Jak wspomniano, urządzenie jest złożone z:
1. Zespołu połączonych szeregowo kondensatorów CS1…CS6 o pojemności 300 F/2,7 V (SAMWHA DB). W takiej konfiguracji bateria ma łączną pojemność 50 F i dopuszczalne napięciu pracy 16 V. Daje to teoretycznie możliwość zgromadzenia 4400 J (około 1,2 Wh) przechowywanej energii.
2. Bloku balansera zapewniającego równomierny rozkład napięcia na kondensatorach i zabezpieczającego je przed uszkodzeniem w wyniku przekroczenia dopuszczalnego napięcia pracy.
Superkondensatory, w przeciwieństwie do akumulatorów, wykazują się dużą odpornością na temperaturę (temperaturowy zakres pracy -25…70°C), możliwością szybkiego ładowania, małą rezystancją wewnętrzną, bardzo dużym prądem rozładowania, możliwością rozładowania do 0 V i praktycznie nieograniczoną liczbą cykli pracy. Niestety, aby nie było zbyt „różowo”, mają także wady. Należą do nich duże gabaryty, małe napięcie znamionowe i wrażliwość na jego przekroczenie, wysoka cena i najpoważniejsza – samorozładowanie. Taki zestaw cech ogranicza ich zastosowania, ale nie jest też przeszkodą, aby z nimi nie poeksperymentować np. w przy zastępowaniu akumulatorów lub w poprawie ich osiągów. Szczególnie dobrze sprawdzają się w układach hybrydowych, gdzie uzupełniając się z akumulatorem, odpowiadają za chwilową dużą wydajność prądową układu pozwalając na dobranie akumulatora o mniejszym dopuszczalnym prądzie rozładowania.
Na złącze CTRL doprowadzono sygnały sterujące i monitorujące pracę kondensatorów i balansera. Do wyprowadzenia 1 doprowadzono rzez rezystor 10 kV/1% napięcie z baterii, przeznaczone do układu pomiaru napięcia. Wartość rezystora należy uwzględnić w obliczeniach dzielnika pomiarowego. Sygnał EN=1 aktywuje pracę balansera i powinien być używany do wyłączenia układu przy zaniku zasilania sieciowego lub wyłączeniu ładowarki. Balanser normalnie jest aktywny, zapewnia to rezystor RP podciągający sygnał EN do wewnętrznego zasilania. Sygnał „OK” potwierdza sprawność układu balansowania (Selftest), sygnały OV1 i OV2 sygnalizują stan awaryjny tj. przekroczenie napięcia na dowolnym kondensatorze w porównaniu z wartością ustaloną zworami CFG, OV1>0,15 V, OV2>0,3 V. Sygnały EN, V0, V1 podwieszone są do wewnętrznego napięcia zasilania (3,6…5 V) przez rezystor RP1. Wejście EN powinno być sterowane z wyjścia OC/OD.
Układ BD14400 ma obudowę HTSSOP30 z wkładką radiatorową, ułatwiająca rozpraszanie traconej w tranzystorach kluczujących mocy. Płytka balansera jest wlutowana bezpośrednio w płytkę kondensatorów. Wyprowadzenie baterii ze względu na dopuszczalny prąd ładowania/rozładowania (budowa płytki dopuszcza prąd do 15 A) wykonane jest z typowych blaszek 6,3 mm.
Uwaga! Podczas pracy z superkondensatorami należy pamiętać o ich małej rezystancji wewnętrznej, naładowana bateria podczas przypadkowego zwarcia może doprowadzić do pożaru. Obowiązkowo w szereg z zasilaniem należy wyłączyć bezpiecznik samochodowy 16 A o odpowiedniej zdolności łączeniowej.
Po sprawdzeniu poprawności montażu, układ jest gotowy do pracy. Do ładowania można użyć większości ładowarek, zasilaczy impulsowych z ograniczeniem prądu, dopuszczających chwilową pracę ze zwartym wyjściem (zabezpieczenie Hiccup lub stałe ograniczenie prądowe) lub zastosować dobrany do prądu ładowania rezystor szeregowy (uwaga na traconą moc). W przypadku łączenia z akumulatorem żelowym, należy pamiętać także o rezystorze szeregowym lub aktywnym ograniczeniu prądu, aby nie zwierać akumulatora rozładowanym kondensatorem.
Adam Tatuś, EP