Construction of set-up for the evaluation of non-linear behavior of supercapacitors

Abstract

En este trabajo construí un dispositivo basado en el principio de la bomba Howland capaz de conducir por muchos tipos de cargas actuales; Caracterizo este dispositivo en términos de ruido y distorsión: En la prueba de distorsión, utilicé Matlab para crear un script capaz de determinar el índice de distorsión armónica total de la medición para comparar las mediciones de entrada y salida y comprender la distorsión introducida por nuestro dispositivo; En la prueba de ruido utilizamos una cámara anecoica porque es el instrumento más útil que puede reducir el ruido externo y permitirnos comprender qué parte del ruido sale directamente de nuestro dispositivo. Finalmente, utilicé el dispositivo para estudiar los comportamientos no lineales en supercapacitores cuando se cobran hasta su valor nominal; en esta condición descubrimos que los supercapacitores tienen un comportamiento no lineal similar a una curva de histéresis. Luego caracterizamos el comportamiento en relación con un paso de corriente y descubrimos que podríamos modelar este comportamiento con una resistencia constante con un valor de 22 mΩ. Finalmente, evaluamos el comportamiento de estos componentes más allá de sus límites para comprender qué tipo de problemas surgen. Descubrimos que ocurren muchos daños internos y que tenemos una saturación del supercapacitador en términos de voltaje.

In this work I built a device base on the principle of the Howland pump able to drive by current many types of loads; I characterize this device in terms of noise and distortion: In the distortion test I used Matlab to create a script able to determine the Total Armonic distortion Index of the measurement so to compare the input and output measurements and to understand the distortion introduced by our device; In the noise test we used an anechoic chamber because is the most useful instrument able to reduce the external noise and to allow us to understand which part of the noise come out directly from our device. Finally I used the device to study the nonlinear behaviors in supercapacitors when they are charged up to their nominal value; in this condition we found out that supercapacitors have a nonlinear behaviour similar to an hysteresis curve. We then characterized the behaviour relative to a step current and we discovered that we could model this behaviour with a constant resistor with a 22 mΩ value. At last we evaluated the behavior of this components beyond their limits to understand which type of problems come out. We found out that many internal damages occur and that we have a saturation of the supercapacitor in terms of voltage.