スーパーキャパシタモデリング

短い時間に大きな電力を出し入れする場面だ。電気二重層キャパシタは、細かい穴だらけの炭素の電極を電解液に浸し、電極の表面にイオンを並べて電気を蓄える。化学反応を伴わないので、数秒で充放電でき、何十万回も繰り返せる。そのため、クレーンやバスのブレーキで回収したエネルギーを一時的に貯める、停電の瞬間の電源を支える、といった使い方に向いている。一方で、蓄えられるエネルギーは同じ重さの電池よりずっと小さい。モデリングでは、蓄えるエネルギー、内部の抵抗による損失と発熱、穴の奥まで使えるかどうか、直列にしたときの電圧のばらつきを見る。

そうはいかない。電気二重層キャパシタの電圧の上限は、電解液が分解し始める電圧で決まっていて、それを超えるとガスが出て内部の圧力が上がり、劣化が一気に進む。劣化すると静電容量が下がるので、次の充電ではそのセルの電圧がさらに高くなる。つまり、弱いセルほど速く傷み、もっと弱くなるという悪循環になる。しかも内部抵抗も増えて発熱が大きくなり、温度が上がると劣化はさらに速くなる。だから直列のモジュールでは、各セルの電圧を測って高いセルから放電させるバランス回路を入れる。設計では、セルの静電容量と内部抵抗のばらつき、モジュールの中の温度の分布を入れて、どのセルが最初に上限に達するかを計算する。

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