Superkondensator-Pufferzeit-Rechner

Geben Sie die effektive Kapazität, die Anfangsspannung, die Abschaltspannung, die Lastleistung und optional den Wirkungsgrad des Wandlers ein. Das Ergebnis umfasst die Laufzeit in Sekunden, Minuten und Stunden sowie die im Kondensator nutzbare und die nach Wandlungsverlusten abgegebene Energie. Damit können Sie eine erste Dimensionierung vornehmen, Entwürfe vergleichen und prüfen, ob eine geplante Bank genügend Überbrückungszeit bietet.

Bilden Sie das tatsächlich nutzbare Spannungsfenster ab

Ein Superkondensator liefert nicht allein deshalb stets dieselbe nutzbare Energie, weil seine Nennkapazität konstant bleibt. Die gespeicherte Energie hängt vom Quadrat der Spannung ab. Maßgeblich ist deshalb die Differenz zwischen der Energie bei Anfangsspannung und der bei Abschaltung verbleibenden Energie. Der Rechner verwendet die halbe Kapazität, multipliziert mit der Differenz der quadrierten Spannungen. Die Abschaltspannung muss nicht null sein, sondern soll die niedrigste Eingangsspannung angeben, bei der Wandler, Steuerung, Relais oder eine andere geschützte Last noch arbeiten. Tragen Sie als Anfangsspannung die Bankspannung beim Beginn der Pufferung ein und berücksichtigen Sie Ladegrenze und Spannungs-Derating. Verwenden Sie die effektive Bankkapazität, nicht einfach die Summe der Zellwerte, sofern diese nicht der realen Reihen-Parallelschaltung entspricht. Reihenschaltung verringert die effektive Kapazität; Toleranzen, Alterung, Temperatur, Balancierung und Leckströme mindern die praktische Leistung zusätzlich. Vorsichtige Werte und eine realistische Abschaltung ergeben eine belastbarere Schätzung als die Annahme, jedes gespeicherte Joule sei verfügbar.

Rechnen Sie nutzbare Energie in Konstantleistungszeit um

Die Berechnung setzt voraus, dass das geschützte Gerät während der gesamten Entladung eine konstante Ausgangsleistung aufnimmt. Nach Ermittlung der nutzbaren Kondensatorenergie in Joule multipliziert der Rechner sie mit dem Wandlerwirkungsgrad, um die an der Last verfügbare Energie zu schätzen, und teilt sie durch die Leistung in Watt. Da ein Watt einem Joule pro Sekunde entspricht, ist der Quotient die Pufferzeit in Sekunden; zusätzlich wird sie in Minuten und Stunden ausgegeben. Geben Sie den Wirkungsgrad dezimal an: 0.90 steht beispielsweise für neunzig Prozent. Verwenden Sie 1 nur für eine idealisierte Rechnung ohne Wandlungsverluste. Bei einer geregelten elektronischen Last ist konstante Leistung häufig die bessere erste Näherung als konstanter Strom, weil der Eingangsstrom bei sinkender Kondensatorspannung steigt. Falls Ihre Last ein einfacher Widerstand ist oder tatsächlich konstanten Strom zieht, folgt ihre Entladung einer anderen Gleichung und dieses Ergebnis ist nicht exakt. Setzen Sie die höchste glaubhafte Dauerleistung an und berücksichtigen Sie Anlauf- und Transientenenergie separat, wenn sie die erforderliche Überbrückungszeit wesentlich beeinflusst.

Bewerten Sie die Schätzung und planen Sie Reserve ein

Das Ergebnis ist eine ideale analytische Schätzung und keine Garantie für eine reale Bank. Der äquivalente Serienwiderstand verursacht beim Zuschalten der Last einen sofortigen Spannungsabfall. Dadurch kann die Abschaltgrenze früher erreicht werden, als eine reine Energiebilanz erwarten lässt. Verdrahtung, Schutzgeräte, Balancierwiderstände, Selbstentladung, Wandler-Ruhestrom und Änderungen des Wirkungsgrads verbrauchen ebenfalls Energie. Kapazitätstoleranz und Alterung können besonders über Temperatur und Lebensdauer erheblich sein. Berechnen Sie für die Auslegung mehrere Szenarien: einen Nennfall zum Vergleich, einen Fall mit niedriger Kapazität und niedrigem Wirkungsgrad für den erwarteten Betrieb sowie einen ungünstigen Spannungsabfall, der die Spannung beim Zuschalten prüft. Wählen Sie eine Bank mit bewusster Reserve über die geforderte Dauer hinaus und testen Sie den fertigen Aufbau unter repräsentativer Last und Umgebung. Die ausgegebene nutzbare Energie gilt kondensatorseitig zwischen den eingegebenen Spannungen; die abgegebene Energie berücksichtigt den Wirkungsgrad. Diese Trennung legt Annahmen offen und macht die Dimensionierung nachvollziehbar.