Supercaps leben länger

Lebenszeit von Ultracaps - Capcomp GmbH

Welche Faktoren bestimmen die Lebensdauer der Ultracaps?

  • Umgebungstemperatur
  • Zellspannung
  • Ladeströme
  • Ladezyklen

Im Laufe eines Supercap-Lebens verliert der Kondensator an Kapazität (C), der Innenwiderstand (ESR) steigt. Das Lebensdauerende ist nach Definition dann erreicht, wenn die Kapazität bis auf 70% ihres ursprünglichen Wertes gesunken ist, oder der Innenwiderstand sich verdoppelt hat.

Die Lebensdauer von Supercaps hängt im Wesentlichen von der Umgebungstemperartur und der Zellspannung ab. Weitere Einflussfaktoren sind z.B. die Lade/Entladeströme, der Ladezyklus (Ladezeiten und die Pausen).

Entscheidender Einfluß von Temperatur und Spannung

Supercap Lifetime-Abhängigkeiten: Temperatur und Zellspannung

Die Lebensdauer der SUPERCAPS wird im Wesentlichen durch zwei Parameter beeinflusst: die Temperatur und die anliegende Zellspannung.
Beide Werte sollten also bei der Betrachtung der Lebensdauer und der Auslegung des Systems beachtet werden. Der untere Temperaturbereich von -40°C ist für die UC geradezu ideal geeignet und die UC erfahren keinen nennens-werten Einfluss durch die niedrigen Temperaturen. Der ESR steigt jedoch durch die geringere Ionenbeweglichkeit bei niedrigen Temperaturen an, was sich durch die Eigenerwärmung im Betrieb in der Regel schnell wieder ausgleicht. Die Lebensdauer der Zellen wird bei höheren Temperaturen, ähnlich wie bei normalen Elkos, stark negativ beeinflusst. Man kann dem Temperatureinfluss jedoch durch die Reduzierung der Zellspannung entgegenwirken. Nach einer Faustformel gilt:
0,1V Zellspannung entsprechen in etwa 10°C.
Im Besonderen sollte dies jedoch individuell betrachtet und im Systemdesign berücksichtigt werden. Sehen Sie auch im Nesscap Technical Guide hierzu.

Die Lebensdauerangabe von üblicherweise 10 Jahren in den Datenblättern bezieht sich in der Regel auf Raumtemperatur und individuellen Spannungsangaben!

Beispiel eines Test für hohe Belastungszyklen

Die Lebensdauer der Großenergiespeichersysteme wie zum Beispiel in Eisenbahnen, Bussen, Kranen usw. spielt eine herausragende Rolle bei der Gesamtbetrachtung der Systemkosten. Deshalb gilt es die Zuverlässigkeit und damit die Lebenserwartung bestimmenden Parameter zu überwachen und ggf. zu steuern. Die Lebensdauer bestimmenden Parameter sind im Wesentlichen:

  • Zellspannung
  • Zelltemperatur
  • Umgebungstemperatur
  • Strombelastung der Zellen
  • Zyklysierung

Insbesondere bei hoher Zyklenanzahl und großen Strömen spielt auch die Ruhephase für die Zellen eine wichtige Rolle. Die Wärme-verteilung in den Zellen und die Kühlung solcher Systeme sind deshalb besonders wichtig und bedürfen der genaueren individuellen, anwendungsabhängigen Untersuchung.

Die Industrieanwender haben deshalb eigene Testmethoden und Lastzyklen entwickelt, die Ihren Anforderungen am Besten entsprechen. Diese Tests sollen in möglichst kurzer Zeit die kalkulierte Lebenswerwartung simulieren. Bei den "beschleunigten Lebensdauertests" geht man von anwendungsnahen, aber in der Regel im Grenzbereich der der tatsächlichen Nutzung angesiedelten Werte aus.  So werden die Lastzyklen schneller und mit höheren Leistungen angesetzt. Auch eventuelle Temperaturzyklen werden parallel mit eingebracht. Die Grafik zeigt ein Beispiel eines solchen Lastzyklus.