2011. június 21., kedd ::

Li-ion akkumulátorok

Egy átlagpolgár környezeti tudatossága nem túl nagy, ezért nehéz egyértelműen kijelentenünk, hogy a hordozható elektronikai berendezésekben használt akkumulátorok népszerűsége Földanyánk iránti gondossággal, vagy csak takarékossággal magyarázható-e. Az akkumulátorok hosszú élettartama potenciálisan veszélyeztetheti az ezen termékek iránti keresletet, ennek ellenére minden ismert akkumulátor- és szárazelemgyártó laboratóriuma szakadatlanul új típusú áramforrások fejlesztésén dolgozik

A lítiumionos (Li-ion) akkumulátor viszonylag új termék, amely hamar elnyerte a felhasználók elismerését. Ezt nagymértékben elősegíti, ha tulajdonságaikat összevetjük a korábban alkalmazott NiCd és NiMH akkumulátorokéival.

Li-ion, NiCd és NiMH összehasonlítása
A Li-ion akkuk legfontosabb előnyeinek egyike az akkumulátor tömeghez viszonyított energiasűrűség. Pl. ez a paraméter egy NiCd elemcellára tipikusan 45 ... 80 Wh/kg, egy NiMH cellára 60 ... 120 Wh/kg, míg egy Li-ion cellára 110 ... 160 Wh/kg. A magas energiasűrűség lehetővé teszi a megtáplált készülék tömegének jelentős csökkentését, ami különösen fontos laptopok és mobiltelefonok esetében, de digitális fényképezőgépeknél és videokameráknál is lényeges. A Li-ion akkuk felhasználói szempontból nagyon fontos következő tulajdonsága, hogy nincs ún. memóriaeffektusuk, amellyel gyakran küszködnek az NiCd, illetve NiMH akkuk használói. (Emlékezzünk, itt arról van szó, hogy a cella kapacitása egy idő után lecsökken, ha nincs teljesen lemerítve feltöltések előtt. A Li-ion akkumulátorokra a paraméterek romlásának veszélye nélkül aggodalom nélkül rátölthetünk - és nem kell kivárni a teljes töltési ciklust.)
A Li-ion cella feszültsége lényegesen nagyobb, mint a NiCd, ill. NiMH celláké. Ez a belső struktúrájából és az abban lejátszódó elektrokémiai folyamatokból következik. Itt ugyanis szerves vegyületekben oldott lítiumsók képezik az elektrolitot. A lítiumionok helyváltozatása a fém-oxidokból készülő katód és a porózus szerkezetű szén (grafit) anód között zajlik. A Li-ion cella átlagos kimeneti feszültsége kb. 3,6 V, ami a kimerítéstől függően a megengedett maximális értéktől a minimálisig fokozatosan csökken.

1. ábra. NiCd, NiMH és Li-ion akkumulátorok kisülési karakterisztikája 1. ábra. NiCd, NiMH és Li-ion akkumulátorok kisülési karakterisztikája
Gyakorlati szempontból ez hasznos tulajdonság, mivel az akkumulátor töltöttségi szintje folyamatosan kontrollálható a feszültség alapján. NiCd és NiMH akkuk esetén a feszültség hosszú ideig majdnem ugyanazon a szinten marad (kb. 1,2 V), majd rohamosan csökken, míg a kisülés be nem következik (1. ábra). Az ilyen akkumulátorok töltöttségi szintjének nyomon követése elég nehezen kivitelezhető (és ezért ritkán alkalmazott), elektromos töltésmérővel lehetséges, amely töltési ciklusban a cellába bemenő, kisütési ciklusban a cellából kijövő töltéseket méri.
A felhasználóknak, bármilyen akkumulátort használjanak is, számolniuk kell az önkisüléssel, vagyis a terheletlen cella kimenő­feszültségének idő függvényében lezajló csökkenésével. Ez a Li-ion akkuk esetében lényegesen kisebb, mint a NiCd és NiMH akkuknál. Li-ion cellák esetében az alsó küszöbérték 2,4 V, amely alá nem szabad lemenni. A tipikus üzemeltetési érték 3 V. Ennél mélyebb kisütés maradandó károsodást idézhet elő az akkumulátorban. A túltöltéssel is hasonló a helyzet. A felső feszültség-küszöbérték 10 ... 15%-os túllépése is maradandó cellakárosodás oka lehet, de legjobb esetben is kapacitásveszteséget okoz.
A biztonsági elemek nem engedik meg, hogy egy cellára 4,2 V-nál magasabb töltőfeszültség essen. Régebbi típusoknál néha veszélyes robbanások is előfordultak. A napjainkban gyártott akkumulátorokat már mind hatékony védelemmel látják el ilyen eseményekkel szemben, de ezek a biztonsági elemek sajnos a soros ellenállást további 30 ... 100 mΩ-mal növelik. Az akkumulátorok megfelelő gondozása érdekében konkrét cellatípusokhoz készített töltők használata ajánlott.

Li-ion CGR18650 sorozatú akkumulátorok a TME kínálatában

2. ábra. Egy Li-ion CGR18650 sorozatú elemcella felépítése 2. ábra. Egy Li-ion CGR18650 sorozatú elemcella felépítése
A korszerű Li-ion akkumulátorokra példa a Panasonic cég CGR18650-es sorozata. A TME ezeket az akkumulátorokat elektronikus biztonsági védelemmel ellátott (2. ábra), egyenkénti cellákként vagy több darabból álló csomagokként (3. ábra) kínálja.

3. ábra. 16 cellás Li-ion CGR18650 sorozatú cellacsoport felépítése 3. ábra. 16 cellás Li-ion CGR18650 sorozatú cellacsoport felépítése
A standard konfigurációk összeállítása a tipikus felhasználói igényeknek megfelelően, a névleges feszültség, kapacitás és maximális áramerősség figyelembevételével történt. Másodlagos paraméter a csomagok mérete.

1. táblázat. Li-ion CGR18650 sorozat, csomag konfigurációk 1. táblázat. Li-ion CGR18650 sorozat, csomag konfigurációk
A standard kínálatban kapható konfigurációkat az 1. táblázatban mutatjuk be. Az egyes csomagok 1 ... 16 cellából állnak. A vevői igények megelőzésére a TME a felhasználók összeállítása szerinti tetszőleges akkumulátorcsomagokra szóló megrendeléseket is teljesít. A CGR18650 akkumulátorsorozat tagjait viszonylag nagy kapacitás és kis tömeg jellemzi. A gyártó - Panasonic - cég tapasztalatainak köszönhetően hosszú cella-élettartamot sikerült elérni. A minden egyes akkumulátorra installált speciális elektronikai védő áramkör olyan hatásos és biztonságos üzemeltetést biztosít, amilyen a technika mai szintje mellett elérhető, és védelmet nyújt a túltöltéssel, illetve a túlzott mértékű kisütéssel szemben. (Természetesen ez nem mentesíti a felhasználókat a saját felelősségi körükbe tartozó gondossági elvek betartása alól. Ez főként alacsony hőmérsékleten történő tárolási feltételek betartására és az akkumulátorcsomagok rendszeres ellenőrzésére vonatkozik.)

A TME honlapja

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Led technológia

Led technológia

Keresés