Ladetechnik

Superkondensatoren schnell aufladen

4. Juni 2021, 9:00 Uhr | Dr. Nazzareno Rossetti und John Woodward, Maxim Integrated

Dank ihrer Vorteile gegenüber Batterien kommen Superkondensatoren immer häufiger zum Einsatz. Für die entsprechenden Ladegeräte ergeben sich jedoch besondere Herausforderungen, wie zwei Anwendungsfälle zeigen. Die Lösung: Ein Ladegerät auf der Basis eines synchronen Abwärtsreglers.

Superkondensatoren, oft auch oder Ultrakondensatoren genannt, funktionieren auf elektrostatischer Basis ohne chemische Reaktionen. Dadurch vermeiden sie die mit der chemischen Speicherung bei Batterien verbundenen Probleme hinsichtlich der Lebensdauer. Dies ermöglicht Millionen von Lade- und Entladezyklen mit Lebensdauern von bis zu zwanzig Jahren – eine Größenordnung über denen von Batterien. Außerdem lassen sie sich durch ihre niedrige Impedanz auch wenigen Sekunden laden und entladen. Dies, in Verbindung mit ihrer Fähigkeit, Ladungen über relativ lange Zeiträume zu halten, macht Superkondensatoren ideal für Anwendungen, die kurze Lade- und Entladezyklen erfordern. Sie werden auch parallel zu Batterien in Anwendungen eingesetzt, in denen bei Lastwechseln sofortige Leistungsspitzen erforderlich sind.

Die kurzen Lade- und Entladezyklen der Superkondensatoren erfordern Ladegeräte, die hohe Ströme verarbeiten können. Die Ladegeräte müssen während eines Ladevorgangs, der oft bei 0 V beginnt, reibungslos im Konstantstrommodus (Constant Current, CC) und nach Erreichen des endgültigen Ausgangswerts im Konstantspannungsmodus (Constant Voltage, CV) arbeiten. In zahlreichen Anwendungen werden oft viele Superkondensatoren in Reihe geschaltet, was Ladegeräte erfordert, die mit hohen Eingangs- und Ausgangsspannungen arbeiten können.

Im Folgenden wollen wir zwei Anwendungsfälle diskutieren: automatische Paletten-Shuttles in Lagerhallen und Kurzzeit-Backup-Systeme in ausfallsicheren Ventilantrieben. Anschließend wollen wir einen synchronen Abwärtsregler zum Laden von Superkondensatoren vorstellen, der dank seines hohen Ausgangsstroms und seines weiten Eingangs- und Ausgangsspannungsbereichs eine große Anzahl von Industrie- und Verbraucheranwendungen bedienen kann.