Akkus
(447)Die Speicherung der Energie ist eine der größten Herausforderungen von heute - dem Zeitalter mobiler Geräte und erneuerbarer Energien. Diese Produktkategorie umfasst hauptsächlich Batterien aus dem zuerst genannten Bereich. Hierbei handelt es sich um Artikel für tragbare Geräte, ferngesteuerte, selbstfahrende Roboter, die aber auch Ersatz für normale kleine Akkus (AA, AAA), Zellenpakete für Hochstromgeräte (Elektrowerkzeuge, RC-Modelle) sowie Komponenten sind, die für Elektronikgeräte-Hersteller von besonderem Interesse sind. Hierbei handelt es sich um Batterien, die für die werksseitige Installation in Geräten oder sogar für die Montage auf einer Leiterplatte vorgesehen sind. Je nach gewünschtem Produkt stellt sich der Käufer eine der folgenden Fragen ...
Eine Batterie statt eines Akkus - worauf soll ich achten?
Seit vielen Jahren sind "wiederaufladbare Batterien", d.h. wiederaufladbare Äquivalente der Standard-Akkus, eine reale und kostengünstige Alternative. Der Kauf eines Satzes AA- oder AAA-Akkus zum Wiederaufladen und eines Universalladegeräts ist eine kostengünstige, bequeme und umweltfreundliche Lösung. Es ist auch eine ausgezeichnete und universelle Idee für ein praktisches Geschenk. Ein häufiger Fehler der Verbraucher besteht darin, Batterien zu kaufen, die billiger sind, aber eine geringere Kapazität haben. Dies ist nur dann eine kostengünstige Wahl, wenn Geräte mit geringem Verbrauch (drahtlose Mäuse und Tastaturen, RTV-Fernbedienungen, Uhren) mit Energie versorgt werden sollen. Bei anderen Geräten muss der Akku häufig aufgeladen werden und nutzt sich schneller ab. Es soll beachtet werden, dass die Nennspannung von AA- und AAA-Batterien niedriger ist als beispielsweise bei Alkalibatterien (entsprechend 1,2 V und 1,5 V). Ältere Geräte funktionieren möglicherweise nicht richtig, wenn sie mit wiederaufladbaren Zellen betrieben werden. Achtung! Das Mischen verschiedener Batterien, vor dem alle Hersteller von Elektrogeräten warnen, kann schädlich sein. Diese Vorgehensweise ist bei wiederaufladbaren Batterien äußerst gefährlich! Dies kann das Gerät ernsthaft beschädigen und sogar Ihre Gesundheit gefährden (Verbrennungen).
Wie wähle ich selbst eine Ersatzbatterie aus?
Es kommt vor, dass kleine Haushaltsgeräte, die mit Batterien ausgestattet sind, immer häufiger entladen werden und/oder trotz ordnungsgemäßer Wartung nicht richtig funktionieren. Wenn das Gerät einen einfachen Zugriff auf den im Inneren installierten Akku bietet, können wir versuchen, ihn auszutauschen. Im Katalog von TME bieten wir eine Reihe von Paketen an, die Batterien ersetzen, die in schnurlosen Telefonen, elektrischen Rasierern, Zahnbürsten usw. verwendet werden. Allerdings: Wenn wir die detaillierten Parameter des zu ersetzenden Pakets nicht kennen (Kapazität, Typ, Spannung, Leistung) sollten wir nachforschen oder detaillierte Analyse der Schaltung durchführen. Andernfalls kann das Gerät dauerhaft beschädigt werden (z. B. Durchbrennen des Spannungsstabilisators, Motorausfall usw.). Glücklicherweise werden die meisten Markenzellen und ihre Verpackungen durch das Aufdrucken der Spezifikationen auf das Batteriegehäuse/die Verpackung detailliert beschrieben.
Welcher Batterietyp soll für das Projekt gewählt werden?
Die Auswahl einer Batterie für Ihr Projekt ist keine leichte Aufgabe. Man kann es sogar „die Kunst des Kompromisses“ nennen. Die Art der verwendeten Zellen wirkt sich nicht nur direkt auf den Betrieb des Geräts aus, sondern auch auf dessen Aufbau und Schaltung. Lassen wir uns daher kurz auf die Probleme eingehen, die berücksichtigt werden müssen - und zwar noch in der Entwurfsphase.
Welche Akkuparameter sind wichtig?
Leider ist die Antwort auf diese Frage: alle. Selbst eine so triviale Angelegenheit wie die Art der Ausführungen kann die Umsetzung des Projekts erheblich beeinflussen. Der Hersteller (und sogar ein einzelner Designer) sollte überlegen, ob der Bauvorgang einer Vorrichtung beispielsweise z.B. eine Stufe des Punktschweißens von Lithium-Ionen-Zellen berücksichtigen sollte, oder ob es besser ist, ein fertiges Li-Po-Paket zu verwenden? Wenn der Verbraucher die Batterie selbst austauschen kann - wäre es nicht besser, sich für das weit verbreitete Standardformat zu entscheiden? Selbst das Gewicht (und insbesondere der Schwerpunkt) des Zielprodukts hängt stark von der verwendeten Energiequelle ab.
Größe und Kapazität
Die höchste "Dichte" der gespeicherten Energie wird bei Lithium-Polymer-Batterien erreicht. Ihre Verwendung ist jedoch mit einer Reihe von Komplikationen verbunden, die nachstehend erörtert werden. Bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Zellen lohnt es sich, die Verwendung ihrer weniger populären Formate in Betracht zu ziehen, z. B. kürzere oder dünnere Rollen, die eine bessere Raumnutzung im Gehäuse der Zielvorrichtung ermöglichen. Leider hängt die Zellkapazität in jedem Fall eng mit ihrem Volumen zusammen.
Spannung und Strom
Selbst die besten DC/DC-Wandler erreichen keinen 100%igen Wirkungsgrad. Jeder im Stromkreis platzierte Konverter verursacht Energieverluste und erzeugt Wärme. Es mag verlockend erscheinen, viele parallel verbundene Zellen in das Gerät einzubauen - dies ermöglicht unter anderem um eine hohe Stromstärke zu erreichen (dies ist wichtig, wenn elektromechanische Komponenten mit Strom versorgt werden). Die Konsequenz einer solchen Lösung kann jedoch die Notwendigkeit sein, den Aufwärtswandler zu verwenden, z. B. für den Bedarf einer hintergrundbeleuchteten LCD-Anzeige - dies führt wiederum zu einem signifikanten Energieverbrauch und einer Verringerung der Lebensdauer. Außerdem enthält das Gerät unter Verwendung eines Mikroprozessorsystems (z.B. eines Einplatinencomputers) immer noch eine Reihe von Wandlern und Spannungsstabilisatoren, die für den Betrieb der Zentraleinheit und ihrer Komponenten erforderlich sind. Aus diesem Grund ist es wichtig, ein solches Paket von Zellen (und Schaltungselementen) zu wählen, das eine optimale Stromversorgung des gesamten Systems ermöglicht, vorzugsweise unter Verwendung eines einzelnen Stabilisators (idealerweise ist es ein Stabilisator, der mit einem Laderegler und einem Balancer gekoppelt ist, aber das ist nicht immer möglich).
Batterietypen - ein kurzer Vergleich
Da jeder Batterietyp seine eigenen spezifischen Eigenschaften hat, präsentieren wir zum Schluss einen schnellen Vergleich dieser Technologien.
Lithium-Polymer-Akkus
Es sind Zellen mit einem außergewöhnlich hohen Verhältnis von gespeicherter Energie zu Volumen. Sie liefern hohe Stromwerte und die Pakete können zu quaderförmigen Festkörpern beliebiger Größe geformt werden. Sie werden in kompakten Produkten eingesetzt und überall dort, wo in kurzer Zeit große Mengen an Energie bereitgestellt werden müssen (z. B. sogenannte Auto-Booster, mit denen das Auto trotz Entladung starten kann). Leider sind Zellen dieses Typs auch empfindlich und im Falle eines Verpackungsbruchs, Überhitzung, falscher Aufladung oder sogar Feuchtigkeit – sehr instabil. Li-Pol-Pakete sind werkseitig mit einem Ausgleichssystem ausgestattet, das das Produkt vor Missbrauch schützt. Diese Schaltung garantiert jedoch keine vollständige Sicherheit. Der Lithium-Polymer-Batterieladecontroller muss die Temperatur der Zellen ständig überwachen. Die Verschlechterung des Zustandes, irreversible Beschädigung und Verformung kann durch tiefes Entladen der Verpackung (oder durch Langzeitlagerung unter anderen als den vom Hersteller angegebenen Bedingungen) verursacht werden.
Lithium-Ionen-Akkus
Eine der beliebtesten Lösungen auf dem Markt. Li-Ion-Zellen zeichnen sich durch lange Lebensdauer und einfache Wartung aus. Sie werden in zwei Stufen aufgeladen: erstens durch Konstanthalten des Stroms und in der Endphase durch konstante Spannung. Laderegler und Balancer für Lithium-Ionen-Zellen sind weit verbreitet und kostengünstig (es ist jedoch am besten, ein Ladegerät zu wählen, das auf einem der Systeme bekannter und bewährter Hersteller basiert). Sie sind relativ widerstandsfähig gegen mechanische Faktoren, obwohl sie thermisch "empfindlich" sind. Vermeiden wir beim Bündeln das Löten der Drähte direkt an die Batterieklemmen. Zu diesem Zweck werden am häufigsten Punktschweißgeräte verwendet. Sie können einen sehr hohen Strom liefern (was auch bedeutet, dass sie im Falle eines Kurzschlusses gefährlich sind). Ihre Größe wird normalerweise durch eine Reihe von Ziffern bestimmt, z.B. 18650. Dies ist eine Methode zur Klassifizierung der Abmessungen der Batterie. Die ersten beiden Ziffern geben den Durchmesser in Millimetern an, die letzten drei die Länge in 0,1 mm. Daher: 18650 ist ein Zylinder mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Höhe von 65 mm. Als Kuriosität kann erwähnt werden, dass die Li-Ion-Zelle 14500 die gleiche Größe wie die Batterie im AA-Format hat, sodass Standardbatteriekörbe für die Montage und Bündelung verwendet werden können.
Akkus LiFePO4
Lithium-Eisen-Phosphor-Zellen werden oft als Nachfolger der Lithium-Ionen-Technologie bezeichnet. Im Gegensatz zu ihren Vertretern enthalten LiFePO4 Akkus kein Kobalt in ihren Elektroden. Sie zeichnen sich durch eine längere Lebensdauer, größere Stabilität und vergleichbare elektrische Parameter aus. Ein zusätzlicher Vorteil ist der niedrige Selbstentladestrom (d.h. Sie bleiben relativ lange aufgeladen). Der Produktionsprozess ermöglicht die Herstellung dieser Batterien mit Anschlüssen in Form von Schrauben, was die Montage und den Anschluss von Zellen erleichtert und beschleunigt und auch einen geringen Widerstand der Verbindungen und deren gute Stromparameter gewährleistet.
Ni-MH-Akkus
Der vollständige Name lautet „Nickel Metal Hydride”. Am häufigsten in Verbraucherbatterieformaten verwendet. Sie erfordern eine Impulsladung (idealerweise in einem Prozessorladegerät), da sie durch den Anschluss an eine Gleichstromquelle beschädigt werden. Diese Art von Zellen ist auch empfindlich auf die Tiefentladung.
Ni-Cd-Akkus
Nickel-Cadmium-Zellen ähneln in Struktur, Anwendung und elektrischen Parametern den Ni-MH-Akkus, obwohl ihre Energiedichte geringer ist. Es ist zu beachten, dass diese Batterietypen mit sogenanntem "Memory-Effekt" belastet sind. Mit anderen Worten, verschlechtert sich ihre Kapazität, wenn sie nicht regelmäßig entladen und vollständig aufgeladen werden. Die wichtigste Information für den potenziellen Käufer wird die Tatsache sein, dass dieser Akkutyp derzeit aus Umweltgründen aus dem Angebot von TME zurückgezogen wird.
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