Kondensatoren

Können elektrische Doppelschichtkondensatoren Akkus ersetzen?

Seite: 3/3

Anbieter zum Thema

Der Akkuschrauber als praktisches Beispiel

Das praktische Beispiel eines 14,4-V-Akkuschraubers soll verdeutlichen, wie sich eine Lösung ausschließlich mit elektrischen Doppelschicht-Kondensatoren, ausschließlich mit Lithium-Ionen-Akkus und mit einer Hybrid-Lösung, d.h. einer Kombination aus Lithium-Ionen-Akku und Superkondensatoren, hinsichtlich Ladezeit, Power und Laufzeit verhält.

Aktuell werden Akkuschrauber vermehrt mit Lithium-Ionen-Akkus ausgestattet. Sie sind leichter und haben eine deutlich höhere Kapazität als ihre Vorfahren, die NiCd- und NiMh-Akkus.

Bildergalerie

Lösungsansatz mit Doppelschichtkondensatoren

Mit fünf in Serie geschalteten EDLC Zellen à 350 F und einer Ladespannung von 13,8 V konnten im Praxisversuch rund 40 Holzschrauben (4,5 mm x 40 mm) in ein Holzbrett geschraubt werden bevor das Gerät wieder aufgeladen werden musste. Bei 20 A Ladestrom war der Kondensator innerhalb von ca. 35 Sekunden wieder vollgeladen. Hierfür ist keine Ladeelektronik erforderlich, lediglich eine Ladeschluss-Spannungsbegrenzung wird benötigt.

Ein Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass auf eine Unterspannungsabschaltung verzichtet werden kann, da selbst bei sinkender Drehzahl noch genügend Drehmoment vorhanden ist. Denn EDLCs können, verglichen mit Akkus, ein Vielfaches an Strom liefern und überstehen auch sehr niedrige Spannungen ohne Schädigung. Sie ermöglichen bis über 500.000 Nachladezyklen.

Mehr schrauben und länger laden mit Lithium-Ionen-Akku

Mit einem Lithium-Ionen-Akku mit einer Nennkapazität von 1,5 Ah ließen sich mit einer Energieladung rund 250 Holzschrauben gleicher Größe in dasselbe Holzbrett drehen. Danach dauert es allerdings rund eine Stunde, bis der Akku wieder vollständig geladen ist .

Dabei ist allerdings auch zu beachten, dass alle hochwertigeren Akkuschrauber eine Unterspannungsabschaltung zum Schutze des Akkus haben. Denn die Entladetiefe (depth of discharge, DOD) eines Lithium-Ionen-Akkus beträgt etwa 70%, d.h. von den 1,5 Ah stehen lediglich 1,05 Ah tatsächlich zu Verfügung. Würde der Akku darüber hinaus entladen werden, hätte dies nachhaltige Schädigungen zur Folge. Mit zunehmender Lebensdauer des Akkus nimmt der Anteil an nutzbarer Nennkapazität weiter ab. Der Akku übersteht in der Praxis zwischen 150 und 200 Ladezyklen.

Hybrid-Lösung kombiniert EDLC und Lithium-Ionen-Akku

Bei der Hybrid-Lösung wurde der 1,5 Ah Li-Ion-Akku durch 15 EDLCs mit jeweils 25 F ergänzt. So konnten mit dem Akkuschrauber ca. 300 Holzschrauben ins Holzbrett geschraubt werden. Die Nachladezeit betrug ebenfalls rund eine Stunde, doch die Lebensdauer des Akkus verdoppelt sich auf bis zu etwa 400 Ladezyklen und die DOD verbessert sich auf 80 bis 90%.

Alle drei Lösungsansätze haben Vor- und Nachteile. Eine allgemeingültige Empfehlung ist deshalb nicht möglich; letztlich ist der Anwendungsfall im Detail zu betrachten. Entscheidend ist:

  • Wer nutzt die Anwendung?
  • Was sind die Anforderungen an das Gerät bzw. wie wird es genutzt?

Es bleibt also spannend ...

* Christian Kasper ist Mitarbeiter im technischen Support bei der Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:44299369)