Modellazione e analisi in frequenza di celle a supercondensatore

Tra le diverse tipologie di sistemi di accumulo energetico, i supercondensatori, grazie alla elevata densità di potenza, alla scarsa manutenzione richiesta e alla lunga vita utile in termini di numero di cicli, vedono grande flessibilità e possibilità di applicazione in molteplici settori del mercato, sia in utilizzo esclusivo sia all’interno di sistemi ibridi, dove vengono affiancati ad un'altra tecnologia di accumulo con caratteristiche complementari in grado di migliorarne le performance. Nell’ottica di estendere le applicazioni e ottimizzare il progetto e le prestazioni dei sistemi a supercondensatore è fondamentale lo sviluppo di modelli efficaci, in grado di simulare in maniera fedele il comportamento reale. L’elaborazione di modelli permette di eseguire test e simulare diverse condizioni operative, anche estreme, contenendo i costi e senza generare situazioni di pericolo. In questa tesi vengono esposti i principali modelli elettrici di celle a supercondensatore (SCs) presenti in letteratura e ne viene proposta l’implementazione in ambiente Matlab-Simulink, avvalendosi anche degli strumenti forniti dalle librerie Stateflow e Simscape. La procedura di stima dei parametri viene condotta attraverso la apposita toolbox di Simulink e i risultati dei modelli ottimizzati vengono confrontati con i profili sperimentali, ricavati da test eseguiti in laboratorio su un supercondensatore Maxwell Technologies BCAP3000. Infine, vista la possibilità offerta dai SC di sopportare veloci cicli di carica e scarica, viene eseguita un’analisi della risposta in frequenza, sempre in ambiente Simulink, in cui si realizza il diagramma complesso di impedenza nel range di frequenza da 1 mHz a 100 kHz. Tale analisi consentirà di individuare i valori di frequenza limite oltre i quali il supercondensatore non risulta più efficiente e sarà completata da un’interpretazione sia elettrica circuitale, sia fisica dei grafici di impedenza.