Alimentation à base de supercondensateurs

[Goldtop]

Bonjour à tous,

Je réalise un projet consistant à étudier les possibilités d'alimentation d'une antenne par panneaux solaires, et plus particulièrement au stockage de l'énergie dans le but de maximiser le temps de fonctionnement de l'antenne durant les périodes nocturnes. L'antenne en question est composé de deux LNAs consommant au total une puissance de 1,5W (tension nominale de 5V et consommation de 150mA par pièce).

Après m'être intéressé aux batteries je cherche à trouver un moyen de stockage de l'énergie dont la durée de vie serait supérieure ce qui explique l'intérêt porté aux supercapa. Après pas mal de recherche sur le net, j'ai trouvé un exemple de réalisation d'une batterie 9V basée sur l'utilisation d'un supercondensateur. Le fichier est donné en pièce-jointe.

Dans un premier temps, je me demande quel est l'intérêt de réaliser la régulation de la tension lors de la décharge par l'intermédiaire d'un circuit home-made comme celui qui est présenté dans le pdf quant des Dc-Dc boost converter sont disponibles sur le marché. Quelqu'un voit-il une raison particulière à cela ?

En vous remerciant !

Goldtop
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[DAUDET78]

quant des Dc-Dc boost converter sont disponibles sur le marché. Quelqu'un voit-il une raison particulière à cela ?

Un convertisseur DC/DC qui accepte de 2,3 à 0,7V en entrée, c'est pas fréquent !

Avant de te lancer dans les supercaps, je pense que tu devrais faire le calcul de la valeur de capacité nécessaire (sous 2,3V) pour fournir 5V 300mA pendant une nuit de 8 à 14H (je ne sais pas si tu envisages un fonctionnement au Maroc ou à Oslo) et en supposant que la recharge est totale le jour suivant !

[DAUDET78]

PS : il y a une grossière erreur sur les schéma de ton lien . Si on n'est pas en mode "charge", la supercapa se décharge rapidement dans R1 R2 . Il faudrait remplacer S1 par un inverseur (ce qui a l'air d'être le cas de la photo du montage avec un jumper à deux positions).

[fabang]

A prendre en compte également dans le calcul, le courant d'autodécharge des super-condensateurs.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Goldtop]

@Daudet78 : j'ai regardé justement les boost converter sur rs-components et farnell par exemple et il n'est pas difficile de trouver des modèles qui fonctionnent à partir d'environ 1V en input. Concernant le calcul, bien sûr, c'est une des premières choses que j'ai regardé mais il me faut aussi savoir la consommation du dispositif de régulation de la tension pour mieux dimensionner mon(mes) supercap(s).

@fabang : j'ai effectivement pensé à jeter un œil au courant de fuite des supercap, il est généralement assez faible à ce que j'ai pu voir (quoique parfois de quelques mA pour les plus grosses capacités).

Merci pour vos réponses !

[DAUDET78]

mais il me faut aussi savoir la consommation du dispositif de régulation de la tension.

laisse tomber ce problème dans une première étude (compte sur 80% de rendement)

[Goldtop]

Ok, parce que rien n'est spécifié à ce niveau là dans la documentation des boost converters donc j'étais un peu dans le flou. Pour en revenir à la question principale, à priori, pas d'avantage particulier d'un montage sur l'autre ?

[Tropique]

consommant au total une puissance de 1,5W (tension nominale de 5V et consommation de 150mA par pièce).

1.5W, c'est 1.5 joule par seconde. Pour une autonomie de 2 minutes, il faut stocker 180 joule. Sous 2.3V, cela nécessite 68F. Donc ~7 condensateurs comme ceux montrés dans ton document. Tout cela en supposant un rendement de 100%. As-tu fait un bilan d'énergie?

[Goldtop]

Je me penchais sur la question, c'est pourquoi je m'intéressais aux moyens de réguler la tension de sortie du bloc de condensateurs afin d'évaluer la consommation du dispositif utilisé. Au passage, je ne cherche pas à utiliser une supercapa ayant ces caractéristiques en particulier, je donnais juste un exemple de circuit de régulation dans le but de connaître l'avantage d'un tel dispositif par rapport à un simple boost converter du commerce.

D'ailleurs au passage, il y a une chose que j'ai du mal à comprendre pour l'évaluation de l'autonomie (j'ai pas fait des masses d'électronique dans mes études et le peu que j'ai fait commence à remonter un peu).
Je vais reprendre ton exemple, donc 2 minutes d'autonomie à donne pour stocker les d'après .
Toutefois, si je prends la supercapa et que que je remplace l'antenne par une résistance équivalente dans le but d'évaluer la durée de la décharge de la supercapa dans la résistance on a :
,
.
Sachant qu'il faut attendre pour atteindre de décharge, ça nous fait environ .
D'où vient cette incohérence ?

Merci.

[Biname]

Les IC boost converter MCP1624 et MCP1640 (< à 1€) démarrent jusqu'à 1.2V et tournent jusqu'à 0.7V mais le courant maxi en sortie diminue et la sortie est limitée à 6-7V IIRC. Voir les PDF.

10F entre 2.3V et 0.7V, W = C(Vh² - Vl²)/2 = 10 (2.3² - 0.7²)/2 = 24 joules et ton circuit consomme 1.5 joules par seconde soit 16 secondes d'autonomie ! Moins les pertes ~20%.

Mais pour une émission de 1 ms toutes les 10 secondes, on tient plus d'un jours(1).

comparaison :
- une pile bouton AG13 >100mAh : 1.5V 100mA : 1.5 * 0.1 * 3600 = 540 joules, 20 fois le condensateur
- une pile alcaline AA ~3000mAh, 600 fois le condensateur

Dans les conditions (1) la pile alcaline tient 2 ans et l'AG13 1 mois

Pour une recharge quotidienne du condensateur, un panneau solaire de 0.1W = 6.6 cm² = 3x2cm suffira largement
à 10% de sa valeur nominale soit 0.01W, fonctionnant pendant 5 heures par jour, le panneau solaire produit 0.05Wh soit 0.05 * 3600 = 180 joules presque 10 fois trop.

Problème : le déneigement et les pigeons

Sauf erreurssssssssssssss

[Tropique]

Je me penchais sur la question, c'est pourquoi je m'intéressais aux moyens de réguler la tension de sortie du bloc de condensateurs afin d'évaluer la consommation du dispositif utilisé. Au passage, je ne cherche pas à utiliser une supercapa ayant ces caractéristiques en particulier, je donnais juste un exemple de circuit de régulation dans le but de connaître l'avantage d'un tel dispositif par rapport à un simple boost converter du commerce.

D'ailleurs au passage, il y a une chose que j'ai du mal à comprendre pour l'évaluation de l'autonomie (j'ai pas fait des masses d'électronique dans mes études et le peu que j'ai fait commence à remonter un peu).
Je vais reprendre ton exemple, donc 2 minutes d'autonomie à donne pour stocker les d'après .
Toutefois, si je prends la supercapa et que que je remplace l'antenne par une résistance équivalente dans le but d'évaluer la durée de la décharge de la supercapa dans la résistance on a :
,
.
Sachant qu'il faut attendre pour atteindre de décharge, ça nous fait environ .
D'où vient cette incohérence ?

Merci.

Ta méthode de calcul est incorrecte: le convertisseur ne peut pas être assimilé à une simple résistance, en fait c'est même plutot une résistance négative.

Ta résistance normale va consommer le courant correspondant à 1.5W à l'instant initial, mais ensuite ça va diminuer. Alors que ta charge consomme toujours 1.5W. En fait, le convertisseur va se charger de compenser la chute de tension en consommant plus: la décharge va aller de plus en plus vite, pas de plus en plus lentement.
La seule méthode valable est de faire un bilan d'énergie (en incluant un rendement réaliste)

[Goldtop]

Merci pour les réponses !

@Biname : j'ai déjà repéré quelques boosts sur Rs-components en faisant bien attention au courant max de sortie donc pas de souci à ce sujet !
En ce qui concerne le reste, je suis au courant des inconvénients et avantages des supercapas devant les différents modèles de piles et batteries; l'idée est plus de voir ce qu'il est possible de faire maintenant tout en regardant les pistes d'amélioration futures mais merci quand même pour les petits calculs !
Par ailleurs, je ne cherche pas spécialement à utiliser ce modèle particulier de supercapa, le pdf était donné en tant qu'exemple de circuit de régulation.

@Tropique : je te remercie pour l'explication mais je ne cherchais pas à inclure le boost dans ce rapide calcul, seules l'antenne et la supercapa sont mentionnées ici !
Je vois l'erreur (débile) que j'ai faite ici, le courant de décharge décroît lui aussi exponentiellement et donc la puissance dissipée par la résistance équivalente n'est pas constante à 1,5W au cours du temps dans le cas d'une simple association RC...

Je vais me repencher sur le dimensionnement du module de supercapas. J'ai trouvé un ou deux boost converters présentant un couple tension minimale d'utilisation - output courant max intéressant donc je pense que je vais partir là-dessus une fois que les calculs seront faits !

[Goldtop]

Salut à tous,

Je me penche de nouveau sur ces supercondensateurs et j'ai une petite question. Quelle est la bonne méthode pour calculer l'énergie disponible dans une association de condensateurs ?

Merci par avance !

[fabang]

Que tu mettes des condensateurs en parallèle ou en série, les énergies s'additionnent toujours.
N'oublie pas que tu n'utiliseras qu'une partie de l'énergie stockée, car tu ne peux pas récupérer l'énergie des condensateur jusqu'à 0V.
Tu perdras aussi de l'énergie dans les résistances internes des condensateurs. Le convertisseur déchargeant grossièrement le condensateur à puissance constante, vers la fin le courant augmente notablement ce qui accentue les pertes et la chute de tension liée à la résistance interne.

[Goldtop]

Merci pour la réponse!
Je me demandais justement comment le convertisseur gère la décharge des condos. Reste encore à jeter un œil à la régulation de la charge, j'ai vu qu'il était préférable de mettre en place un circuit de régulation pour pallier à d'éventuelles surcharges liées à la tolérance des condos utilisés.