Influence of the Operation Conditions on the Supercapacitors Reliability Parameters

eng Article in English DOI: 10.14313/PAR_217/49

send Ryszard Kopka , Wiesław Tarczyński Opole University of Technology, Department of Electrical, Control and Computer Engineering

Download Article

Abstract

This paper presents the results of tests connected with measurements of capacitance and equivalent series resistance of supercapacitors, depending on value of charge/discharge current. Special circuit and algorithm for carrying out measurement procedure, to determine dependency of value of designated equivalent parameters of supercapacitor on value of current, based on which such parameters are estimated, have been prepared for this purpose. A supercapacitor of capacitance 1200 F has been used for the tests. Its equivalent parameters have been determined within the range of currents from 5 A to 20 A. Reliability assessment has been carried out directly based on changes of values of these parameters. Complete testing procedure has been prepared in MATLAB/Simulink environment using xPC toolbox.

Keywords

charge/discharge current, equivalent capacitance, equivalent series resistance, operation conditions, supercapacitor

Wpływ warunków pracy na parametry niezawodnościowe superkondensatorów

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań związanych z pomiarami pojemności i szeregowej rezystancji zastępczej superkondensatorów w zależności od wartości natężenia prądu ładowania i rozładowywania. W tym celu przygotowano specjalny układ pomiarowy oraz algorytm prowadzenia badań tak, aby procedura badań była zbliżona do rzeczywistych warunków eksploatacyjnych. Podczas badań wyznaczono zależność zmian wartości parametrów zastępczych w funkcji wartości prądu, na podstawie których były one szacowane. Do badań użyto superkondensator o pojemności 1200 F. Wartości jego parametrów zastępczych wyznaczono w zakresie zmian natężenia prądu od 5 A do 20 A. Ocena niezawodności została przeprowadzona bezpośrednio na podstawie zmian wartości tych parametrów. Pełna procedura badania została przygotowana w środowisku MATLAB/Simulink z wykorzystaniem przybornika xPC.

Słowa kluczowe

pojemność zastępcza, prąd ładowania/rozładowania, superkondensator, warunki pracy, zastępcza rezystancja szeregowa

Bibliography

  1. Chunsheng D., Ning P., High power density supercapacitor electrodes of carbon nanotube films by electrophoretic deposition, “Nanotechnology”, 17/2006, 5314–5318. DOI: 10.1088/0957-4484/17/21/005.
  2. Gualous H., Gallay R., Al Sakka M., Oukaour A., Tala-Ighil B., Boudart B., Calendar and cycling ageing of activated carbon supercapacitor for automotive application, “Microelectronics Reliability”, 52/2012, 2477–2481. DOI: 10.1016/j.microrel.2012.06.099.
  3. Dougal R. A., Gao L., Liu S., Ultracapacitor model with automatic order selection and capacity scaling for dynamic system simulation, Journal of Power Sources, 126/2004, 250–257, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2003.08.031.
  4. Gualous H., Gallay R., Alcicek G., Tala-Ighil B., Oukaour A., Boudart B., Makany Ph., Supercapacitor ageing at constant temperature and constant voltage and thermal shock, “Microelectronics Reliability”, 50/2010, 1783–1788. DOI: 10.1016/j.microrel.2010.07.144.
  5. Jayalakshmi M., Balasubramanianas K., Simple Capacitors to Supercapacitors – An Overview, “Int. J. Electrochem. Sci.”, 3/2008, 1196–1217.
  6. Kötz R., Hahn M., Gallay R., Temperature behavior and impedance fundamentals of supercapacitors, “Journal of Power Sources”, Vol. 154, No. 2/2006, 550–555. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2005.10.048.
  7. Kopka R., Tarczynski W., (2013) Measurement system for determination of supercapacitors equivalent parameters, “Metrology and Measurement Systems”, Vol. 20, No. 4, 581–590. DOI: 10.2478/mms-2013-0049.
  8. Mallika S., Kumar R.S., Review on Ultracapacitor- Battery Interface for Energy Management System, “International Journal of Engineering and Technology”, Vol. 3, No. 1/2011, 37–43.
  9. Oukaour A., Tala-Ighil B., Al Sakka M., Gualous H., Gallay R., Boudart B., Calendar ageing and health diagnosis of supercapacitor, “Electric Power Systems Research”, 95/2013, 330–338. DOI: 10.1016/j.epsr.2012.09.005.
  10. Pandolfo A.G., Hollenkamp A.F., Carbon properties and their role in supercapacitors, “Journal of Power Sources”, Vol. 157, No. 1/2006, 11–27. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2006.02.065.
  11. Skruch P., Mitkowski W., Fractional-Orders Models of the Ultracapacitors, W. Mitkowski et al. (Eds.): Advances in the Theory and Applications of Non-Integer Order Systems, Lecture Notes in Electrical Engineering 257, Springer Switzerland, 2013, 281–293, DOI: 10.1007/978-3-319-00939-9–26.
  12. Yuege Zhou, Xuerong Ye, Guofu Zhai (2011). Degradation Model and Maintenance Strategy of the Electrolytic Capacitors for Electronics Applications, [in:] Prognostics & System Health Management Conference (PHM2011 Shenzhen), 24–25 May 2011, 1–6. DOI: 10.1109/ PHM.2011.5939474.