Estado da Arte sobre a Aplicação de Supercapacitores em Eletrônica de Potência

André Augusto Ferreira; José Antenor Pomilio

doi:10.18618/REP.2005.2.025032

Authors

André Augusto Ferreira Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação – UNICAMP Departamento de Sistemas e Controle de Energia - Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica CEP 13083-970 – C. P. 6101 – Campinas – SP – Brasil
José Antenor Pomilio Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação – UNICAMP Departamento de Sistemas e Controle de Energia - Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica CEP 13083-970 – C. P. 6101 – Campinas – SP – Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2005.2.025032

Keywords:

Capacitor eletroquímico de dupla-camada, supercapacitor, ultracapacitor

Abstract

O objetivo principal deste trabalho é apresentar uma pesquisa bibliográfica sobre a aplicação de supercapacitores. Supercapacitor é o termo usado para descrever os capacitores eletroquímicos de dupla camada. Este dispositivo de armazenamento de energia possui elevado valor de capacitância e baixa resistência série equivalente. O dispositivo é apropriado para suprir rapidamente picos elevados de corrente em situações que requerem média quantidade de energia. Geralmente são usados em sistemas híbridos, ou seja, em conjunto com baterias ou células à combustível. Deste modo, cumprem um importante papel como fonte complementar de energia, no intuito de reduzir o tempo de reposta, melhorar a estabilidade e a qualidade do sistema de suprimento. Uma extensa pesquisa bibliográfica permitiu identificar as principais aplicações relacionadas à eletrônica de potência. Após uma apresentação dos aspectos fundamentais do dispositivo, as aplicações são discutidas.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

André Augusto Ferreira, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação – UNICAMP Departamento de Sistemas e Controle de Energia - Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica CEP 13083-970 – C. P. 6101 – Campinas – SP – Brasil

nascido em 12/09/1975 em Juiz de Fora – MG é engenheiro eletricista (2000) pela Universidade Federal de Juiz de Fora e mestre (2002) e em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas. Atualmente é doutorando na Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da UNICAMP. Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, qualidade de energia elétrica e sistemas de controle digital.

José Antenor Pomilio, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação – UNICAMP Departamento de Sistemas e Controle de Energia - Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica CEP 13083-970 – C. P. 6101 – Campinas – SP – Brasil

é engenheiro eletricista, mestre e doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas. De 1988 a 1991 foi chefe do grupo de eletrônica de potência do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron. Realizou estágios de pós-doutoramento junto à Universidade de Pádua e à Terceira Universidade de Roma, ambas na Itália. Foi presidente da Sociedade Brasileira de Eletrônica de Potência – SOBRAEP e membro do comitê administrativo da IEEE Power Electronics Society. Atualmente é editor da revista Eletrônica de Potência, e editor associado da IEEE Trans. on Power Electronics e da revista Controle & Automação. É professor Titular da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Unicamp, onde é docente desde 1984. Dr. Pomilio é membro da SOBRAEP, da SBA, da SBPC e Senior Member do IEEE.

References

R. Kötz, M. Carlen. "Principles and applications of electrochemical capacitors", in Electrochimica Acta, vol. 45, nº 15-16, pp. 2483-2498, May 2000 https://doi.org/10.1016/S0013-4686(00)00354-6 DOI: https://doi.org/10.1016/S0013-4686(00)00354-6

Maxwell Technologies, "Top 10 Reasons for Using Ultracapacitors in Your System Design". Disponível em: www.maxwell.com/ultracapacitors/support/papers.html. Acesso em: 12 de março de 2005.

J. A. Pomilio, Fontes chaveadas, UNICAMP, publicação FEE 13/95, revisão jan. 2004. Disponível em: http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/apostila.html. Acesso em: 16 maio de 2005.

A. Schneuwly, B. Maher, J. Auer. "Ultracapacitors, the New Thinking in Automotive World". Disponível em: www.maxwell.com/ultracapacitors/support/papers.html. Acesso em: 12 de março de 2005.

G. Prophet. "Supercaps for supercaches". Disponível em: www.edn.com/article/CA268379.html. Acesso em: 13 de maio de 2005.

EPCOS AG, "UltraCap technology". Disponível em: www.epcos.com/inf/20/35/ds/technology.pdf. Acesso em: 12 de março de 2005.

G. Zorpette, "Super Charged", in IEEE Spectrum, vol. 42, nº 1, pp. 26-31, Jan. 2005. https://doi.org/10.1109/MSPEC.2005.1515956 DOI: https://doi.org/10.1109/MSPEC.2005.1377872

F. Gagliardi, M. Pagano, G. Maestri, M. Martone, A. Tarantino, "Experimental Results of on-board Battery-Ultracapacitor System for Electric Vehicle Applications", in Proceedings of the 2002 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE 2002, vol. 1, pp. 93-98, July 2002. https://doi.org/10.1109/ISIE.2002.1026047 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2002.1026047

F. Belhachemi, S. Rael, B. Davat, "A physical based model of power electronic double-layer supercapacitors", in Proceedings of the IEEE IAS Annual Meeting, 2000, vol. 5, pp. 3069-3076, Oct. 2000. https://doi.org/10.1109/IAS.2000.882604 DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2000.882604

Cooper Bussmann. "Aerogel Supercapacitors - Application Guidelines". Disponível em: http://www.cooperet.com/products_supercapacitors.asp Acesso em: 12 março 2005.

J. L. Durán-Gómez, P. N. Enjeti, A. von Jouanne, "An Approach to Achieve Ride-Through of an Adjustable-Speed Drive with Flyback Converter Modules Powered by Super Capacitors", in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 38, issue 2, pp. 514-522, March-April 2002. https://doi.org/10.1109/28.993174 DOI: https://doi.org/10.1109/28.993174

A. Schneuwly, G. Sartorelli, J. Auer, B. Maher. "Ultracapacitor Applications in the Power Electronic World". Disponível em: www.maxwell.com/ultracapacitors/support/papers.html. Acesso em: 12 de março de 2005.

Cap - XX. "Digital power for the next generation of mobile devices", Disponível em: www.cap-xx.com/. Acesso em 13 de maio de 2005.

P. P. Barker, "Ultracapacitor for Use in Power Quality and Distributed Resource Applications", in IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, vol. 1 , pp. 316-320, July 2002. https://doi.org/10.1109/PESS.2002.1043241 DOI: https://doi.org/10.1109/PESS.2002.1043241

W. Choi, P. Enjeti, J. W. Howze, "Fuel Cell Powered UPS Systems: Design Considerations", in IEEE 34th Annual Conference on Power Electronics Specialist, PESC 2003, vol. 1, pp. 385-390, June 2003. https://doi.org/10.1109/PESC.2003.1218323 DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.2003.1218323

T. Sels, C. Dragu, T. van Craenenbroeck, R. Belmans, "New Energy Storage Devices for an Improved Load Managing on Distribution Level", in IEEE Porto Power Tech Proceedings, vol. 4, p. 10-13, Sept. 2001. https://doi.org/10.1109/PTC.2001.964847 DOI: https://doi.org/10.1109/PTC.2001.964847

S. M. Deckmann, A. A. Ferreira, "About Voltage Sags and Swells Analysis", in 10th International Conference on Harmonics and Quality of Power, vol. 1, pp. 1448-148, Oct. 2002. https://doi.org/10.1109/ICHQP.2002.1221423 DOI: https://doi.org/10.1109/ICHQP.2002.1221423

L. Palma, P. Enjeti, E. Aeloiza, "An Approach to Provide Ride-Through for ASD Systems with Super-Capacitors", in VIII IEEE International Technical Proceedings Power Electronics Congress, CIEP 2002, pp. 182-187, Oct. 2002. https://doi.org/10.1109/CIEP.2002.1216657 DOI: https://doi.org/10.1109/CIEP.2002.1216657

P. F. Ribeiro, B. K. Johnson, M. L. Crow, A. Arsoy, Y. Liu, "Energy Storage Systems for Advanced Power Applications", in Proceedings of IEEE, vol. 89, nº 12, p.p. 1744-1756, Dec. 2001. https://doi.org/10.1109/5.975900 DOI: https://doi.org/10.1109/5.975900

D. Casadei, G. Grandi, C. Rossi, "A Supercapacitor-Based Power Conditioning System for Power Quality Improvement and Uninterruptible Power Supply", in Proceedings of the 2002 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE 2002,vol. 4, pp. 1247-1252, July 2002. https://doi.org/10.1109/ISIE.2002.1025968 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2002.1025968

A. Rufer, D. Hotellier, P. Barrade, "A Supercapacitor-Based Energy-Storage Substation for Voltage-Compensation in Weak Transportation Networks", in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 19, issue 2 , pp. 629-636, April 2004. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2004.824408 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2004.824408

E. Faggioli, P. Rena, V. Danel, X. Andrieu, R. Mallant, H. Kahlen, "Supercapacitors for the Energy Management of Electric Vehicles". in Journal of Power Sources, vol. 84, issue 2, pp. 261-269, Dec. 1999. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(99)00326-2 DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-7753(99)00326-2

P. Rodatz,, G. Paganelli, A. Sciarretta, L. Guzzella, "Optimal power management of an experimental fuel cell/supercapacitor-powered hybrid vehicle", in Control Engineering Practice, vol. 13, issue 1, pp 41-53, Jan. 2005. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2003.12.016 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2003.12.016

L. Solero, A. Lidozzi, J. A. Pomilio, "Design of multiple-input power converter for hybrid vehicles", Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC 2004, Nineteenth Annual IEEE, vol. 2, pp. 1145-1151, 2004. https://doi.org/10.1109/ISIE.2004.1572030 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2004.1572030

A. Di Napoli, F. Crescimbini, F. G. Capponi, L. Solero, "Control strategy for multiple input DC-DC power converters devoted to hybrid vehicle propulsion systems", in Symposium on Proceedings of the 2002 IEEE International Industrial Electronics, ISIE 2002, vol.3, pp. 1036-1041, May 2002. https://doi.org/10.1109/ISIE.2002.1025887 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2002.1025887

A. Kongats. "About Cap-XX". Disponível em: http://www.cap-xx.com. Acesso em 03 de agosto de 2004.

A. G. Simpson, G. R. Walker, "Lifecycle Costs of Ultracapacitors in Electric Vehicle Applications", in IEEE 33rd Annual Power Electronics Specialists Conference, PESC 2002, vol. 2, pp. 1015-1020, June 2002. https://doi.org/10.1109/PSEC.2002.1022588 DOI: https://doi.org/10.1109/PSEC.2002.1022588

T.A.Nergaard, J. F. Ferrell, L. G. Leslie, Jih-Sheng Lai, "Design considerations for a 48 V fuel cell to split single phase inverter system with ultracapacitor energy storage", in IEEE 33rd Annual Power Electronics Specialists Conference, PESC 2002, vol. 4, pp. 2007-2012, June 2002. https://doi.org/10.1109/PSEC.2002.1023109 DOI: https://doi.org/10.1109/PSEC.2002.1023109

R. E. Smith. "Ultracapacitor System Design; Optimizing Hybrid Electric Vehicles with Fuel Cell Power". Disponível em: http://www.maxwell.com/ultracapacitors/support/papers.html. Acesso em: 12 de março de 2005.

V. M. Pereira, J. A. Pomilio e P. A. V. Ferreira: "Dynamic Modeling and Control of an ICE-driven Induction Generator with Voltage and Frequency Regulation by PWM Three-phase Inverter", in 7° Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência - COBEP 2003, Fortaleza - CE, 21 - 24 sept. 2003, pp. 964-969.

A. A. Ferreira, L. A. Silva,J. A. Pomilio, "A Survey on Supercapacitors Applications in the Power Electronics", in 7° Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência - COBEP 2005, Recife - PE, "no Prelo".