Stromversorgung Supercap & Batterie: das beste sinnvoll kombiniert

Redakteur: Gerd Kucera

Als Energiespeicher in einer Stromversorgung lassen sich Superkondensatoren mit Batterien kombinieren, um vorteilhaft eine hohe Kapazität und einen geringen Innenwiderstand nutzen zu können. Geringe Leckströme verlängern nämlich die Batterielebensdauer, konstatiert HY-LINE Power und offeriert deshalb eine neue, speziell auf diese Anwendung optimierte Supercap-Serie.

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Energiespeicher: Superkondensator mit geringem Leckstrom zur Kombination mit Lithium-Batterien
Energiespeicher: Superkondensator mit geringem Leckstrom zur Kombination mit Lithium-Batterien
(Bild: POWER COMPONENTS/HY-LINE)

Ausgelegt sind sie für beispielsweise Echtzeituhren, Speichererhaltung oder kleine Pufferlösungen. Superkondensatoren sind schon lange eine interessante Alternative zu Batterien und Akkus. Sie ersetzen auch zunehmend die Knopfzellenbatterien in Messgeräten, Steuerungen, Wasser- und Stromzählern und Smart Metern. Ebenso auf Embedded Boards, im Internet der Dinge, in Telematik- und ECall-Anwendungen (emergency call, automatisches PKW-Notrufsystem) kommen sie zum Einsatz.

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 ihrer Performance etwas anhaben. Sie dürfen deshalb tatsächlich auf einer Baugruppe fest verlötet werden, was Ausfälle durch schlechte Kontakte ausschließt.

Vorteile geschickt kombiniert

Ohne Nachladen reicht die Kapazität des Superkondensators jedoch normalerweise nicht für 10 Jahre, sondern nur für einige Wochen. 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 Batterie – beispielsweise als Hybrid-Superkondensator, der intern die Technologien von Superkondensator und wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Batterie 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 Balancing-Netzwerk und die Selbstentladung des Superkondensators können die Lebensdauer der Lithium-Batterie reduzieren, informiert HY-LINE.

Das Balance-Netzwerk entfällt

Bei dem neuen PHVL-Superkondensator konnte durch die geringere Betriebsspannung und gute Selektion der Superkondensatoren hinsichtlich minimalem Leckstrom und identische Kapazität auf ein Balance-Netzwerk verzichtet werden. Der Kondensator 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 (mit Einschränkungen auch -40 bis +85 °C ). Dabei zeigt er laut Hersteller nur 10% bis 20% des Leckstroms vergleichbarer Modelle mit bis zu 5,5 V Arbeitsspannung; bei einem 5-F-Modell sind dies nur noch 5 µA. Damit kombiniere er am kompromisslosesten die besonders lange Betriebsdauer der Lithium-Batterie mit dem geringen Innenwiderstand des Superkondensators, versichert HY-LINE.

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