Condensatoren testen & kwalificeren: onze methodologie toegepast

Energieopslag is een belangrijke component in het onderzoek naar energiebesparing en CO2-vermindering. De technologie heeft echter nog niet zijn volle maturiteit bereikt. We lopen steeds vaker tegen de beperkingen aan van de traditionele batterij. Gelukkig doen alternatieven hun intrede. Condensatoren worden gehypet als de nieuwe batterijen - of toch wanneer het gaat om toepassingen waarvoor een snelle energiestoot nodig is. Condensatoren hebben een veel langere levensduur en zijn veiliger dan traditionele lithium-ion cellen omdat er geen chemische processen aan te pas komen. Flanders Make ontwikkelde een methodologie om het vermogen of de capaciteit van condensatoren te testen en te kwalificeren. Een stand van zaken.

condensatoren-testen-kwalificeren-featured

Een miljoen keer op- en afladen

Een condensator is een elektrische component waarin een elektrische lading opgeslagen kan worden. Een condensator lijkt daarom wel wat op een batterij, maar heeft toch een andere functie. Een batterij gebruikt chemische processen om energie op te slaan en traag vrij te laten. Dat proces kan soms jaren duren. Afhankelijk van de toepassing en de grootte van de batterij gaat deze in bepaalde gevallen dan ook erg lang mee. Een condensator geeft de opgeslagen energie doorgaans heel snel vrij. Een goed voorbeeld is de flits van een fototoestel. Daar gebruikt een condensator energie uit de batterij van de camera en laat die in een seconde vrij om een mooie foto te nemen. Condensatoren laden sneller op en laadcycli van meer dan een miljoen zijn niet abnormaal. Bovendien blijven ze, in tegenstelling tot batterijen, perfect werken bij extreme temperaturen van -40°C tot +65°C. Ten slotte zijn condensatoren veel lichter dan batterijen, wat het totale gewicht van bijvoorbeeld een voertuig aanzienlijk naar beneden zou halen.

De nieuwe generatie condensator: het beste van twee werelden

Theoretisch dan toch, want in de praktijk gaan condensatoren niet meteen alle batterijen vervangen. Voor toepassingen waarbij een constante stroom aan energie nodig is, zoals een elektrische auto, blijven batterijen voorlopig nog de eerste keuze. Het komt wel steeds vaker voor dat ze aangevuld worden met condensatoren, die onder meer energie van het remmen opslaan. Condensatoren zijn in die zin een goede oplossing voor korte, frequente ritten zoals een hybride stadsbus.

De nieuwe generatie condensatoren slaat de brug naar lithium-ion cellen door de energie-opslagcapaciteit van een batterij te combineren met de levensduur van een condensator. De performantie en betrouwbaarheid van deze nieuwe ultracaps (ook wel powercondensatoren of supercondensatoren genoemd) is echter nog niet voldoende bepaald.

Condensatoren testen en kwalificeren: onze methodologie

Flanders Make, het onderzoekscentrum voor de industrie, ontwikkelde daarom een methodologie om op een accurate manier condensatoren te testen en te kwalificeren. Daarmee voeren we de volgende testen uit:

  • Levensduurtesten
  • Performantietesten
  • Betrouwbaarheidsanalyses

De methodologie is gebaseerd op fysische falingsmodellen. Dat zijn generieke oplossingen voor generieke problemen op het vlak van betrouwbaarheid van elektronische componenten. Producenten kunnen zo de betrouwbaarheid van producten met elektronica aanzienlijk verbeteren, en de ontwikkelingskosten en -tijd reduceren zonder de productiekosten te verhogen.

Drie succesverhalen

condensatoren-testen-kwalificeren

Het onderzoek mondde in tussentijd uit tot de creatie van een batterijlabo bij Flanders Make in Lommel, ter aanvulling op het reeds bestaande batterijlabo aan de Vrije Universiteit Brussel. Drie partners maakten al gebruik van de resultaten en infrastructuur.

Jabil, een onderneming die elektronische apparatuur vervaardigt, maakte gebruik van de methodologie om zelf een economisch rendabele testopstelling te bouwen om de levensduur van condensatoren te bepalen.

Technologieleverancier Connect Group paste de meetmethode toe op voorraadonderdelen waarvan het niet altijd geweten is of ze nog voldoende kwalitatief zijn. De onderdelen die de betrouwbaarheidstest doorstonden, werden geïntegreerd in een groot industrieel project voor een van Connect’s klanten. Het bedrijf vergroot zo zijn competitiviteit door kwaliteitsvolle producten met korte leveringstermijnen aan te bieden.

Het technologiebedrijf Altreonic-kurt.energy werkt aan schone energiesystemen. Een van de bouwstenen zijn carbon-gebaseerde powercondensatoren. Altreonic-kurt.energy voerde stresstesten uit op hun powercondensatoren in het batterijlab van Flanders Make. De bedoeling was om beter de eigenschappen van carbon-gebaseerde powercondensatoren te begrijpen onder extreme omstandigheden: met wisselende temperaturen en snelle laadcycli. Die testen toonden aan dat powercondensatoren een gelijkaardige energiecapaciteit hebben als litium-ion cellen maar 10 tot 20 keer langer meegaan. Ze kunnen een veel hogere capaciteit aan energie vrijgeven zonder grote temperatuurstijging. Bij een lagere capaciteit, in combinatie met extra koeling, wordt de energie continu vrijgegeven zonder veiligheidsrisico. De powercondensatoren van Altreonic-kurt.energy doorstonden de stresstest met glans!
 

Lees het testrapport van Altreonic-kurt.energy.

Herwin Van Dosselaer
Auteur

Herwin Van Dosselaer

Herwin Van Dosselaer is Business Development Manager voor Flanders Make sinds 2009. Herwin is Technisch Ingenieur met specialisatie electro-mechanica en heeft meer dan 35 jaar ervaring op het gebied van key account, business development en project management. Als business development manager met specialisatie testing verbindt Herwin de klanten met Flanders Make voor het evalueren en uitvoeren van verschillende testen.

Blijf op de hoogte!