Supercap

Was ist ein Supercap?

Ein Supercap (auch Supercapacitor oder Superkondensator) ist ein Kondensator mit extrem hoher Kapazität zur Energiespeicherung. Im Unterschied zu „klassischen“ Kondensatoren speichert ein Supercap deutlich mehr Energie, bleibt aber typischerweise unterhalb der Energiedichte eines Akkus.

Anschaulich lässt sich der Unterschied so beschreiben: Ein Akku ist eher ein „Tank“ für viel Energie über lange Zeit, ein Supercap eher ein „Puffer“, der sehr schnell be- und entladen werden kann – dafür meist nur über eine kürzere Dauer.

Wofür werden Supercaps eingesetzt?

Supercaps werden eingesetzt, wenn Energie kurzzeitig und mit hoher Leistung benötigt wird oder wenn sehr viele Lade-/Entladezyklen auftreten. Typische Einsatzfelder in Elektronikprodukten und Baugruppen sind:

• Lastspitzen abfangen (Peak Shaving), z. B. beim Anlauf von Motoren, Magnetventilen oder Funkmodulen
• Power-Backup für definierte Zeit, z. B. zum kontrollierten Speichern von Daten oder geordneten Abschalten (Hold-up)
• Energie-Puffer bei schwankender Versorgung, z. B. in sensornahen Anwendungen oder Energy-Harvesting-Konzepten
• Schnelles Laden in Systemen, die nur kurz Energie „einsammeln“ können (z. B. kontaktlose Kopplung)

Wie funktioniert ein Supercap in der Praxis?

In der Praxis wird ein Supercap als Energiespeicher in ein Stromversorgungskonzept eingebunden. Häufig passiert das in Form eines einzelnen Bauteils oder eines Supercap-Moduls, ergänzt um Schutz- und Balancing-Schaltungen.

Wichtige Punkte, die in Entwicklung und Fertigung typischerweise berücksichtigt werden:

• Spannungsbereich und Serienschaltung: Einzelne Supercaps sind oft für vergleichsweise geringe Zellspannungen ausgelegt. Für höhere Betriebsspannungen werden mehrere Zellen in Serie geschaltet; dann ist Spannungs-Balancing relevant, damit keine Zelle überlastet wird.
• Innenwiderstand (ESR) und Stromspitzen: Ein niedriger ESR ermöglicht hohe Ströme. Das beeinflusst Leiterbahnbreiten, Stecker, Sicherungen und das thermische Design der Baugruppe.
• Ladebegrenzung: Beim Anlegen der Versorgung können sehr hohe Einschaltströme entstehen. Daher wird oft eine Strombegrenzung (z. B. über Widerstand, NTC oder geregelte Ladeelektronik) vorgesehen.
• Leckstrom und Selbstentladung: Supercaps verlieren je nach Typ und Temperatur über Zeit Energie. Für lange Überbrückungszeiten muss das im Systemdesign einkalkuliert werden.
• Temperatur und Lebensdauer: Temperaturfenster, Alterung und zulässige Spannungen wirken stark auf die Lebensdauer. Das wird in Spezifikation, Bauteilauswahl und Tests abgebildet.

In der Fertigung spielen zusätzlich Aspekte wie Bauteilhandling (Bauform, Polung), Lötprofil/Prozessfenster sowie eine robuste Prüfung der Stromversorgungsfunktionen (z. B. Messung von Ladezeit, Haltezeit, Spannungsverlauf) eine wichtige Rolle.

Warum ist ein Supercap für Unternehmen relevant?

Für Unternehmen ist der Supercap vor allem eine System-Entscheidung, die Zuverlässigkeit, Kosten und Time-to-Market beeinflussen kann:

• Zuverlässigkeit im Feld: Als Puffer kann ein Supercap Spannungseinbrüche überbrücken und so Fehlfunktionen, Datenverlust oder unkontrollierte Zustände reduzieren.
• Viele Zyklen ohne klassische Akku-Themen: In Anwendungen mit sehr häufigen Lade-/Entladevorgängen kann ein Supercap eine robuste Alternative oder Ergänzung zum Akku sein.
• Dimensionierung und Stückkosten: Supercaps sind nicht „automatisch günstiger“ als Akkus. Die optimale Auslegung (Kapazität, ESR, Serienschaltung, Balancing) entscheidet über Materialkosten und Bauraum.
• Time-to-Market: Ein sauber ausgelegter Supercap-Puffer kann spätere Fehlersuche reduzieren – umgekehrt können fehlende Ladebegrenzung, falsches Balancing oder unklare Anforderungen zu Iterationen führen.
• Qualität & Prüfbarkeit: Definierte elektrische Kennwerte lassen sich in der Serienprüfung gut absichern (z. B. Spannungsverlauf unter Last, Haltezeit, Ladeverhalten). Das unterstützt stabile Serienprozesse.

Im Ergebnis lohnt es sich, Supercaps nicht nur als „Bauteil“, sondern als Bestandteil der Stromversorgungsarchitektur zu betrachten – inklusive Schutzkonzept, Tests und Serienabsicherung.

Wer die Einbindung eines Supercaps in ein Gerät oder eine Baugruppe plant, findet einen Überblick über typische Prozessschritte von Prototyp bis Serie im Bereich Full Service EMS.