ich möchte gern mehrere Kondensatoren in Reihe schalten, dazu sieht man dann ja an jedem Kondensator einen Widerstand vor um Überspannungen zu vermeiden.
Was mich etwas verwirrt ist die Dimensionierung, welche Größe und welche Verlustleistung müssen denn diese Widerstände haben?
Falls das wichtig ist: ich möchte gern 4 Kondensatoren a 2.5 V in Reihe schalten und mit 20 A laden.
Alternativ: Ich habe ein Netzteil mit 4 galvanisch unabhängigen Ausgängen, kann ich da nicht einfach die Kondensatoren in Reihe schalten und jeden an eine Quelle anschließen? Eigentlich müsste das doch die perfekte Lösung sein, oder?
Ich würde die Alternative bevorzugen, da die ?Symmetrierwiderstände? mir dann nicht die Kondensatoren leersaugen.
Radio Eriwan wuerde sagen: Im Prinzip ja, aber ... es kann passieren, dass sich die Regelschleifen der einzelnen Zweige dabei ins Gehege kommen. Wenn die Kondensatorbatterie beim Laden voellig unbelastet bleibt, besteht eine hohe Chance, dass es gut geht.
Das macht man normalerweise anders, u.a. aus dem Grund in Deinem letzetn Satz. Im einfachsten Fall laedt man die ganze Serie und es bekommt jeder Kondensator zusaetzlich einen Shunt-Regler. Keine Ahnung wie das in Deutsch heisst, aber im Prinzip eine Art glorifizierter TL431. Wobei da in Deinem fall noch ein fetter Leistungstransistor bei sein muss.
Dieser Regler macht gar nichts, solange die Spannung an "seinem" Kondensator unter 2.5V ist. Will sie darueber hinausgehen, beginnt er zu leiten. Damit wird dieser Kondensator dann nicht mehr weiter aufgeladen.
Wenn die Kondensatoren riesig sind, sollte man das nicht linear, sondern als Schaltregler ausfuehren. Und da kommt irgendwo der Punkt, wo getrennte Ladekreise aehnlich wie Du oben selbst vorschlugst, besser sind.
Doch wer weiss, vielleicht hat ja jemand aus dieser erlauchten Runde eine Idee, wie man das billiger machen kann.
Ich hatte mich vor ein paar Jahren intensiv mit Doppelschicht-Kondensatoren-Packs beschäftigt. Die Größenordnung waren
6er-Packs aus 3000F-2,7V-Zellen: 16V 500F.
Wima hatte nur passive Balancing-Schaltungen im Sortiment, Maxwell sowohl aktive, als auch passive. Wir haben die aktiven genommen, diese wurden kurz nach unserer Belieferung dann abgekündigt. Unser Wahl auf aktive war, da wir auch Angst hatten, daß die passiven Widerstände uns den Kondensator schnell leersaugen.
Allerdings ist in beiden Fällen der Trick, daß die Zellen gut gepaart werden und somit fast gleiches Verhalten haben. Das Balancing muss somit nur sehr kleine Ströme ausgleichen. Jörgs fetter Leistungstransistor ist somit überflüssig und die Widerstände können sehr hochohmig sein.
Um den Aufwand mit dem Vermessen und Paaring nicht zu haben, würde ich fertige Packs nehmen, die der Hersteller schon vermessen hat.
Als Info: Wir haben die Kondensator-Packs mit 50A geladen. Dafür hatten wir ca. 30 Sekunden Zeit, die Ladung haben wir dann innerhalb von 3 Minuten gebraucht und dann wieder vollgeladen.
Aus Neugier: Was willst Du mit den Packs machen? Sollen die Kondensatoren die Ladung länger liefern, oder verbrauchst Du sie auch schnell nach der Ladung?
Ciao Dschen
--
Dschen Reinecke
=== der mit dem Namen aus China ===
http://WWW.DSCHEN.DE mailto:usenet@dschen.de
Kommt drauf an... Es gibt zwei Effekte, gegen die man mit Widerständen vorgehen will: Zum einen will man die Unterschiede in den Leckströmen ausgleichen und zum anderen die Unterschiede in den Kapazitäten.
Ersteres hat eigentlich nur zum Ladeende hin relevanz und braucht nicht allzu niedrige Widerstände. Hier reicht es in der Regel, wenn man durch die Widerstände ca. 10 * den schlechtesten Leckstrom laufen lässt - je nach dem, wie gut die Symmetrie eben werden muss.
Zweites ist viel schlimmer, speziell, wenn Du zum Laden ordentlich Strom schiebst. Ist ein Kondensator mit (toleranzbedingt) niedriger Kapazität dabei, dann bekommt der seine Ladeschlußspannung als erster. Wenn Du weiter lädst, dann musst Du den Ladestrom irgendwie sinnvoll an diesem Bauteil vorbei lotsen. Das macht eben nicht nur 20 A die irgendwo geschaltet werden wollen, sondern hier auch noch 2,5 V bei 20 A = 50 Watt an Wärme, die entsorgt werden wollen.
Wenn man's gut macht, dann kann man bereits während des Ladevorgangs die Symmetrierung machen und kann die Verlustleistung spreizen. Ganz clevere machen eine SC-mimik hin, die die Ladung dann auf andere Kondensatoren überträgt. Bei 20 A ist das aber sehr sportlich.
Wenn Deine Quellen das können, dann sicher.
Wenn es irgendwie geht, ist das mit dem getrennt Laden immer besser. Ich hab auch schon mal ne clevere Dioden-IGBT-Logik gesehen, die die Kondensatoreen parallel geladen und seriell entladen hatte. Das war aber mit 400V Photoblitzelkos auf 3,6 kV. Da spielen die 0,6 V an den Dioden keine Rolle mehr ;-) Mit MOSFETs oder auch simplen Relais könnte man das aber auch mit den Supercaps machen, wenn man beim Laden die Spannung noch nicht braucht.
diese Widerstände müssen deutlich kleiner sein als die Isolationswiderstände der Kondensatoren um überhaupt etwas zu bewirken. Sie müssen aber so groß sein das der grösste Teil des Ladestromes in die Kondensatoren fliesst und nicht in die Symmetrierungswiderstände. Ausserdem darf die Zeitkonstante die sich durch die Kondensatoren und die Widerstände ergibt nicht zu klein sein für Deine Anwendung. Die nötige Verlustleistung ergibt sich dann aus dem gewählten Widerstandswert und der maximalen Ladespannung am Kondensator. Wenn die volle Spannung nur immer sehr kurz am Kondensator ansteht reicht evtl. auch eine geringere Verlustleistung, das hängt dann von der Impulsbelastbarkeit der Widerstände ab. Natürlich soll das ganze auch einigermassen effizient sein, beim Entladen soll aus den Kondensatoren deutlich mehr Energie kommen als in den Kondensatoren verheizt wurde.
Die Begründung ist recht einfach. Um Leckströme auszugleichen, brauchst Du nur einen Strom durch die Widerstände, der größer als der Leckstrom im Worst-Case ist. Um die Kapazität auszugleichen bräuchtest Du einen Strom, der größer als der /Ladestrom/ ist. Das würde die ganze Konstruktion ad absurdum führen.
Wenn die Toleranz der Bauteile mit 10% angesetzt sind, bleibt man einfach 20% unter dem theoretischen Spannungslimit in Summe, und fertig.
Das wäre Balancing. Das macht bei Akkus Sinn, wo man die Ladeschlussspannung erreichen muss, um ihren Ladezustand zu erfahren und um die volle Kapazität zu nutzen. Bei Kondensatoren ist das eher unüblich.
Für Hochspannung gibt es noch heißere Lösungen mit Diacs oder sogar Funkenstrecken. Sobald die unterste Stufe zündet, knallen alle anderen durch den Spannungimpuls hinterher und schalten die Kondensatoren zur Entladung in Reihe.
Ich hab mal ne Balancerschaltung mit dem ICL7660 gebaut - dazu nahm ich die Splitt-Schaltung: Bild 17
formatting link
Die wird jeweils zwischen zwei Kapazitäten geschaltet. (pin 8) + C1 - (pin 3) + C2 - (pin 5) Der 7660 braucht nur 100uA und kann auch nur mit maximal 10mA ausgleichen.
Allerdings hab ich das bei Akkus eingesetzt, wie das bei C's funktioniert (die ja auch 0 Volt haben können) musst du mal probieren.
Vorsicht. Es geht beim Laden nicht nur um Leckstroeme. 20A kann man als Schnelladung bezeichnen. Wenn z.B. nun ein Kondensator 20% weniger Kapazitaet hat als der darueber, dann erreicht er wesentlich eher seine Maximalspannung und der dicke Transistor muss eingreifen. Ist keiner da ... tsk .. poff.
Paarung kann man kaum machen. Als Hobbyist muss man dann u.U. 10 Pfund Kartoffeln kaufen, um fuenf perfekt gleiche zu finden (hat ein Gourmet-Koch-Nachbarn mal gemacht). Als Produzent fast unmoeglich, es sei denn, das Produkt hat eine riesige Gewinnspanne.
Bis wie nahe an die Maximalspannung? Mit Bauteilselektion?
Der Plan ist es, die Kondensatoren sehr schnell zu entladen.
Ich würde die Kondensatoren allerdings gern zu Fuß vom Ladeort zum Verbrauchsort tragen :-) Deswegen wäre es praktisch, wenn sie die Ladung etwas halten.
Dann nehm die Dinger zum Laden parallel und beim Entladen in Reihe. Kräftige Schottky-Dioden in Sperrichtung parallel zu den Kondensatoren vermeiden allzugroße Negativladungen, wenn einer zu kleine Kapazitäten hätte.
Nee, so schlimm ist es nicht. Dein Denkfehler ist, daß Du davon ausgehst, daß alle Kondensatoren auf 2V sind und einer schon bei 2,5V, das ist aber nicht der Fall. Das Balancing arbeitet schon während der ganzen Ladung, sorgt also dafür daß immer an dem C mit kleinerer Kapazität etwas mehr des Ladestroms vorbeigeleitet wird (da dessen Spannung immer minimal größer ist als die der anderen Kondensatoren).
Wenn ich das richtig durchdacht habe ist es der Gleiche Anteil, wie die Differenz der Kapazität: Bei 5% Kapazitätsunterschied, wird während der ganzen Ladung 5% des Ladestroms vorbeigeleitet. Hierbei ist nicht beachtet, daß natürlich die Widerstände überdimensioniert sind, also kleineren Widerstand haben als nötig und somit immer auch einen weiteren Teil vorbeileiten.
Die entstehende Verlustleistung ist auch nur am Ladende mit 2,5V zu berechnen, anfänglich ist die Zellenspannung natürlich kleiner.
Ich denke die Hersteller paaren die Zellen in Packs besser, als die geschätzten 5% Kapazitätstoleranz.
Ciao Dschen
--
Dschen Reinecke
=== der mit dem Namen aus China ===
http://WWW.DSCHEN.DE mailto:usenet@dschen.de
Nee, ich hatte mich falsch ausgedrückt. Der Zweite Fall bezog sich auf die Variante, die Jörg vorgeschlagen hatte und anstelle der Widerstände Zenerdioden oder eben 431er mit Leistungstransistoren als Shuntregler verwenden will. Mit Shuntregler wird eben erst zum Schluß das "Balancing" gemacht. Mit dem Vorteil, dass nach dem Ladevorgang (abgesehen vom Ruhestrom der Shuntregler) kaum noch Strom abgezogen wird.
Da der OP aber die Kondensatoren am Ort A laden und dann am Ort B entladen möchte, spricht sehr wenig gegen paralleles Laden und seriellem Entladen. Ohne Schutzdioden würde ich das aber auch nicht machen wollen. Die Supercaps mögen Inversladung nämlich meist nicht gern.
ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.