Ladetechnik
Superkondensatoren schnell aufladen
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.
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Fallstudie: Automatisches Paletten-Shuttle
Ein modernes Lager besteht aus einem oder mehreren Regalanlagen mit einer hohen Anzahl von Kanälen auf verschiedenen Ebenen, um Tausende von Paletten zu lagern. Ein Transferwagen bedient jeden der Lagerkanäle, während ein motorisiertes Shuttle die Paletten innerhalb des Kanals hin und her bewegt.
Ein automatisches Paletten-Shuttle ist die ideale Anwendung für den Einsatz von Ultrakondensatoren als Hauptstromquelle. Die Superkondensatoren laden sich innerhalb von Sekunden auf, während sie sich an Bord des Transferwagens befinden. Die autonome Shuttle-Fahrt innerhalb des Kanals dauert nur wenige Sekunden und benötigt nur eine begrenzte Menge an Energie pro Fahrt, die von den Superkondensatoren geliefert wird. Die Shuttles sind immer verfügbar und lassen sich kontinuierlich 24 Stunden am Tag betreiben, was eine hohe Lebensdauer ohne jegliche Wartung gewährleistet.
Bild 1 zeigt das Stromversorgungssystem auf der Basis von zwei in Reihe geschalteten Superkondensatoren mit jeweils 400 F und 2,7 V. Diese befinden sich an Bord des Paletten-Shuttles, während sich das Ladegerät an Bord des Transferwagens befindet. Das Ladegerät bezieht seine Leistung aus der Bus-Spannung VBUS von 24V. Während der Andockzeit zwischen den Shuttle-Fahrten lädt es das die beiden Superkondensatoren, die in der Reihenschaltung eine Gesamtkapazität von 200 F haben, mit 5 V auf. Damit beträgt die gespeicherte Ladung Q 1000 C (200 F × 5 V). Bei einem Ladestrom von 20 A sind die Superkondensatoren in 50 s (1000 C/20 A) vollgeladen.
Der Aufwärtswandler auf dem Paletten-Shuttle erhöht die Eingangsspannung von 5 V auf 12 V, um den Motor mit einem Strom von 5 A zu betreiben. Vernachlässigt man die Verluste, beträgt der Eingangsstrom des Aufwärtswandlers:
Dieser Strom entlädt den Superkondensator mit der folgenden Rate:
Unter der Annahme, dass der UVLO-Eingang des Aufwärtswandlers 3 V beträgt, ist der Entladebereich des Kondensators ΔU = 2 V. Dementsprechend treibt der Aufwärtswandler den Motor für die folgende Zeit an:
Bei einem vollen Lade-/Entladezyklus von 83 s (50 s + 33 s) könnte ein einzelner Paletten-Shuttle theoretisch die Beförderung von 43 Paletten pro Stunde unterstützen.
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