Supercapacitor properties under changing load

• Autorzy: Tarczyński Wiesław , Kopka Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.2478/sjpna-2019-0020

Warianty tytułu

PL

Własności superkondensatorów przy zmiennym obciążeniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of analyses of the series resonance phenomenon in a system containing supercapacitors. The specific features of such components, especially the diffusion processes, cause their dynamic properties significantly differ from those of typical capacitors. In contrast to other authors work, the presented results were obtained during discharging of supercapacitors through periodically changing resistor. Such procedure corresponds to conditions when supercapacitors can be discharged by periodically changing loads. Analysis of resonance phenomena is a very important task; especially in power supply circuits, where supercapacitors often act as energy storage elements. The tests carried out for selected supercapacitors and fre-quencies range were verified practically using a specially prepared test system.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analiz zjawiska rezonansu szeregowego w układzie zawierającym superkondensatory. Specyficzne cechy takich elementów, szczególnie zjawiska dyfuzji, powodują, że ich własności dynamiczne znacznie różnią się od właściwości typowych kondensatorów. Prezentowane wyniki badań, w odróżnieniu od większości prac innych autorów, uzyskano podczas rozładowywania superkondensatorów poprzez okresowo zmieniającą się rezystancję. Takie postępowanie odpowiada rzeczywistym warunkom, w jakich superkondensatory mogą być roz-ładowywane przez zmieniające się okresowo obciążenie. Analiza warunków rezonansowych jest bardzo ważna, szczególnie w układach zasilania, gdzie superkondensatory często pełnią rolę elementów magazynujących energię. Przeprowadzone badania symulacyjne dla wybranych superkondensatorów i częstotliwości zmian obciążenia zweryfikowano w sposób praktyczny na specjalnie przygotowanym układzie testowym.

Słowa kluczowe

EN

electrical resonance; supercapacitor; variable load

PL

rezonans elektryczny; superkondensator; zmienne obciążenie

• Wydawca: Akademia Marynarki Wojennej im. Bohaterów Westerplatte
• Czasopismo: Scientific Journal of Polish Naval Academy
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 60 nr 3 (218)
• Strony: 81--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Tarczyński Wiesław

• Opole University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Automatic Control and Informatics, Prószkowska 76 Str., 45-758 Opole, Poland

autor

Kopka Ryszard

• Opole University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Automatic Control and Informatics, Prószkowska 76 Str., 45-758 Opole, Poland

Bibliografia

• [1] Conway B. E., Birss V., Wojtowicz J., The role and utilization of pseudocapacitance for energy storage by supercapacitors, ‘Journal of Power Source’, 1997, Vol. 66, pp. 1–14.
• [2] Dzieliński A., Sarwas G., Sierociuk D., Comparison and validation of integer and fractional order ultracapacitor models, ‘Advances in Difference Equations’, 2011, 2011:11, pp. 1–15.
• [3] Frąckowiak E., Béguin F., Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors, ‘Carbon’, 2001, 39, pp. 937–950.
• [4] Freeborn T. J., Maundy B., Elwakil A. S., Measurement of Supercapacitor Fractional-Order Model Parameters From Voltage-Excited Step Response, ‘IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems’, 2013, Vol. 3, No. 3, pp. 367–376.
• [5] Jakubowska-Ciszek A., Walczak J., Analysis of the transient state in a parallel circuit of the class RL_β C_α, ‘Applied Mathematics and Computation’, 2018, Vol. 319, pp. 287–300.
• [6] Kaczorek T., Rogowski K., Fractional linear systems and electrical circuits, ‘Studies in Systems, Decision and Control’, 13, Springer, 2015.
• [7] Martin R., Quintana J. J., Ramos A., de la Nuez I., Modeling Electrochemical Double Layer Capaci-tor, from Classical to Fractional Impedance, The 14th Medditeranean Electrotechnical Conf., Ajaccio, 4–7 May 2008, pp. 61–66.
• [8] Radwan A. G., Resonance and Quality Factor of the RL_β C_α Fractional Circuit, ‘IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems’, 2013, Vol. 3, No. 3, pp. 377–385.
• [9] Radwan A. G., Salama K. N., Passive and Active Elements Using Fractional L_β C_α Circuit, ‘IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers’, 2011, Vol. 58, No. 10, pp. 2388–2397.
• [10] Sierociuk D., Sarwas G., Twardy M., Resonance phenomena in circuits with ultracapacitors, 12th International Conference on Environment and Electrical Engineering, Wroclaw 2013, pp. 197–202.
• [11] Walczak J., Jakubowska A., Resonance in series fractional order RL_β C_α circuit, ‘Przegląd Elektrotechniczny’, 2014, No. 4, pp. 210–213.
• [12] Walczak J., Jakubowska A., Analysis of parallel resonance RLC_α circuit with supercapacitor, ‘Computer Applications in Electrical Engineering’, 2014, Vol. 12, pp. 1–8.
• [13] Westerlund S., Ekstam L., Capacitor Theory, ‘IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation’, 1994, Vol. 1, Issue 5, pp. 826–839.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).