plus de 3 tonnes et le prix par kg ne peut pas être faible.
 
Ah la vache ! Effectivement, 3 tonnes ça fait lourd.

Donc vaut mieux un supercondensateur au 1-éthyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate, un liquide ionique.

Autant un supercondensateur LSG pourrait être pas cher à fabriquer d'après ce que je comprend. Autant le liquide ionique est très cher (même si je comprend pas trop ce que c'est).

Donc c'est pas encore gagné cette histoire, mais le schmilblique avance... :coolman:
 
Autant je crois aux super condensateurs pour emmagasiner ou restituer des bouffées d'énergie, autant je reste sceptique pour une utilisation visant une grande autonomie. Je m'explique:
Contrairement aux accus qui conservent une tension à peu près constante durant la charge et la décharge (du moins tant qu'on veut conserver une durée de vie raisonnable), la tension aux bornes d'un condensateur chute tout au long de la décharge. En utilisation automobile ces super condensateurs doivent pouvoir délivrer une puissance constante (U x I = cste): ça veut dire que durant la décharge le courant doit croître de façon exponentielle pour compenser la chute de tension correspondante. Comme en fin de décharge la tension tend vers 0, le courant tend vers l'infini: il faut donc borner la décharge, un peu comme le fait Toyota pour préserver la durée de vie de ses accus.

Malgré tout, l'électronique de conversion doit gérer des tensions élevées au début de la décharge et des courants monstrueux en fin. Il faut donc tout dimensionner en haute tension ET fort courant. Au niveau du câblage, ça pourra passer (d'autant plus si on passe aux supra conducteurs, mais quand ...). Au niveau électronique on va demander aux composants des propriétés antagonistes, donc le rendement sera médiocre. Grosso modo, à faible tension et fort courant, les pertes par conduction sont prédominantes; par contre à forte tension et courant faible (relativement !) ce sont les pertes par commutation qui l'emportent.
Les composants de puissance sont donc conçus pour minimiser ou les unes ou les autres.
Et comme pour les composants de puissance l'augmentation des performances est bien plus lente que pour les microprocesseurs et autres, on va buter longtemps sur ce problème, j'en suis persuadé.
Et évidemment ce problème se posera encore plus dans les stations de recharge rapide.

D'où mes doutes, même à horizon de 15 ans.
 
Tes craintes ne sont pas très fondées, le courant ne va pas croître de façon exponentielle, mais comme l'inverse de la la racine carrée de l'énergie stockée. Autrement dit lorsque l'on a consommé les 3/4 de l'énergie il faut doubler le courant (parce que l'énergie stockée varie comme le carré de la tension du condensateur). Ce n'est pas dramatique. Je crois plutôt que les supercondensateurs auront du mal à permettre une autonomie conséquente. Mais comme ils se rechargent extrèmement vite, il y a de nombreuses applications possibles.
 
Oups, en effet tu as raison. J'étais obnubilé par la décharge exponentielle d'une capa dans une résistance.
J'ai refait les calculs: à puissance constante, l'énergie restante dans le condensateur décroît bien de façon exponentielle mais la tension décroît linéairement et le courant croît hyperboliquement.
Considérons une puissance constante de 10 kW délivrée par une super capa de 1000 F chargée initialement sous 1000 V. Au bout d'une 1/2 h, la super capa verrait sa tension tombée à 250 V et fournirait un courant de 40 A. Elle pourrait ainsi assurer presque 40 ' de traction.

Rien d'impossible avec les technos d'électronique de puissance actuelles.
 
Euh... Oui pour l'exponentielle dans un résistance

Mais pour le reste je ne suis pas d'accord. À puissance constante, l'énergie et donc le carré de la tension décroit linérairement avec le temps.

Notations : capacitance C, tension V, courant I, puissance P, énergie W, temps t.

W(t) = W(0) - P t
W = (1/2) C V^2
P = V I

donc V = sqrt((2 W(0) - 2 P t) / C) et I = P / sqrt((2 W(0) - 2 P t)/C)

Dans ton exemple de capacitance monstrueuse, l'énergie W vaut (1/2) 1000 * 1000^2 = 500 MJ. Avec une puissance P de 10 kW, il faut 50000 s pour la vider et non 40 minutes. Au bout de 3/4 de ce temps, la tension vaudra sqrt((2*500000000 - 2*10000*(3/4)*50000)/1000) = 500 V, soit la moitié de sa tension de départ.
 
:hehe: En France, les premiers ne manquent pas......pour le reste, il suffit que l'Académie
change danseur en densateur, et nous devenons le premier producteur mondial....!
 
:oops:J'ai fait une grossière erreur dans excel (t est devenu dt). Donc tu as raison encore ! Je m'y suis pris de manière moins simple en calculant tension et courant au fur et à mesure de la décharge. Ton approche où l'énergie décroît linéairement (bon sang mais c'est bien sûr !) est bien plus limpide que la mienne. Je retombe donc sur tes chiffres.
Une "petite" capa de 1000F chargée à 500V suffirait à faire rouler une Prius pendant 3h. Pfff, si le lobby pétrolier était pas là, y a longtemps qu'un composant comme ça tiendrait dans un sac à main :grin:
 
Là ça devient beaucoup trop scientifique pour moi.8)

En tout cas, utiliser la batterie pour maintenir une voiture à une certaine vitesse et utiliser les supercondensateurs pour les accélérations pourraient être intéressants.

Après reste à connaitre les contraintes des supercondensateurs : autodécharge, protection des circuits (comme les bms pour les lithium).....
 
La France et les "SuperCap"

A l'occasion des mes missions pour l'automobile, j'ai travaillé indirectement pour une entreprise d'état (militaire) qui mettait au point une technologie de batterie supercap (supercondensateur + sa gestion électronique) pour l'utiliser avec des batteries au plomb sur des véhicules légers de "livraison".

La start-up pour laquelle je travaillais devais faire un boitier télématique de supervision, remontée d'info, enregistrement, ... pour la mise au point de ces supercap. Voyant les difficultés de la start-up pour laquelle j'intervenais (à cause de Mia), ils ont arrêté les paiements, fait capoter le projet (100 K€ vaporisés sur le dos du contribuable) et ont précipité la start-up dans le gouffre quasi-instantanément (liquidée en 3 mois). Vive la France !

Donc, pour en revenir aux "supercap", leur intérêt n'est pas de stocker beaucoup d'énergie mais plutôt de stocker l'énergie des "pics". Pour un véhicule, c'est de profiter de l'énergie :
- Des freinages brusques
- De pouvoir fournir beaucoup de courant pour des accélérations franches.

Je vous livre une approche système, traduite pour le moteur HSD (pas plug-in ... parce que c'est déjà assez compliqué comme ca 8)).

Nos HSD qui n'ont pas de supercondensateurs, sont incapables de gérer des courants d'intensité supérieure à 150-200 A, et donc une énergie (sous 400 v) limitée elle aussi. Pourtant, nos véhicules gèrent ces énergies, mais pas sous forme d'intensité de courant :
- Lors du freinage, l'énergie en trop va dans les disques et plaquettes (chaleur perdue),
- Lors d'une accélération, l'énergie manquante provient du moteur thermique.

L'idée est d'absober/fournir les pics d'énergie, grace aux supercondensateurs, pour ne pas perdre cette énergie (freinage) ou ne pas allumer le moteur thermique (accélération) : On va "tamponner" l'énergie en ajoutant au système HSD + batterie NiMH deux supercondensateurs pour prévoir
- d'une part les freinages forts successifs (sans forte accélération entre)
- d'autre par les fortes accélérations successives (sans freinage fort entre).

Les deux chaines d'énergie distinctes sont :
- Freinage fort => Moteur en forte génératrice de courant => super condensateur de freinage => batterie NiMH
- Batterie NiMH => super condensateur d'accélération => Moteur en forte consommation de courant => forte accélération

Remarquez que le super condensateur de freinage doit évacuer son énergie au plus vite, sans dépasser 150-200 A, dans la batterie NiMH (pour être prêt à absorver un nouveau freinage fort) tandis que le super condensateur d'accélération doit se recharger en énergie au plus vite, sans dépasser 150-200 A, à partir de la batterie NiMH (pour être prêt à fournir une nouvelle forte accélération). Evidemment, on peut envisager de faire transiter l'énergie entre les 2 super condensateurs.

Quelquesoit le dimensionnement des supercondensateurs (à moins d'utiliser une remorque), il y a un moment ou ils ne suffiront plus (typiquement : en montagne).

Leur densité volumétrique et massique de stockage n'étant pas bon (comparé aux batteries "traditionnelles"), ce sont des compléments aux batteries permettant d'allonger leur durée de vie (limitation en courant) et d'améliorer le système en utilisant les fortes intensités.

Enfin, n'espérez pas un kit "supercondensateurs" : Les moteurs, systèmes électroniques de puissance et câblages des HSD ne sont pas fait pour véhiculer plus de 200A.
 
Salut,

Est ce que l'on pourrait quand même limiter le courant de décharge de ces super condensateurs ou c'est ON - OFF ?

En tous les cas, je suis avec attention cette technologie :jap:

Merci pour ce retour d'info.

À+
 
Le principe du super condensateur est vraiment très intéressante, merci pour les infos et continuons a surveiller cette belle technologie.
 
Xenon31, il y a du vrai dans ce que tu dis, mais aussi quelques approximations. Que le principal intérêt des supercondendateurs ce soit d'avoir un ratio puissance/masse incomparable, c'est vrai. Que pour absorber un freinage on puisse utiliser un supercondensateur beaucoup plus petit que la batterie NiMh c'est vrai.
`
Mais que la batterie de la Prius soit incapable d'encaisser les freinages courants c'est faux. Les valeurs que tu donnes 200 A × 400 V cela fait 80 kW. Le moteur MG2 n'a pas cette puissance. Avec 27 kW, on arrête un véhicule de 1500 kg roulant à 50 km/h en 5 secondes. C'est bien assez, sauf en cas de conduite sportive.

Là où la batterie de la Prius standard atteint vite ses limites c'est en énergie. 100 m de dénivelée peuvent suffit à la saturer, et il faut mettre en œuvre le frein-moteur en pure perte.

Pour une application sportive, les supercapacités actuelles ont un intérêt. Sinon pas trop.

Je ne vois pas l'intérêt d'avoir deux supercapacités différentes. Une seule chargée si la vitesse est faible et déchargée lorsque la vitesse est grande suffit bien à mon sens. D'autant plus qu'il n'y a qu'on moteur qui freine et accélère au choix et un seul système électronique qui gère.

@Cedric74 Le courant n'est pas on-off. La supercapacité se comporte comme une vulgaire pile* : tension constante, courant géré par la nature de la charge. En court-circuit le courant est énorme, mais si tu branches un appareil qui "consomme peu", le courant sera faible.

*vulgaire pile : en fait pas tout à fait. Elle a l'inconvénient que la tension est proportionnelle à la charge. Mais les systèmes électroniques actuels s'en accomodent assez bien.
 
200 A sur HSD : en théorie seulement, pas en pratique

C'est bien beau, les calculs théoriques (200 A), mais en pratique, peu de systèmes HSD dépassent réellement les 130 A :cry:

Tous ceux qui ont un Scangauge ou un ELM327 pourront confirmer : même avec une voiture rodée et dans de bonnes conditions de température, le système HSD limite les courants dans la tranche 100-150 A. Et c'est tant mieux pour la batterie NiMH (ou les batteries Plug-in). Faut bien voir que les batteries actuelles n'aiment pas les forts courants et cela les altère. D'ailleurs, certaines marques de véhicules électriques déconseillent l'usage fréquent de bornes à recharge rapide (intensité > 100 A pendant plusieurs minutes d'affilée), et font même payer un surcoût de location de batterie en cas d'utilisation abusive (facile de tracer ça avec une BMS).

En pratique, le calcul n'est pas si simple : MG2 utilise du courant tri-phasé sous 500 v (boost converter) avec une batterie chargée (tranche 40-80%, soit 200 a 240 v environ). Et une moyenne (avec les situations dégradées de batterie trop froide, trop chaude ou proche des 40% de charge), pratique de courant maximal est plus proche de 125 A que de 200 A. On n'utilise pas du tout les 60 kW théoriques de MG2 (qui nécessiterait un peu plus de 200 A). Je vous laisse refaire les calculs.

Qu'on soit ou non à la capacité théorique de MG2 n'est pas le problème. Pour exploiter de fortes intensités, il faudrait un MG2 un peu plus puissant, et surtout une chaine electrique/electronique adaptée, de bout en bout, aux forts courants (> 200 A) et sans perte par effets joules. Il n'y aura jamais de kit super condensateur pour les HSD actuels car ils ne sont pas prévus pour les forts courants (> 200 A). Exploiter la tranche 150-200 A (conditions limites du HSD, avec grosses pertes par effets joules) ne seraient pas rentables pour un tel kit.

L'intérêt des super condensateurs serait pour une prochaine génération de HSD (on peut toujours rêver) notamment en ville et pour de courts trajets ... surtout quand la batterie NiMH est trop froide ou trop chaude et que le système doit limiter son courant.

Et beaucoup aimeraient que leur véhicule HSD aient un peu plus de "peps" sans utilisation abusive du thermique et, sans gaspiller de plaquettes et disques en freinage très appuyé. Les urbains (notamment parisiens) en HSD doivent bien comprendre le problème : Eviter de se faire klaxonner ou insulter implique une conduite sportive dans les grandes villes ! (les mentalités ont peu évolué de ce côté là :evil:)

@Kinetik : Pour un seul super condensateur, je veux bien, mais tu le gardes chargé ou déchargé ? (évitons le "à moitié" ... il faut exploiter les caractéristiques non lineaires des [super] condensateurs sinon on gacherait bien plus qu'1/2 charge)
 
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