Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (wiederaufladbar): Was ist das und wie funktioniert sie?
Was ist eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie?
Die sogenannte Sekundärbatterie (wiederaufladbare Batterie) bezieht sich auf eine Batterie, die nach dem Energieverbrauch wieder aufgeladen und wiederverwendet werden kann, während eine Batterie, deren Lebensdauer nach dem Energieverbrauch endet, als Primärbatterie bezeichnet wird. Derzeit benötigen viele kleine tragbare elektronische Produkte und tragbare Geräte Batteriestrom, um zu funktionieren. Neben der herkömmlichen Primärbatterie ist eine Sekundärbatterie, die mehrfach aufgeladen und entladen werden kann, eine wirtschaftlichere und praktischere Wahl.
Derzeit können kleine Sekundärbatterien auf dem Markt in vier Kategorien unterteilt werden, nämlich Ni-Cd-Batterien (Ni-Cd), Ni-MH-Batterien (Ni-MH), Li-Ionen-Batterien (Li-ion) und Li-Polymer-Batterien (Li-polymer, auch bekannt als Lithium-Polymer-Batterien). Faktoren wie Kapazität, Lade- und Entladeeffizienz, Lebensdauer, Sicherheit, Größe usw. müssen bei der Auswahl von kleinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterien berücksichtigt werden. Das am besten geeignete Produkt kann je nach Anwendung und Produktanforderungen ausgewählt werden.
Wie funktionieren wiederaufladbare Batterien?
Lithium-Ionen gehören zu den am häufigsten verwendeten Materialien in Sekundärbatterien. Lithium-Ionen-Sekundärbatterien werden durch Lithium-Ionen-Absorption und -Desorption zwischen positiven und negativen aktiven Materialien geladen/entladen. Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie besteht hauptsächlich aus einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode, einem Elektrolyten und einem Separator. Der Elektrolyt setzt sich aus Lithiumsalz und organischen Lösungsmitteln zusammen. Zu den häufig verwendeten aktiven Materialien für die positive Elektrode gehören Lithium-Cobalt-Oxide, Lithium-Eisen-Phosphat, Lithium-Mangan, usw. Zu den häufig verwendeten aktiven Materialien für die negative Elektrode gehören Graphit, amorpher Kohlenstoff, Lithiumtitanat, usw.
Höhere Energiedichte der Lithium-Ionen-Batterie
Die Batteriekapazität (mAh) hängt davon ab, wie viele Lithium-Ionen vom aktiven Material der positiven Elektrode abgegeben werden können und wie viele abgegebene Lithium-Ionen vom aktiven Material der negativen Elektrode aufgenommen werden können. Daher liegt der Schlüssel zur hohen Kapazität von Lithium-Ionen-Sekundärbatterien darin, wie viele aktive Substanzen der positiven und negativen Elektrode pro Volumeneinheit eingebracht werden können.
Die Energiedichte der Batterie bezieht sich auf die Menge an elektrischer Energie, die pro Volumeneinheit oder Masse einer Batterie freigesetzt wird. Im Allgemeinen ist bei gleichem Volumen die Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie 2,5-mal so hoch wie die einer Nickel-Cadmium-Batterie und 1,8-mal so hoch wie die einer Nickel-Wasserstoff-Batterie. Daher ist bei gleicher Batteriekapazität eine Lithium-Ionen-Batterie kleiner im Volumen und leichter im Gewicht als Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-Batterien.
Zusätzlich zur Angabe des Lade- und Entladestroms der Batterie in Ampere (oder Milliampere) wird auch der englische Buchstabe C (Kapazität) als Stromanteil der Nennkapazität (Strom x Zeit) verwendet und dient als Einheit zur Messung des Stroms. Zum Beispiel bedeutet eine Nennkapazität von 3mAh, dass die Entladezeit bei 3mA (1C) 1 Stunde dauern kann und die Entladezeit bei 30mA (10C) 6 Minuten dauern kann. Außerdem kann die Ladezeit ebenso berechnet werden (theoretischer Wert).
Lithium-Ionen-Akku-Ladefunktionen
Die von Murata eingeführte kleine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie – CT04120, verwendet Lithium-Cobalt-Oxid als aktives Material der positiven Elektrode und Lithium-Titanat als aktives Material der negativen Elektrode, wodurch sie in einem breiten Eingangs-/Ausgangsbereich laden und entladen kann. Darüber hinaus ist ihr Leckstrom sehr gering. Diese funktionalen Eigenschaften können ein kleines und effizientes Batterie-Lade- und Entladesystem schaffen.
CT04120 unterstützt eine Nennspannung von 2,3 V, eine Ladespannung von 2,7 V, eine Entladeschlussspannung von 1,8 V, eine Nennkapazität von 3 mAh, einen maximalen Entladestrom von 30 mA (10C), einen Betriebstemperaturbereich von -20 ℃ bis 70 ℃ sowie die Abmessungen von φ4 mm × 12 mm.
Der CT04120 von Murata kann selbst mit einem niedrigen Strom von wenigen Mikroampere geladen werden und eignet sich daher auch für den Einsatz mit energiearmen Generatoren. Darüber hinaus minimiert der extrem niedrige Leckstrom (ca. 200 nA bei 25 ℃) den Verlust der gespeicherten Energie und ermöglicht einen langfristigen Einsatz. Der CT04120 weist eine stabile Entladecharakteristik bei 2,3 V auf und ist daher besonders für den Betrieb von Low-Power-ICs geeignet.
Da die Ladezeit des CT04120 bis zur Batteriespannung deutlich kürzer ist als die eines Kondensators, kann die Standby-Zeit verkürzt werden. Zudem beträgt seine C-Rate das Zehnfache einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie. Der CT04120 kann ohne Lade-IC mit Konstantspannung (CV) geladen werden.
Der CT04120 verfügt über eine Schnellladefunktion, mit der er mit hoher Geschwindigkeit (10C) ohne Lade-IC geladen und mit einer maximalen Entladerate von 10C entladen werden kann. Aufgrund seines niedrigen Innenwiderstands und des geringen Spannungsabfalls kann der CT04120 selbst bei hohen Spitzenlasten und niedrigen Temperaturen stabil entladen werden und bietet eine hervorragende Entladecharakteristik. Darüber hinaus zeichnet sich der CT04120 durch eine lange Lebensdauer aus, mit einer Lade- (Kapazitäts-) Wiederherstellungsrate von über 80 % nach 5000 Zyklen. Er verwendet chemisch stabiles Lithiumtitanat und verfügt über ein Sicherheitsdesign zur Vermeidung von thermischem Durchgehen, wodurch eine hohe Sicherheit gewährleistet wird.
IGBTs bleiben eine kosteneffiziente Option und sind seit vielen Jahren die bevorzugte Wahl für EV-Antriebsstränge. SiC-MOSFETs gewinnen jedoch zunehmend an Bedeutung, da sie Vorteile in Bezug auf Effizienz und thermische Leistung bieten und somit eine immer attraktivere Option für die nächste Generation von Elektrofahrzeugen darstellen.
onsemi verbessert und erweitert kontinuierlich sein IGBT-Produktportfolio und führt neue IGBT-Technologien wie Narrow Mesa Field Stop (FS4 und FS7) ein, die geringere Leistungsverluste bei Teillast sowie eine insgesamt verbesserte Systemeffizienz für Automobilanwendungen aufweisen.
onsemis IGBT-6-Pack-Leistungsmodul NVH660S75L4SPFB integriert sechs FS4 750V Narrow Mesa IGBTs in einer 6-Pack-Konfiguration. Dieses Modul bietet eine hohe Stromdichte, robuste Kurzschlussschutzfunktionen und eine höhere Sperrspannung. Es verwendet das SSDC33-Gehäuse mit geringer Streuinduktivität, direkter Kühlung und einem flachen Basiskühlkörper.
Ein weiteres IGBT-Halbbrücken-Leistungsmodul, NVG600A75L4DSC2, integriert zwei FS4 750V IGBTs in einer Halbbrückenkonfiguration. Das Modul verfügt über integrierte Chip-Temperatur- und Stromsensoren, und das beidseitig gekühlte AHPM15-Gehäuse verbessert die thermische Leistung.
Darüber hinaus bietet onsemi zwei Evaluierungshardware-Kits (Referenzdesigns) für EV/HEV-Traktionswechselrichteranwendungen (bis zu 150 kW) auf Basis der VE-Trac-IGBT-Leistungsmodulfamilie an. Diese Evaluierungskits (EVKs) ermöglichen es Kunden, die Leistung des VE-Trac-Direct-Leistungsmoduls bereits in frühen Phasen der Wechselrichterentwicklung zu bewerten. Es stehen zwei EVK-Varianten auf Basis von 6-Pack- und Halbbrücken-Leistungsmodulen zur Verfügung. Die Kits können als Double-Pulse-Tester zur Messung wichtiger Schaltparameter oder als dreiphasiger Wechselrichter zur Motorsteuerung verwendet werden.
Anwendungen und Vorteile von Lithium-Ionen-Sekundärbatterien
Die kleine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie CT04120 hat ein breites Anwendungsspektrum und eigene Vorteile. Die CT04120 kann in Geräten mit niedrigem Stromverbrauch eingesetzt werden. Sie kann mit hoher Geschwindigkeit (10C) oder mit konstanter Spannung aufgeladen werden. Sie zeichnet sich durch eine lange Lebensdauer, vielfältige Einsatzmöglichkeiten, hohe Sicherheit, kleine Größe und geringes Gewicht aus. Sie wird häufig in Stylus-Stiften, verschiedenen tragbaren Geräten usw. verwendet.
CT04120 kann auch bei der Notstromversorgung eingesetzt werden. Bei einem Batteriebetrieb kann es die Systemstromversorgung während des Austauschs der Hauptbatterie oder der Trennung der Batterieverbindung sichern. Es zeichnet sich durch hohe Ausgangsentladung, lange Lebensdauer, keine Notwendigkeit für ein Lade-IC usw. aus. Es wird häufig in POS- oder Handterminals verwendet. POS (Zahlungsterminal) und andere batteriebetriebene Geräte, usw.
Wenn CT04120 in einem Energy-Harvesting-Computersystem eingesetzt wird, kann es in einem weiten Bereich von Raten (μA) geladen und entladen werden. Dank Vorteilen wie geringer Leckstrom, langer Betriebszeit, Überentladungswiderstand und weitem Einsatztemperaturbereich wird es häufig in Solarbatterieladegeräten und drahtlosen Sensorknoten zusammen mit verschiedenen Energy-Harvesting-Komponenten verwendet. Darüber hinaus besteht der Vorteil und die Charakteristik des CT04120 für das Energy-Harvesting darin, der Überentladung standzuhalten, ohne Schutz- und Lade-IC.
Kleine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie – eine passende Option
Die Sekundärbatterie zeichnet sich durch wiederholtes Laden und Entladen aus und ist für verschiedene tragbare Geräte und Wearables geeignet, mit zunehmend umfangreichen Anwendungsbereichen. Muratas kleine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verfügt über eine hervorragende Lade- und Entladegeschwindigkeit, eine stabile Entladefunktion, stabile Produktleistung, eine lange Lebensdauer und hohe Sicherheit und ist eine ausgezeichnete Wahl für viele verwandte Anwendungen.
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