Verguss bringt mehr Leistung für Superkondensatoren

Mit dem optimalen Vergussmaterial wird die Leistungsfähigkeit von Superkondensatoren gesteigert. (Bild: Wevo-Chemie GmbH)

04.05.2021 Verguss bringt mehr Leistung für Superkondensatoren

Durch den Einsatz von Vergussmassen der Wevo-Chemie GmbH wird – neben einer hohen Flexibilität beim Design und der Fertigung von Superkondensator-Packs und Modulen der Wima GmbH & Co. KG  – auch eine deutlich höhere Leistung erreicht.

Die optimierte Wärmeleitfähigkeit ermöglicht eine Erhöhung der elektrischen Leistung, ohne dass der optimale Temperaturbereich verlassen wird – dies führt auch zu einer höheren Lebensdauer.  Als Kurzzeitspeicher in Hybridautos erhöhen Superkondensator-Packs und Module deren Wirkungsgrad, in Linienbussen oder Zügen nutzen sie die beim Bremsen gewonnene Energie für den Antrieb und bei Stromausfällen können sie die sofort benötigten, sehr hohen Energiemengen zur Verfügung stellen. Superkondensatoren, auch Ultrakondensatoren oder Supercaps genannt, sind die Brücke zwischen herkömmlichen Kondensatoren und Akkumulatoren.

Superkondensatoren können einerseits äußerst hohe Mengen an Energie und Ladung speichern, genauer: zehn- bis hundertmal so viel wie Elektrolytkondensatoren. Andererseits, im Gegensatz zu Akkumulatoren, wird diese Energie bei Bedarf blitzartig aufgeladen oder entladen. Dies liegt an der grundlegend unterschiedlichen Art und Weise der Energiespeicherung: Während Akkumulatoren Energie elektrochemisch speichern, Aufnahme und Abgabe also relativ langsam verläuft, erfolgt die Speicherung bei Kondensatoren direkt als elektrische Ladung. Superkondensatoren können daher überall dort zum Einsatz kommen, wo große elektrische Leistungen kurzfristig abgerufen werden müssen.

Wima stellt u.a. diese Superkondensator-PowerBlocks her. Das sind kaskadierte Doppelschichtkondensator-Module, deren Kapazität, Nennspannung und Abmessung individuell an die jeweilige Anwendung angepasst werden kann. Dadurch ist eine vielfältige Verwendung möglich, z.B. im Bereich Mobilität für Motorstartmodule in großen Bau- und Landwirtschaftsmaschinen, in Schiffen, Lokomotiven, Straßenbahnen und Bussen bis hin zu Anwendungen im Energiesektor, wie Schlupfsteuerungen von Windkraftanlagen oder Generatoren von Notstromanlagen.

Die Zellen des PowerBlocks werden mithilfe der Wevo-Vergussmasse WEVOPUR 512 FL im Gehäuse symmetrisch am Boden sowie am Deckel fixiert, was eine individuelle konstruktive Anpassung des PowerBlocks und damit ein innovatives Konstruktionsdesign ermöglicht. Das Polyurethan übernimmt dabei die Funktion eines Zellhalters, der bisher separat hergestellt und angepasst werden musste. Außerdem werden die Zellen durch die zähharten mechanischen Eigenschaften der Vergussmasse vor Stößen, Schwingungen und Vibrationen geschützt.

Darüber hinaus werden die Zellen mit den Metallflächen des Gehäuses verbunden – durch diese direkte Umschließung der Oberflächen kann der thermische Oberflächenwiderstand minimiert und die Wärmeleitfähigkeit mit etwa 0,8 W/m·K optimal zur Abfuhr der thermischen Energie im Betrieb genutzt werden. Gleichzeitig ist eine Isolation zwischen den Zellen und der Metallgehäusewand gegeben. Der gute Abfluss thermischer Energie senkt die Betriebstemperatur, erhöht damit die Lebensdauer und gewährleistet einen wartungsarmen Betrieb mit bis zu 1 Mio. Lade- und Entladezyklen. Bei den großen Ladungen und Energien von bis zu mehreren tausend Watt, die kurzzeitig abgegeben werden können, wird die elektrische Sicherheit durch die hohe Kriechstromfestigkeit, den Oberflächenwiderstand und die Durchschlagsfestigkeit im PowerBlock gewährleistet. Zudem ist die Vergussmasse selbstverlöschend nach UL 94 V-0 und nach der bahntechnischen Brandschutznorm EN 45545-2 zertifiziert, dementsprechend reduziert sie das Brandrisiko und schützt den PowerBlock vor einem „Thermal Runaway“.