Superkondensator Mit besonders geringem Leckstrom zur Kombination mit Akkus oder Batterien

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Superkondensatoren können mit Akkus und Batterien kombiniert werden, um die Vorteile hoher Kapazität und geringen Innenwiderstands zu kombinieren. Geringe Leckströme verlängern dabei die Akkulebensdauer. Hy-Line Power Components bietet nun ein speziell auf diese Anwendung optimiertes Modell an.

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Superkondensatoren eignen sich gut als Ergänzung zu Lithium-Ionen-Akkus.
Superkondensatoren eignen sich gut als Ergänzung zu Lithium-Ionen-Akkus.
(Bild: HY-Line)

Ob für Echtzeituhren, Speichererhaltung oder kleine Pufferlösungen: Superkondensatoren sind seit Jahrzehnten eine interessante Alternative zu Batterien und Akkumulatoren. Sie ersetzen auch zunehmend die Knopfzellenbatterien in Messgeräten, Steuerungen, Wasser- und Stromzählern und Smart Metern allgemein, sowie auf Embedded Boards, im Internet of Things, Telematik- und E-Call-Anwendungen. Superkondensatoren besitzen eine lange Lebensdauer von mindestens 10 Jahren und dürfen ohne Einschränkung im Flugzeug und auf der Straße transportiert werden. Weder Lagerung, Ladezyklen im sechsstelligen Bereich, Tiefentladung noch tiefe Temperaturen können ihnen etwas anhaben. Sie dürfen deshalb auf einer Baugruppe fest verlötet werden, was Ausfälle durch schlechte Kontakte ausschließt.

Die Kapazität des Superkondensators reicht jedoch normalerweise nicht für 10 Jahre, sondern nur für einige Wochen ohne Nachladen. Lithium-Batterien wiederum schaffen 10 Jahre, haben jedoch ohne Pufferkondensator Probleme mit der Impulsbelastbarkeit, beispielsweise in Rauchmeldern und bei über Funktechnologien vernetzten Sensoren. Eine elegante Lösung hierfür ist das Parallelschalten von Superkondensator und Akku – beispielsweise als Hybrid-Superkondensator, der intern die Technologien von Superkondensator und wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Akku vereint.

Eine beliebte Alternative ist es, zwei getrennte Bauelemente zu verbauen: Eine besonders hochkapazitative, nicht wiederaufladbare Lithium-Batterie und einen Superkondensator. Da die Maximalspannung von Superkondensatoren bei 2,5 bis 3,0 V pro Zelle liegt und Lithium-Batterien 3,6 V pro Zelle liefern, wird eine Serienschaltung von Superkondensatoren erforderlich. Deren Balancierungsnetzwerk und die Selbstentladung des Superkondensators können die Lebensdauer der Lithium-Batterie reduzieren.

Bei dem PHVL-Superkondensator konnte durch die geringere Betriebsspannung und gute Selektion der Superkondensatoren auf minimale Leckströme und identische Kapazitäten auf ein Balance-Netzwerk verzichtet werden. Er bietet eine Arbeitsspannung von 3,9 V (Spitzenspannung 5,0 V) und Kapazitäten von 0,47 bis 5,0 F bei einem Arbeitstemperaturbereich von –40 bis 65 °C (–40 bis 85 °C mit Einschränkungen). Dabei zeigt er nur 10 bis 20 Prozent des Leckstroms vergleichbarer Modelle mit bis zu 5,5 V Arbeitsspannung, bei einem 5-F-Modell sind dies nur noch 5 µA. Damit kombiniert er am kompromisslosesten die besonders lange Betriebsdauer der Lithium-Batterie mit dem geringen Innenwiderstand des Superkondensators.

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