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Sicherungen, Induktivitäten und Super-Caps ergänzen sich

Hoher Wirkungsgrad dank passiver Komponenten

19. Oktober 2012, 9:04 Uhr | Heinz Arnold

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Super-Caps vervielfachen die Batterielebensdauer

Im Sektor der Super-Caps ist Cooper Bussmann vor rund zehn Jahren mit der Übernahme der Powerstor-Technik eingestiegen. Powerstor hatte eine besondere Kohlenstoff-Wasser-Gel-Gel-Technik entwickelt, die Cooper Bussmann kontinuierlich weiterentwickelt hat. »Es kommt hier sehr stark auf die Feinheiten der Prozesstechnik an, wir haben sie über viele Jahre auf die besonderen Anforderungen in den verschiedenen Märkten eingestellt, das ist der Schlüssel für den Erfolg«, erklärt Perez. Heute bietet das Unternehmen eine breite Typenvielfalt an SuperCaps in unterschiedlichen Gehäuseformen und Größen an.

Die Typen der PowerStor-A-Serie erreichen Kapazitäten zwischen 0,47 und 4,7 F, arbeiten an Spannungen bis 2,5 V und zeichnen sich durch einen ESR-Wert von nur 25 mOhm aus. SuperCaps mit höheren ESR-Werten können die in ihnen gespeicherte Energie nicht voll nutzen, wenn sie Pulsströme zur Verfügung stellen müssen. »Deshalb haben unsere Ingenieure sich darauf konzentriert, den ESR-Wert zu verringern, inzwischen können wir den niedrigsten Wert bieten«, freut sich Perez. Damit können die SuperCaps die Lebensdauern der Batterien in Geräten, die für kurze Zeit relativ viel Energie benötigen - etwa wenn die Sendeeinheit Daten verschickt -, um bis zu 300 Prozent verlängern. In Geräten wie Zählern (Strom, Gas, Wasser, Wärme), in Wetterstationen und in Schlössern von Hotels können sie den Betreibern damit sehr viel Geld sparen, weil sie sich nicht um den Austausch der Batterien kümmern müssen.

Für Geräte, die nur über kurze Zeiträume von einigen Minuten aktiv sein müssen und über eine lokale Ladeeinheit verfügen, hat Cooper Bussmann die PowerStor-B-Serie entwickelt. Ihre Mitglieder erreichen Kapazitäten von 0,22 bis 50 F, sind für 2,5 V ausgelegt und können damit NiCd-Batterien ersetzen. Mit ihrem niedrigen ESR-Wert lassen sie sich sehr schnell entladen und wieder aufladen. Mit bis zu 500.000 Ladezyklen müssen sie über die gesamte Lebensdauer der Geräte nicht ausgetauscht werden.

Die Super-Caps der Power-P-serie sind dazu ausgelegt, genügend Energie zur Verfügung zu stellen, um Geräte bei Fehlfunktionen, etwa bei Stromausfall, sicher herunter zu fahren. Auch sie zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer (500.000 Zyklen) aus, so dass sie über die Lebenszeit der Geräte nicht ersetzt werden müssen. Es gibt Typen, die einen ESR-Wert bis hinunter zu 0,2 Ohm erreichen. Außerdem sitzen sie in sehr kleinen Gehäusen mit Abmessungen zwischen 0,75 und 4,7 cm³.
Seit kurzem liefert Cooper Bussmann auch SuperCaps mit Kapazitäten von bis zu 400 F. Typen mit bis zu 1000 F sind in der Entwicklung.

Neben den Standard-Super-Caps entwickelt Cooper Bussmann auch kundenspezifische Typen für den Einsatz im automatischen Zählerauslesen, in PCMCIA-Karten, Massenspeichern und Spielzeug.

Außerdem entwickelt das Unternehmen Pakete aus mehreren SuperCaps. Dazu haben die Ingenieure auch die erforderliche Balancing-Elektronik entwickelt. Hier kann das Unternehmen laut Perez zudem auf das eigene Kernwissen zurückgreifen: »Die Super-Caps sind sehr empfindlich gegenüber Überspannungen - und wie man Komponenten vor Überspannung schützt, darin kennen wir uns aus.«

Auch hier ergeben sich wieder enge Verbindungen zu den Sicherungen und Induktivitäten, nicht nur was die Fertigungs- und die Gehäusetechnik angeht, sondern auch was die Anwendungen betrifft.

»Mit diesem Produktspektrum können wir alles abdecken, was die Systemhersteller an passiven Komponenten für den Aufbau von Geräten benötigen, die leistungseffizient arbeiten müssen und bei denen es auf eine lange Lebenszeit der Batterien ankommt«, sagt Perez. Dazu gehören beispielsweise Smart Meters. Hier finden verschiedene Sicherungen und Induktivitäten genauso Einsatz wie Super-Caps. »Besonders eignet sich hier beispielsweise unsere kleinste SMD-Induktivität, die sich durch eine hohe Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.«

Was Perez besonders freut: Cooper Bussmann hat schon früh die Weichen richtig gestellt. Während vor vier bis fünf Jahren viele Hersteller passiver Komponenten vor allem vom damals wachsenden Markt für tragbare Consumer-Geräte wie Laptops und Notebooks profitieren wollten, setzte das Management von Cooper Bussmann schwerpunktmäßig auf Server und Massenspeicher. Mit dem Siegeszeug des Cloud-Computing ging die Entwicklung genau in diese Richtung. »Vor fünf Jahren schon war klar, dass wir Komponenten entwickeln müssen, die sich für den Einsatz in Multi-Phase-Power-Supplies eignen, die die vielen Controller und Prozessoren mit Strom versorgen«, so Perez. Die Anforderungen, die daraus resultieren: erstens ein komplettes Angebot an Schutzfunktionen, vor allem an Ferrit-Induktivitäten, zweitens einen möglichst hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. »Als sehr wichtig haben wir auch erachtet, dass wir nicht nur viele Phasen bereitstellen können, sondern auch Informationen über den Energiefluss geben können«, erklärt Perez. »Über Sensoren können wir den Strom pro Phase jeweils sehr genau messen.«

Das trägt dazu bei, dass sich der Wirkungsgrad der Systeme wie etwa der Server erhöht - und die Kosten für die Betreiber damit sinken. Das ist ein wichtiges Argument für die Hersteller von Servern und Massenspeichern - die Nachfrage nach den entsprechenden passiven Komponenten ist hoch, und sie wächst weiter. Und der Trend setzte sich auf höherem Leistungslevel im Automotive-Markt und im Industriesektor fort. Allein für die Induktivitäten rechnet Perez mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 8 bis 10 Prozent über die nächsten Jahre.

Deshalb investiert Cooper Bussmann in den Ausbau de Fertigungskapazitäten. Während das Unternehmen schon seit 15 Jahren in China in einer eigenen Fabrik produziert, in der gegenwärtig 3500 Mitarbeiter beschäftigt sind, befindet sich derzeit ein zweites Werk auf den Philippinen im Bau. In dieses Werk transferiert Cooper Bussmann alle Prozesse, die auch in China gefahren werden, so dass sich die Kapazität erhöht und die Kunden zudem die Produkte auch aus zwei unabhängigen Quellen beziehen können, was die Liefersicherheit erhöht. Im Sommer kommenden Jahres soll das neue Werk seine Fertigung mit 1500 Mitarbeitern aufnehmen.

Nicht nur in der Fertigung, auch in den Bereichen Marketing und R&D investiert Cooper Bussmann. Die Forschung und Entwicklung, die in Dublin/Kalifoprnien konzentriert ist, wurde besonders in den Sektoren Induktivitäten und SuperCaps ausgebaut.
Das Geschäft in Europa ist über die letzten Monate laut Perez sehr stark gewachsen, vor allem die Nachfrage nach SuperCaps steigt. »Was wir vor 18 Monaten eindesignt haben, das kommt jetzt in die Stückzahlen. Das gilt für Automotive und Zähler«, freut sich Perez. Nach seinen Worten besteht in Europa noch viel Potenzial für weiteres Wachstum für Cooper Bussman, weshalb er sich zum Ziel gesetzt hat, die europäischen Aktivitäten kräftig auszubauen.