Lithium-Ionen/-Polymer

Innovative, wiederaufladbare Lithium-Ionen Systeme

Um den wachsenden Anforderungen der Stromversorgung mobiler Anwendungen gerecht zu werden, werden zunehmend wiederaufladbare Lithium-Ionen und Lithium-Polymer Systeme eingesetzt.
So ermöglicht die nominale Spannungslage von 3,6V – 3,8V den Ersatz von 3 Ni-MH oder Ni-Cd Zellen durch eine Li-Ionen Zelle bei gleichzeitig deutlich geringerem Volumen und Gewicht.
Gegenüber der klassischen Blei-Batterie ergibt sich eine Gewichts- und Volumenersparnis von rund 75% bei gleichzeitig deutlich höher nutzbarem Energieinhalt (ca. 100% gegenüber 60%-70%) und stabilerer Spannungslage.
Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeit ist eine umfassende Aufzählung der Anwendungsbereiche nicht möglich und es sollen beispielhaft nur einige typische Anwendungsgebiete aufgezeigt werden:

  • Medizintechnik
  • Audio/Video
  • Licht/Tontechnik
  • E-Antriebe
  • Power Tools
  • Computer / PDA
  • Camcorder
  • Mobiltelefon
  • Wehrtechnik
  • USV
  • Stationäre Anwendungen (z.B. in der Photovoltaik)

 

Zellentechnologie

Lithium-Ionen Systeme zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

  • hohe Spannungslage von 3,6V – 3,8V (Modifikationsabhängig)
  • hohe Energiedichte
  • kleines Volumen
  • geringes Gewicht
  • hohe Zuverlässigkeit
  • hoher Formfaktor

Innerhalb der Technologie wird zwischen verschiedenen Varianten und deren Modifikationen unterschieden. Primär-Anforderungen wie hohe Energiedichte, dauerhafte Hochstrombelastung oder hohe Pulsstrombelastung können durch gezielte Auswahl aus den Varianten und Modifikationen erfüllt werden. Spezifisch angepasste Lösungen für die mobile Stromversorgung werden dadurch für den Anwender möglich.

Eine Klassifizierung der Varianten innerhalb der Lithium Systeme lässt sich wie folgt vornehmen:

Lithium-Ionen: Flüssiger Elektrolyt, solider Metallmantel
Lithium-Polymer: Gelatierter Elektrolyt; Folientasche
Lithium-Laminat: Flüssiger Elektrolyt; Folientasche

Innerhalb dieser Varianten findet man heute die folgenden chemischen Modifikationen:

ICR => Lithium-Cobalt-Nickel Systeme: 
Hohe Kapazitäten; hohe Energiedichten; nicht hochstromfähig

IHR => Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel Systeme (NMC): 
Mittlere Kapazitäten; mittlere Energiedichten; geeignet für mittlere Dauerbelastungen


IBR => Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Systeme / Spinel-Systeme (blended): 
Geringere Kapazitäten; geringere Energiedichten; Hochstromfähig

IMR => Lithium-Mangan-Spinel Systeme: 
höchste Spannungslage; geringere Kapazitäten; geringere Energiedichten; hochstromfähig; höchste Eigensicherheit aller Systeme

IFR => Lithium-Eisen-Phosphat System:
Niedere Spannungslage; schnelladefähig; hochstromfähig

Allen Systemen gemein ist die unbedingte Notwendigkeit der elektronischen Schutzbeschaltung der Zellen bzw. des Akkupacks. Ohne diese elektronische Sicherung unterliegen sie einer vorzeitigen Alterung. Dies führt zu einem verfrühten Ausfall und unter Umständen zu einer unkontrollierten Reaktion der Zellen. Diese kann zur Zerstörung der Zellen bzw. des Akkupacks führen. Bei mehrzelligen Packs multipliziert sich dieser Effekt entsprechend.

 

Rohzellen

Verarbeitet werden ausschließlich Produkte namhafter Markenhersteller. Im Portfolio befinden sich zylindrische und prismatische Zellen sowie Li-Ionen Knopfzellen. Es steht eine große Bandbreite von Baugrößen und Kapazitäten zur Verfügung. Wir informieren Sie gerne im Detail und erläutern Ihnen gerne in einem persönlichen Gespräch die spezifischen Eigenheiten der verschiedenen Technologien, Modifikationen und Varianten, um die für Ihre Anwendung jeweils richtige Wahl zu treffen.

Zylindrische Zellen
Am häufigsten finden die Baugrößen 18650 und 26650 Einsatz in den Akkupacks. Diese werden sowohl als Energie- als auch als Hochstromzelle in den verschiedenen, oben genannten Lithium-Ionen Varianten angeboten, z.B.:

  • ICR18650: Energiezellen mit Kapazitäten >2400mAh
  • IHR18650: Energiezellen mit Kapazitäten >1800mAh
  • IBR18650: Hochstromzellen mit Kapazitäten >1500mAh
  • IMR18650: Hochstromfähige Zellen mit Kapazitäten >1200mAh
  • IMR26650: Hochstromfähige Zellen mit Kapazitäten >3000mAh
  • IFR18650: Hochstromfähige Zellen mit Kapazitäten >1200mAh
  • IFR26650: Hochstromfähige Zellen mit Kapazitäten >2300mAh

 

Sowohl die IBR als auch die IMR Zellen sind für eine dauerhafte Strombelastbarkeit bis zum 20-fachen der Nennkapazität mit erheblich höherer Pulsbelastbarkeit ausgelegt.

Prismatische Zellen (Lithium-Ionen)
Zellen in rechteckiger Bauform mit festem Metallmantel werden in einem breiten Kapazitässpektrum und in vielfältigen Baugrößen angeboten. Von der miniaturisierten Zelle mit den Maßen 15x23x13mm und einer Kapazität von 80mAh (für Bluetooth und Hörhilfen) bis hin zu großen Zellen im Bereich >50Ah (für EV und HEV) sind diese verfügbar.


Lithium-Ionen-Polymer Zellen
Durch ihre sehr flache Bauweise eignen sich die in dieser Variante verfügbaren Energie- und Hochstromzellen vornehmlich für Anwendungen mit begrenztem Einbauraum. Das geringere Gewicht –kein festes Metallgehäuse- macht z.B. den Modellflug zu einem bevorzugten Einsatzgebiet. Verfügbar sind Kapazitäten von wenigen mAh bis hin zu großformatigen Zellen >100Ah. Dementsprechend vielfältig sind auch die angebotenen Baugrößen.


Schutzelektronik
Die Sicherheit der ausgewählten Zelle bzw. des Akkupacks spielt eine tragende Rolle, damit bei jeder Betriebsbedingung ein sicherer Einsatz des Gerätes gewährleistet bleibt. Die Auslegung, Entwicklung und Implementierung der für den Akkupack notwendigen, spezifischen Schutzelektronik ist daher ein unabdinglicher Bestandteil eines jeden zuverlässigen Akkupacks.
Weiterhin können Akkupacks mit „Cell-Balancing“, Kapazitätsanzeige und der Möglichkeit für Datenaustausch geliefert werden. Dem Nutzer stehen so spezifische Daten des Akkupacks in digitaler Form zur Auswertung zur Verfügung.


Ladetechnik
Ein sicherer und zuverlässiger Betrieb des Akkupacks und eine lange Einsatzdauer setzt eine auf die Anwendung und die ausgewählte Lithium-Ionen Technologie abgestimmte Ladetechnik voraus. Die Verwendung von Ladegeräten, welche für andere Batterietechnologien konzipiert wurden, dürfen nicht für Lithium-Ionen Systeme angewendet werden,
Lithium-Ionen Systeme werden gewöhnlich nach dem Ladeverfahren CCCV (Constant Currrent,Constant Voltage) geladen. Bei schellladefähigen Systemen kommen auch spezielle Ladekennlinien zum Einsatz.
Der für einen spezifischen Akkupack anwendbare, maximale Ladestrom unterliegt den spezifischen Kenndaten des Akkus und muss mit dem Hersteller des Packs abgestimmt werden
Weiterhin besteht die Möglichkeit der Wahl eines externen Ladegeräts oder der Implementierung der Ladeelektronik im Akkupack oder in der Applikation.

 

Systemlösungen

Das Leistungsspektrum umfasst neben der reinen Akkulösung und Ladetechnik auch die Lösung bei Fragen nach dem richtigen Gehäuse bzw. bei der Implementierung der kundenseitigen Hardware unter Berücksichtigung eventueller sicherheitsrelevanter Aspekte. Damit erhält der Kunde die kompletten Systemlösung aus einer Hand und er erhält ein Komplettpaket in welchem seine Anforderungen gepaart mit den akkuspezifischen Notwendigkeiten Berücksichtigung finden.

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