Batterie und Superkondensator

Technik Elektronik & Elektrotechnik
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Hallo,

es gibt inzwischen Kondensatoren mit Kapazitäten bis ca. 2500F…5000F.

Eine typische Anwendung wäre, eine Batterie von Stromspitzen zu entlasten, wenn ein hoher Nennstrom (Elektroauto fährt Berg hinauf) gefordert ist oder rückgeliefert wird (Rekuperation).

Der Superkondensator kann einen solchen hohen Strom über eine gewisse Zeit liefern (ein paar Sekunden bis ca. 1…2min), dabei wird er entladen und seine Nennspannung verringert sich linear (konstanter Entladestrom).

Meine Frage ist: Wie werden eigentlich die Batterie und der Kondensator geschaltet? Die Batterie arbeitet als reale Spannungsquelle, die nicht mit hohem Strom belastet werden darf, der Kondensator als reale Stromquelle, dessen Nennspannung sich dermaßen ändert, daß eine Nutzung als „Batterieersatz“ nicht in Frage zu kommen scheint? Vermutlich benötigt man dazu Anpaßschaltungen und ein aufwendiges Batteriemanagement (hinsichtlich Innenwiderstand, Nennspannung usw.).
Wie erreicht man, daß man den hohen Strom aus dem Kondensator entnehmen kann, dabei gleichzeitig das Spannungsniveau erhalten bleibt, das aus der Batterie stammt (z.B. 12V bei 50A Dauerstrom über 1min)?

Gruß,
Watchercallit.

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Batterie und Super-… Watt???

Hallo,
es gibt inzwischen Kondensatoren mit Kapazitäten bis ca.
2500F…5000F.

…klar doch…

Eine typische Anwendung wäre, eine Batterie von Stromspitzen
zu entlasten, wenn ein hoher Nennstrom (Elektroauto fährt Berg
hinauf) gefordert ist oder rückgeliefert wird (Rekuperation).

Spannungsquellen von Stromspitzen zu entlasten, ist seit Jahrzehnten Aufgabe von "ElKo"s…

Der Superkondensator kann einen solchen hohen Strom über eine
gewisse Zeit liefern (ein paar Sekunden bis ca. 1…2min),
dabei wird er entladen und seine Nennspannung verringert sich
linear (konstanter Entladestrom).

Wovon träumst du >nachts

3

Kleine Ergänzung mit Link
Hallo Mafeu,

da es Dir vermutlich nicht bekannt ist, habe ich hier mal den Link zu der deutschen Firma herausgesucht, die solche „StarTrek“-Kondensatoren bereits im 21. Jahrhundert im Programm hat:

http://www.epcos.de/excelon/servlet/excelon/produkt_…

In den Datenblättern dort ist unter anderem von Entladeströmen von 200A die Rede, und das über Zyklen von 30s. Da scheint es mir geboten, einen gewissen Aufwand zur Handhabung dieser Ströme zu treiben (und nach solchen Schaltungen hatte ich gefragt), und nicht einfach etwas irgendwie irgendwo parallel zu schalten.

Die Kapazitäten sind auch bei weitem nicht das Ende der gegenwärtigen Entwicklung, eine Firma (ich glaube Japan) hat bereits Exemplare mit 5000F. Falls Du darauf bestehen solltest, suche ich Dir diese Firma dann auch noch mal heraus :wink:.

Hast du das im Auto-HiFi-Magazin gelesen??? :smile:

Nein, wie gesagt - gesehen auf den Seiten einer seriös anmutenden deutschen Firma :wink:.

Solche Kondensatoren sind bereits erfolgreich in Hybridfahrzeugen eingesetzt worden, mit dem Ergebnis, daß sich die Reichweite dadurch um 50% steigern ließ und die Batterien länger hielten. Es scheint sich zu lohnen, nicht nur Bässe damit zu verbessern :smile:.

PS: 63 Ah heisst nicht nur 63 Stunden lang 1 Ampere, sondern
auch 1 Stunde lang 63 Ampere…!!!

Leider total falsch - warum gibt es wohl die Angaben C20, C5 und C1 usw.? 63Ah sind nicht immer 63Ah.

Nix für ungut.

Gruß,
Watchercallit.

4

Hallo,
Deine Fragen werden ja schon in dem Link, den Du weiter unten
mit gesetzt hast, schon gegeben.

Prinzipiell sind diese „GoldCaps“ keine idealen Kondensatoren.
Das Ersatzschaltbild zeigt ja eher eine ganze Kombination von
C’s und R’s. Die Spannungsfestigkeit der Einzellzelle ist auch
nur ca. 2,3V. Die Reihen- und Paralellschaltung geht nur mit
einigen Schutzmaßnahmen zuverlässig.
Natürlich lassen sich bei Zusammenschaltung und Kaskadierung
ganz erhebliche Kapzitäten mit duchaus hohen Entladeströmen
realisieren.
Die praktische Nutzung ist aber ganz offensichlich an eine
ausgeklügelte Leistungselektronik gebunden.
Zum Aufladen ist es z.B. sehr zweckmäßig, die Zellen nicht
in Reihe , sondern besser paralell zu schalten.
Zum Entladen ist natürlich eine etwas höhere Spannung als 2,3V
sehr sinnvoll. Dann also auf alle Fälle Reihenschaltung.
Für die Leistungsabgabe an eine reale Last wird ein Umrichter
benötigt, der bei sinkender Zellenspannung die notwendige
Spannung an der Last transformiert.
siehe Bild in http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/writeartic…

Die Lösung dieser Probleme ist sicher techn. möglich. Es bleibt natürlich trotzdem die Frage, ab sich der Aufwand lohnt.
Die Energiedichte ist ja trotzdem nicht sehr hoch. Das
Verhältniss Masse/Speicherenergie wird nicht besser sein als bei
Akkus. Statt solcher sehr aufwendigen und teuren Techniken
könnte auch ein Akku eingesetzt werden, der mit den Spitzenströmen besser zurechtkommt.
In deinem Link wird diese Technologie ja hauptsächlich nur zur
Kurzzeit-Speicherung der Bremsenergie bei Bussen angepriesen.
Da macht das auch einigen Sinn, weil Busse im Stadtverkehr ja
fast nur mit Anfahren und Bremsen (also „Erzeugung und
Vernichtung kinetischer Energie“) beschäftigt sind.
Da soll ja auch gar kein Akku als Speicher eingesetzt sein.

In dem Zusammenhang gib es ja auch einige Ansätze das leidige
Thema Akkus (Umweltgifte) zu entschärfen. Viele Akkugeräte, die
nur kurzzeitig benutzt werden, könnten besser mit Goldkaps
ausgerüstet werden. z.B. Zahnbürsten,Rasierapp., Mixer.
Staubsauger usw.
Fragt sich nur, ob es überhaupt sinnvoll ist, etwas mehr Komfort
mit viel Aufwand und Resourcenvergeudung zu bezahlen.
Denn sowohl Akku als auch Goldkap incl. Ladetechnologien müssen
zusätzlich eingebaut werden.
Gruß Uwi

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

5

einfach - oder?

Hallo,

es gibt inzwischen Kondensatoren mit Kapazitäten bis ca.
2500F…5000F.

Eine typische Anwendung wäre, eine Batterie von Stromspitzen
zu entlasten, wenn ein hoher Nennstrom (Elektroauto fährt Berg
hinauf) gefordert ist oder rückgeliefert wird (Rekuperation).

Der Superkondensator kann einen solchen hohen Strom über eine
gewisse Zeit liefern (ein paar Sekunden bis ca. 1…2min),
dabei wird er entladen und seine Nennspannung verringert sich
linear (konstanter Entladestrom).

Meine Frage ist: Wie werden eigentlich die Batterie und der
Kondensator geschaltet?

Einfach parallel

. Die Batterie arbeitet als reale

Spannungsquelle, die nicht mit hohem Strom belastet werden
darf

Ja, aber.

Die Batterie hat einen gewissen Innenwiderstand, also bei hohem Strom sackt die Spannung ein.

, der Kondensator als reale Stromquelle, dessen

Nennspannung sich dermaßen ändert, daß eine Nutzung als
„Batterieersatz“ nicht in Frage zu kommen scheint? Vermutlich
benötigt man dazu Anpaßschaltungen und ein aufwendiges
Batteriemanagement (hinsichtlich Innenwiderstand, Nennspannung
usw.).

Zum einfachen ausfiltern der Stromspitzen vor der Batterie braucht man gar nichts. Allein aus den unterschiedlichen „realexistierenden“ Widerständen der Bauteile stellt sich das Verhalten (Batterie = gleichförmiger Dauerstrom, Kondensator = Spitzenströme) automatisch ein.

Wie erreicht man, daß man den hohen Strom aus dem Kondensator
entnehmen kann, dabei gleichzeitig das Spannungsniveau
erhalten bleibt, das aus der Batterie stammt (z.B. 12V bei 50A
Dauerstrom über 1min)?

Über den höheren Innenwiderstand der Batterie. Der STrom aus der Batterie geht „von selbst“ zurück, der aus dem Elko geht dementgegegen hoch. Tatsächlich bleibt die Spannung nicht KONSTANT, aber sie ändert sich nur ein wenig, aber das reicht, um diese Änderungen einzuleiten.

Rechne doch mal nach bei 200 A und für die Batterie 10 Milliohm und direkt dazu parallel der Kondensator mit z.B. 2 Milliohm.

Der Strom teilt sich dann 1 : 5 auf. Also für eine kleine 200 A Spitze 40 A aus der Batterie und der Rest …

Ausserdem wird aus der Batterie der Strom chemisch erzeugt und ist „langsamer“. Die „guten“ KOndensatoren haben diesen Effekt weniger.

Gruß,
Watchercallit.

6

Hallo,

Einfach parallel

das kann man sicher ohne Probleme machen, aber so nutzt man von
gespeicherten Ladung in den Superkondensatoren nur einen winzigen Bruchteil. das scheint mir aber unsinnig. Schließlich
ist die Energiedichte in den Kondensatoren eh nicht sehr hoch.

. Die Batterie arbeitet als reale

Spannungsquelle, die nicht mit hohem Strom belastet werden
darf

Ja, aber.

Die Batterie hat einen gewissen Innenwiderstand, also bei
hohem Strom sackt die Spannung ein.

Das Einsacken der Akkuspannung darf bei großen Leistungen gar nicht viel sein, weil debei über den Innenwiderstand Leistung
verheizt wird. Die Akkus würden unzulässig erwärmt.

, der Kondensator als reale Stromquelle, dessen

Nennspannung sich dermaßen ändert, daß eine Nutzung als
„Batterieersatz“ nicht in Frage zu kommen scheint? Vermutlich
benötigt man dazu Anpaßschaltungen und ein aufwendiges
Batteriemanagement (hinsichtlich Innenwiderstand, Nennspannung
usw.).

Zum einfachen ausfiltern der Stromspitzen vor der Batterie
braucht man gar nichts. Allein aus den unterschiedlichen
„realexistierenden“ Widerständen der Bauteile stellt sich das
Verhalten (Batterie = gleichförmiger Dauerstrom, Kondensator =
Spitzenströme) automatisch ein.

Das gilt zawr für elektronische Schaltungen mit Stromspitzen im
ns…ms-Bereich, hat aber nichts mit Ernergiespeicherung für
mech. Antriebe zu tun. Da sind die Stromspitzen sicher viel
länger und die Spitzenströme auch sehr hoch.

Über den höheren Innenwiderstand der Batterie. Der STrom aus
der Batterie geht „von selbst“ zurück, der aus dem Elko geht
dementgegegen hoch. Tatsächlich bleibt die Spannung nicht
KONSTANT, aber sie ändert sich nur ein wenig, aber das reicht,
um diese Änderungen einzuleiten.

Wie gesagt, ein wenig Spannungsänderung bringt auch nur ein
wenig Ladung! Das macht bei einem Antriebskonzept keinen Sinn.

Rechne doch mal nach bei 200 A und für die Batterie 10
Milliohm und direkt dazu parallel der Kondensator mit z.B. 2
Milliohm.

Der Strom teilt sich dann 1 : 5 auf. Also für eine kleine 200
A Spitze 40 A aus der Batterie und der Rest …

Nur sehr kurze Zeit und dann ist der Kond. wieder auf dem
Spannungniveau des Akkus und dann passiert nichts mehr.
Bei einem Spannungsabfall von z.B. 24 auf 22V werden aus dem
Kondensator weniger als 10% der verfügbaren Ladung genutzt. 90%
sind so nicht nutzbar. Der Kondesator müßte also etrem
überdimensioniert werden. Das wird zu teuer und das Masse-
Leistungsverhältnis wird schlecht.
Gruß Uwi