Le supercondensateur comme réserve d’énergie
Les supercondensateurs (ou ultracondensateurs) stockent bien plus d’énergie que des condensateurs ordinaires et se chargent presque instantanément. Ils servent à maintenir une horloge temps réel, sauvegarder des données lors d’une coupure, passer une microcoupure ou absorber les pointes d’un modem GSM. Contrairement à une batterie, leur tension baisse régulièrement pendant la décharge : l’énergie utile dépend donc de la tension minimale acceptée par votre circuit.
Les formules
- Énergie stockée : E = ½ C U²
- Énergie utile entre U1 et U2 : E = ½ C (U1² − U2²)
- Charge à courant constant : t = C (U1 − U2) ÷ I
- Charge à puissance constante (derrière un convertisseur DC-DC) : t = C (U1² − U2²) ÷ (2P)
Le calculateur fait aussi le calcul inverse : la capacité nécessaire pour une autonomie visée.
Exemple
Un supercondensateur de 1 F chargé à 5 V alimente un circuit qui fonctionne jusqu’à 3 V :
| Élément | Valeur |
|---|---|
| Énergie totale stockée | 12,5 J |
| Énergie utile | 8 J (64 %) |
| Autonomie sous 100 mA | 20 s |
| Autonomie sous 0,25 W | 32 s |
| Capacité pour 60 s sous 100 mA | 3 F |
Un convertisseur abaisseur-élévateur qui fonctionne jusqu’à 1 V ou moins rend utilisable bien plus d’énergie : 96 % entre 5 V et 1 V.
Points pratiques
- ESR : la résistance interne du condensateur provoque une chute immédiate de I × ESR au démarrage de la charge. Elle doit rester faible devant U1 − U2.
- Tension par élément : un supercondensateur supporte en général 2,5 à 3 V. Au-delà, il faut des éléments en série, ce qui divise la capacité et impose des résistances ou un circuit d’équilibrage.
- Tolérance et vieillissement : la capacité varie souvent de −10 % à +30 % à neuf et baisse avec le temps, la chaleur et la tension. Prévoyez 20 à 30 % de marge.
- Autodécharge : un supercondensateur se vide en quelques jours ; il convient aux coupures courtes, pas au stockage long.
- Courant d’appel : vide, il se comporte comme un court-circuit ; limitez le courant de charge.
Supercondensateur ou batterie ?
Choisissez un supercondensateur pour quelques secondes à quelques minutes d’autonomie, des cycles fréquents, le grand froid et de fortes impulsions de courant. Préférez une batterie pour des heures d’autonomie ou quand la place manque : à volume égal, elle stocke 10 à 100 fois plus d’énergie.