Lade-/Entladeschaltung SuperCap

[Hannes Wagner (Gast)]

Hallo,
ich baue grad an einer Energieversorgung und wollte wissen wie man ein 
SuperCap in eine solche Schaltung integrieren kann. Das ganze 
funktioniert mit Solar- und Brennstoffzelle, wobei die abgegebene 
Leistung von einem µC gesteuert wird. Allerdings sollen auch kurzzeitig 
Ströme fließen die die Leistungsfähigkeit der beiden Versorger 
übersteigen, diese sollen über das SuperCap gespeist werden um die 
Solar- und Brennstoffzelle nicht zu überfordern.

Kann mir jemand Tipps und Informationen geben wie man SuperCaps 
schaltet?
Welche Schutzmaßnahmen wären wichtig um Solar- und Brennstoffzelle gegen 
Stromspitzen zu schützen?

Hoffe es kann mir jemand helfen.

LG Hannes

[Mario (Gast)]

Supercaps sind Kondensatoren und so verhalten sie sich auch. Informiere 
dich bitte zum Thema "Kondensator" (Grundlagen Elektrotechnik).
Als Denkanstoß:
- Bei Stromfluß durch den Kondensator steigt die Spannung 
(Verschiebungsfluß)
- Vorwiderstand ist nicht verkehrt um den Ladestrom zu bestimmen
- Ladezeiten können berechnet werden

[Erich R. (riedi)]

Zudem haben SuperCaps (zumindest die, die ich für solche Anwendungen 
kenne) nur einen Nennspannung von 2,5V. Ausnahmen sind z.B. fertige 
Module aus mehreren Zellen. Willst du selbst mehrere Einzelkondensatoren 
in Reihe schalten um die Gesamt-Nennspannung zu erhöhen, solltest du die 
Toleranzen nicht vernachlässigen. Stichwort: Balancing!

Beste Grüße
E.

[Hannes Wagner (Gast)]

die Leistung aus Solar- und Brennstoffzelle sind rund 1,2kW (24V, 50A), 
ich erwarte jedoch Ströme von bis zu 200A die für maximal 2 Secunden aus 
dem SuperCap gespeist werden sollen.
da ich jedoch nicht weiß in wie weit dies überhaupt von einem 
Kondensator mit ca. 100F verlangt werden kann und ob eine 
Leistungsverteilung auf die Versorger und das SuperCap möglich ist, 
würde ich gern erstmal prinzipiell über die Realisierbarkeit dieser 
Schaltung reden.

LG Hannes

[Εrnst B. (ernst)]

Die Ströme beim Laden/Entladen sind vermutlich weniger das Problem, aber 
das Balancing der einzelnen Kondensatoren (auf 2.5V max) ist wichtig, 
sonst sind die ganz flott kaputt.

Linear hat spezielle Supercap-Charger Chips, z.B. den LTC4425, aber der 
ist eher was für den 5V Bereich und für wenige Ampere...

[Hannes Wagner (Gast)]

also das supercap was verbaut werden soll hat eine betriebsspannung von 
28V und einen betriebsstrom von 400A (max 1400A), es soll dann mit 24V 
geladen werden (max ladestrom 42A).
wäre das dann mit zwei dioden und einem wiederstand zur ladestrom 
begrenzung getan?

+o--->I----o---o-------
                   ┴     ┴
                   I I      ^
                   ┬      I
                    o-o-o
                        I
                       =
                        I
-o-----------o---------

Diode an Solar- und Brennstoffzelle, Widerstand und Diode parallel vorm 
SuperCap

[Hannes Wagner (Gast)]

hm hat sich irgendwie verschoben

+o--->I----o---o-------
           ┴   ┴
          I I  ^
           ┬   I
           o-o-o
             I
             =
             I
-o-----------o---------

so ungefähr

[Εrnst B. (ernst)]

Spielt der Wirkungsgrad eine Rolle? Deine Lösung kommt grob überschlagen 
auf unter 50%...
(Beim Laden geht die Hälfte im Widerstand verloren, beim Entladen 
nochmal ein guter Teil an der Diode)

Die Diode durch eine "ideale Diode" (== MOSFET mit Ansteuerung) 
ersetzen, spart da schonmal ~300W Verlustleistung ein.
Beim Laden wirds aufwändiger, Step-Down MPPT?

[Hannes Wagner (Gast)]

irgendwie muss ich ja den ladestrom begrenzen, da aus solar- und 
brennstoffzelle nur max. 50A kommen und ich das gern auf 42A (85%) 
beschränken würde. aus diesem grund werde ich wohl nicht um einen 
wiederstand drumherum kommen.

[Εrnst B. (ernst)]

Wenn der Wirkungsgrad nicht wichtig ist (weil z.B. die Sonne ja eh 
scheint, oder der Kondensator nur als Buffer mitläuft und garnicht oft 
geladen/entladen wird) ist das ja in Ordnung.
eine Diode reicht übrigens, einfach parallel zum Ladewiderstand.

Aber, wie gesagt, eine Diode für 1400A Peak und 400A Dauerbelastung ist 
bestimmt etwas unhandlich, dort kannst du am einfachsten sparen.

[Hans M. (hansilein)]

Warum nimmst du nicht einen fetten Bleiakku? Da musst Du Dir über die 
Ströme keine Sorgen machen.

[Hannes Wagner (Gast)]

die Leistung am Verbrauchen wird über PWM gesteuert und deshalb brauche 
ich den SuperCap da ein Bleiakku sicher nicht so schnell geladen werden 
kann, außerdem wäre der nie voll entladen und würde sehr schnell an 
Qualität verlieren.

[Hans M. (hansilein)]

Bleiakkus muss man nicht voll entladen, die mögen fastvoll sehr gerne.
http://www.solarzellen-shop.de/solar-akkus/45-ah-solarakku-12v-solarbatterie.html

Kapazität:   45Ah (20h, Entladeschlußspannung 1,75V, 25°)
maximaler Entladestrom:   360A (5 Sekunden)
maximaler Ladestrom:   13,5 A

Wahrscheinlich sind zwei starterbatterien in reihe noch besser:
http://www.akku-shop-berlin.de/Autobatterien/Autobatterie-TAB-Magic-12V-45Ah-wartungsfrei::28870.html
Kann 360A für 30s und kostet das stück unter 50€
Außerdem musst du den ladestrom praktisch nicht begrenzen, wenn die 
ladespannung begrenzt ist.
Dafür ist sie natürlich schwerer.

[U.R. Schmitt (Gast)]

Darf man mal neugierig sein wofür diese Energieversorgung ist?

[Hannes Wagner (Gast)]

neugierig darf man natürlich sein, aber ich kann bzw. darf dazu nicht 
viel erzählen. tut mir leid

[Dennis B. (Firma: Home) (deboman)]

Ich arbeite derzeit an einem Brennstoffzellen Scooter. Mein Problem ist 
ebenfalls der Zwischenspeicher. Unser Team möchte gerne Supercaps 
verwenden, da die derzeitigen Akkus durch die Brennstoffzelle 
ausgetauscht werden sollen. Und als Zwischenspeicher wieder einbauen ist 
nicht sinnvoll.

Ich habe schon passende Supercaps gefunden (Maxwell) mit den passenden 
Balancer dazu. Nur weiß ich überhaupt nicht wie ich die Dinger am besten 
Laden soll.