Supercap´s parallel laden und in Reihe entladen?

[Jakob T. (jakobb)]

Hallo Forum,

folgende Überlegung möchte ich gerne erläutern und bevor ich Geld 
ausgebe, eventuelle Bedenken und Kritik dazu hören.

Über eine einstellbare Eingangsspannung zwischen 0-10 Volt möchte ich 
eine Anzahl X an Supercaps 2.7 V/X F laden. Die Ladeleistung sowie die 
Ladezeit ist zweitrangig. Wenn die Kondensatoren voll bzw. angenähert 
sind, möchte ich damit kurz einen 200 Watt/30 Volt Verbraucher betreiben 
und die Kondensatoren entladen.

Nun habe ich mir die Frage gestellt, ob es möglich wäre, geladene 
Kondensatoren im Moment des Entladens in Reihe zu schalten, hier also 
ca. 12x 2,7 Volt und sie anschließend für den Ladevorgang wieder zu 
trennen.
Mir ist bekannt, dass Kondensatoren in Serienschaltung einen Balancer 
brauchen, allerdings ist dabei immer die Rede von Leckströmen die
über einem längeren Zeitraum auftreten oder "entweichen"... wie sieht es 
bei direkter Entladung aus?

Eine Anordnung könnte z.B. sein:

6x2 Kondensatorenpaare mit Balancer, somit 6x5,4 Volt Ladespannung.

Diese über einen Schalter (eventuell Relais oder FET ?) bei Bedarf zur 
kurzen Entladung in Reihe schalten.

Ob das Ganze so funktionieren kann und ob man das darf, weiß ich nicht 
aber ich würde mich sehr über eine kompetente Meinung freuen.

Ich wünsche einen schönen Abend!

[Max D. (max_d)]

Die leicht unterschiedlichen Kapazitäten der Kondensatoren werden auch 
da zu einem Ungleichgewicht der Spannung führen. Je nachdem wie tief die 
Bank entladen wird ist es aber möglicherweise nicht genug um Schäden zu 
verursachen.

[uksgr (Gast)]

Jakob T. schrieb:
> U(ein) ... zw. 0-10 Volt (...) 30 Volt Verbraucher

Wieso kommt eigentlich kein Step-Up-Converter in Frage?

Davon abgesehen (aber bitte die Frage nicht ignorieren -
bis jetzt hast Du keinerlei Angaben gemacht, wieso nicht):

Es gibt diverse Supercaps für höhere Spannungen, welche
intern schon einen "Balancer" haben, wobei dieser jedoch
(unnötigerweise) auch beim Entladen stromdurchflossen ist.

Balancen braucht (falls) / macht man nur beim Ladevorgang.

Erzähl doch bitte etwas mehr dazu.

[uksgr (Gast)]

Max D. schrieb:
> unterschiedliche Kapazitäten der Kondensatoren werden
> ... zu einem Ungleichgewicht der Spannung führen.

...was aber beim seriellen Entladen niemanden interessiert?

[Ach Du grüne Neune (Gast)]

Die Umschalterei für's Laden und Entladen würde ich schon mal vermeiden 
wollen. Als Balancer genügen für's Aufladen auch ganz normale 
Widerstände. Beim kurzen Entladen mit 7A kann man auch auf Balancer 
verzichten. Was sollen die denn dann noch schützen? Ein Abschalten der 
Entladung bei einer Gesamtrestspannung von 5 Volt kann vor Umpolen 
einzelner Supercaps noch helfen.

[Abdul K. (ehydra)]

Wenn die Gesamtspannung nicht riesig wird, ist das parallele Laden mit 
Einzelladern die einfachste Möglichkeit. Die müssen halt entsprechend 
spannungsfest sein. Balancing ist dann gratis dabei.

[K. S. (the_yrr)]

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Die Umschalterei für's Laden und Entladen würde ich schon mal vermeiden
> wollen.
seh ich auch so, gibt sonst ne ganze Menge Relais. Denn Mosfets müssten 
dann alle mit einem anderen Potential angesteuert werden, und da die 
2.7V der Caps nicht reichen werden, folglich mittels Optomos oder mit 
sehr vielen Hilfsspannungen.
> Als Balancer genügen für's Aufladen auch ganz normale
> Widerstände. Beim kurzen Entladen mit 7A kann man auch auf Balancer
> verzichten. Was sollen die denn dann noch schützen?
Widerstände werden nichts helfen, aktive Balancer mit z.b. Opamp und 
Leistungstransistor schon, der Kühlkörper muss nur groß genug werden

uksgr schrieb:
> Max D. schrieb:
>> unterschiedliche Kapazitäten der Kondensatoren werden
>> ... zu einem Ungleichgewicht der Spannung führen.
>
> ...was aber beim seriellen Entladen niemanden interessiert?

doch, und zwar spätestens dann wenn der erste Kondensator umgepolt wird. 
was aber immer ein problem ist/werden kann wenn die Kapazitäten nicht 
exakt gleich sind und/oder die Caps unterschiedlich altern.

Jakob T. schrieb:
> möchte ich damit kurz einen 200 Watt/30 Volt Verbraucher betreiben
> und die Kondensatoren entladen.
Die Spannung wird aber exponentiell abnehmen, die 30V hast du nur sehr 
sehr kurz anliegen. damit das Konzept brauchbar wird musst du schon 
einen Spannungsbereich angeben, z.b. von 30V bis 20 oder 15V runter.

[Jakob T. (jakobb)]

Hallo und ein schönes Wochenende!

uksgr schrieb:
> Wieso kommt eigentlich kein Step-Up-Converter in Frage?
> Erzähl doch bitte etwas mehr dazu.

Der Motor, den ich mit der Bank betreiben möchte ist gleichzeitig der 
Generator, der die Bank laden soll. Als Tischprojekt experimentiere ich 
also mit einer Art Rekuperationssystem. Die drehzahlabhängige Spannung 
des Generators, ca. 0-40 Volt Leerlauf, kann ich bereits konstant 
ausgeben. Der Grund einer verhältnismäßig niedrigen Ladespannung von bis 
zu ca. 10 Volt ist, dass es wenig Sinn macht, eine höhere Spannung zu 
wählen die der Generator aufgrund seiner schnell fallenden Drehzahl früh 
unterschreitet. Im Falle eines Rekuperationssystems in einem Fahrzeug 
welches beim Bremsvorgang aktiviert werden würde, gäbe es dann eine hohe 
Mindestgeschwindigkeit, unter welcher das ganze nicht mehr laden würde.
Die Idee einen Step-Up-Converter zu integrieren läge auf dem Tische, nur 
bin ich mir aufgrund meiner fehlenden Erfahrung nicht sicher, wie er in 
ein dynamisches System zu integrieren wäre und ob er Strom-technisch bei 
hohen Spannungsdifferenzen nicht eher ein Nachteil wäre.


Ach Du grüne Neune schrieb:
> Ein Abschalten der
> Entladung bei einer Gesamtrestspannung von 5 Volt kann vor Umpolen
> einzelner Supercaps noch helfen.

Umpolen von Kondensatoren ist mir kein Begriff, das google ich heute 
Abend mal, danke!

K. S. schrieb:
> Die Spannung wird aber exponentiell abnehmen, die 30V hast du nur sehr
> sehr kurz anliegen. damit das Konzept brauchbar wird musst du schon
> einen Spannungsbereich angeben, z.b. von 30V bis 20 oder 15V runter.

Das weiß ich, der Motor soll nur ein paar Sekunden zu betreiben sein und 
überschlagen sollten (natrülich kapazitätsabhängig) ca. x2 
Kondensatorspannungen über der Nennspannung für meine Bedürfnisse 
ausreichen. Wenn nicht wird was dazu gebaut.

In der Theorie liege ich bei Supercaps mit 2,7 V und 500F (z.B Mouser).
Mit 12 Stück in Reihe habe ich ca. 41 F
Der Verlauf nach der e-Funktion ist mir bekannt. Momentan versuche ich 
noch die Lehrbuchtheorie der Entladung, die sich im Gegensatz dazu mit 
dem Betrieb eines Motors ändernden Bedingungen sowie die 
Zusammengehörigkeit  folgender Formel zu verstehen:


F = (I*t)/U => 1F=(1A+1S)/1V, umgestellt nach U

könnte als Beispiel bedeuten:

Eine Stromentnahme von 6 Ampere für 5 Sekunden würde eine 
Spannungsabfall von ca:

U = (I*t)/C ==> (6A*5S)/41F = 0,731 Volt bedeuten.

Eine Konstante Stromentnahme trifft in meinem Fall zu, womit die Theorie 
des Spannungsabfalls nach der e-Funktion, meinem Verständnis nach, nicht 
mehr zutrifft. Ist natürlich die Frage, wie groß der Strom ist und was 
die Bank kann bevor das Ganze einbricht.

[Dieter (Gast)]

Die Technik bis auf 0 ueber Nutzbremse abzubremsen gibt es seit der Lok 
E120. Das macht ein Sinusinverter fuer 4-quadrante. durch enstprechende 
Phasenverschiebung der Ansteuerung.

[Jens G. (jensig)]

Jakob T. (jakobb) schrieb:

>Umpolen von Kondensatoren ist mir kein Begriff, das google ich heute
>Abend mal, danke!

Ist daselbe Prinzip wie das Umpolen einzelner Zellen in Akkupacks, was 
vielleicht bekannter ist. Beim Googlen also eher nach Umpolung in Akkus 
suchen, anstatt Kondensatoren.