Ein populäres Anwendungsbeispiel für Superkondensatoren (SCs) sind die Start-Stopp-Systeme von Autos mit deren regenerativen Bremsungen. Die kinetische Energie wird beim Bremsen in den SCs gespeichert, dann verfügen sie über die notwendige Energie für den Starter des Verbrennungsmotors.
Gegenüber herkömmlichen Blei-Säure-Batterien können SCs erheblich häufiger geladen und entladen werden. Sie absorbieren zudem Energie schneller, ohne sich über ihre Lebenszeit hinweg zu verschlechtern. Durch diese Eigenschaften sind sie interessante Komponenten für industrielle Back-up-Powersysteme, schnell wiederaufladbare und kabelfreie Powerwerkzeuge sowie für entfernt platzierte Sensoren, wo regelmässige Batteriewechsel unpraktisch oder zu kostenträchtig sind.
Parallel, seriell oder in einer Mischform konfigurierte SC-Bank
Der herunterladbare Bericht (PDF) befasst sich mit dem richtigen Laden dieser grossen Kondensatoren und auch mit dem Design sowie der Evaluierung der besten Systemkonfiguration für eine Back-up-Energiespeicherung. Hinzu kommt eine detaillierte Beschreibung der Schaltungslösung für ein SC-Ladungsgerät mit entsprechenden Wellenformen. Es gibt bereits einige Systemkonfigurationen mit SC-Bänken als Back-up-Energiespeicherung. Die Systemdesigner konzentrieren sich idealerweise zuerst auf die Konfiguration der Energiespeicherung und entscheiden dann, mit welcher Spannung die Energie gespeichert werden soll. Natürlich müssen die Power- und Spannungsanforderungen der Last berücksichtigt werden.
Mehrere Lademethoden möglich
Bei einer hocheffizienten Schaltungslösung fordern die Lastkomponenten geregelte Eingangsspannungen. Die Hauptstromversorgung versorgt während des Normalbetriebs den Schaltregler 2 und lädt simultan die SC-Bank durch den Schaltregler 1. Wenn die Hauptstromversorgung abgeschaltet wird, versorgt die SC-Bank den SW2, um die Lastfunktion aufrechtzuerhalten. Sobald eine SC-Zelle ausgewählt ist, muss der Designer die Zielspannung für jede Zelle anhand der Spezifikationen der SC auswählen. Die meisten Zellen sind für 2,5 bis 3,3 V bei Raumtemperatur ausgelegt. Die Zielspannung sollte etwas unter der maximal spezifizierten SC-Spannung liegen. Das ist vorteilhaft für die Betriebsdauer.
Die SC-Bank kann parallel, seriell oder kombiniert konfiguriert werden. Da sich die Zellenspannung typischerweise unter 3,3 V befindet und die Lasten oft eine gleich hohe oder höhere Spannungsversorgung erfordern, sind die Optionen für eine Zellenkonfiguration und den Schaltregler 2 entweder eine einzelne Zelle mit einem Boostumsetzer oder mehrere Zellen in Serie mit einem Buck- oder Buck-Boost-Umsetzer. Näheres im Applikationsbericht. Für die Ladung einer SC-Bank gibt es mehrere Methoden. Das CICV-Verfahren (konstanter Strom/konstante Spannung) wird öfter bevorzugt. Zu Beginn des Ladezyklus funktioniert das Ladeelement (SW1) im Konstantstrommodus und liefert so einen konstanten Strom zur SC-Bank, damit die Bankspannung linear ansteigt. Bei der Zielspannung wird der Loop der konstanten Spannung aktiv und verhindert eine Überladung.
Applikationsbericht: 11-12_16.01.pdf
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