Lithium batterij technologie

Lithium batterij technologie •

Intro Elincom electronics BV

•

Overzicht lithium batterijen

•

Primaire lithium batterijen - overzicht - beveiliging - passivering

•

Oplaadbare lithium batterijen - overzicht - beveiliging - laden / ontladen - levensduur - transport - nieuwe ontwikkelingen

Lithium batterij technologie

Elincom electronics • • • • •

Technische distributeur voor de Benelux Opgericht in 1975 14 medewerkers, 5 product managers Passieve componenten Doelgroep OEM-ers, machine- en apparatenbouwers

• Hal 1 stand B067


Elincom electronics


Elincom electronics


Elincom electronics


Elincom electronics




Lithium batterij technologie •

Oplaadbaar Lithium Ion – Lithium Polymeer – Lithium IJzerfosfaat

•

Niet oplaadbaar (primaire) Lithium Thionyl Chloride – Lithium Mangaan Dioxide


Lithium batterij technologie Overzicht


Primaire lithium batterij Algemeen: • Zeer lage zelfontlading (<1% per jaar @ 20ºC) • Uitstekende temperatuur specificaties (-60 +150ºC) • Gevaarlijk bij misbruik, (onderling) opladen, diepontladen • Bevat geen zware metalen maar wel elektroliet • Veel gebruikt in Japan 28% EU 0,5% hoofdzakelijk industrieel Toepassingen: • Water-/ gas-/ elektriciteitsmeters • Alarmsensoren, track & trace GPS modulen • Backup batterijen • Etc.


Primaire lithium batterij uitvoeringen Grotere batterijen vanaf AAA Lithium Thionyl Chloride Li/SOCl2 3,6V (3,67Voc) hoogste energiedichtheid types voor hoge pulsstroom (spiral) en hoge capaciteit (bobin)

Kleinere batterijen als knoopcellen tot AA Lithium Mangaan Dioxide Li/MnO2 3,0V (3,15 -3,3Voc)


Primaire lithium batterij Voor veiligheidsredenen zijn er “hoge stroom” batterijen met een veiligheidsventiel in de behuizing. Bij kortsluiting bij hoge temperaturen zal het ventiel gaan afblazen ipv. een mogelijke explosie. Het gas is irriterend.


Primaire lithium batterij Beveiliging •

4S2P pack

4 serie = 4x 3,6V = 14,4V vol en 4x 3V = 12,0V leeg 2 parallel = om capaciteit te verhogen

•

Beide parallelle circuit met diode ontkoppelt tegen onderling laden

•

Spanningsval over de diode van ~0,7V wordt de spanning bij “batterij leeg” ipv ~3V per cel = 12V nu op 11,3V gezet


Primaire lithium batterij Passivering Passivering ontstaat na opslag voor langere tijd, er ontstaat een compacte film tussen Li en SOCl2. nadeel: als er stroom gevraagd wordt: spanningsinbreuk voordeel: zelfontlading wordt beperkt A: lage stroom geen spanningsvertraging B: gemiddelde stroom spanning blijft boven afschakelniveau C: hoge stroom spanning valt onder afschakelniveau




Oplaadbare lithium batterij Algemeen: • Lage zelfontlading • Grote energiedichtheid • Beperkte temperatuur specificaties (-20 +60 ºC / 0 +40ºC) • Gevaarlijk bij misbruik, beveiligingelektronica is vereist • Verschil in hoge capaciteit en hoge stroom types • Enorme groeimarkt Toepassingen: • Hand held apparatuur • Elektrische voertuigen • Speelgoed • Power tools • Etc.


Oplaadbare lithium batterij Uitvoeringen Li Ion is verzamelnaam: LiCoO2 (Lithium Cobalt): hoge capaciteit LiMn2O4 (Lithium Mangaan): hoge stroom laden ontladen1C 0,2C LiNiMnCoO2 (Lithium Nikkel Mangaan Cobalt Oxide) etc. •

Li Ion Lithium als vloeibare elektroliet: behuizing is een metalen cilinder 14500,18650, 18500, 26650 etc.

•

Li Po Lithium in gelvorm: behuizing is een zakje

•

LFP Lithium in gelvorm: behuizing in cilinder, box of recent ook in zakje


Lithium batterij technologie Overzicht


Oplaadbare lithium batterij Uitvoeringen


Oplaadbare lithium batterij Beveiliging


Oplaadbare lithium batterij Beveiliging


Oplaadbare lithium batterij Beveiliging Standaard pack veiligheidprint PCM (Protection Circuit Module): • • •

Diep ontladen Overladen Overstroom- / kortsluitbeveiliging

Uitgebreide versies: • • • •

Temperatuurbewaking bij ontladen Temperatuurbewaking bij laden Actuele capaciteit Cell balancing


Oplaadbare lithium batterij Beveiliging Battery Management System (BMS): Uitgebreide PCM functionaliteit met bijvoorbeeld: • Master slave systemen • “State of Health” systemen • Uitgebreide informatie over batterijcapaciteit • Passieve of actieve charge level control • Power selector: tegelijkertijd laden en gebruiken • Communicatie interfaces CAN / SM bus etc. • Etc


Oplaadbare lithium batterij Beveiliging Keurmerken: Batterij met eenvoudige PCM: is een component : MSDS voldoet in de regel Batterij met BMS: is een systeem -> CE: EMC etc.


Oplaadbare lithium batterij Ontladen Hoog vermogen cellen: • •

6C laden 30C ontladen -> 5Ah cel; 30A laden en 150A ontladen Draadloze boormachine, tuingereedschap

Hoge capaciteit (per volume) cellen: • •

1C laden en 2C ontladen -> 5Ah cel; 5A laden en 10A ontladen Mobiele telefoon, laptop

EV batterij is een compromis


Oplaadbare lithium batterij Laden Laden Li Ion / LiPo CC/CV = constant current / constant voltage CC= tot 4,1V CV= aftoppen tot 4,2V; I<< Laden LFP CC= tot 3,6V CV= tot 3,65V; I<<

CV brengt ~ 5% van de lading maar kost 50% van de tijd


Oplaadbare lithium batterij Levensduur DOD Dept of Discharge: •

Rule of thumb de totale energie afgifte is 100 1x DOD 100% = 2x DOD 50% = 10x DOD 10%


Oplaadbare lithium batterij Levensduur Einde laadspanning: •

Verhoging levensduur door verlaging van maximale laadspanning: 4,0V ipv 4,2V = +100% bij een capaciteitsverlies van ~ 8%


Oplaadbare lithium batterij Levensduur Laad, ontladen: •

Transformatie van actieve chemicaliën kan niet in de pas blijven met de stroom: capaciteitsverlies


Oplaadbare lithium batterij Richtlijnen voor het gebruik van lithium batterijen: • • • • • •

Schakel het apparaat uit bij opladen; een “parasiterende” belasting kan de lader verwarren Laden bij kamertemperatuur, nooit onder vriespunt Niet volledig laden / ontladen is levensduur verlengend Minder snel laden / ontladen is levensduur verlengend Bij langdurige opslag (> 2 a 3 mnd); ~ 3,6V Bij langdurige opslag diepontladen vermijden, herladen


Oplaadbare lithium batterij Transport Transport Dangerous Goods, UN38.3 en UN3481

Transport over land, water en door de lucht: UN3481 beschrijft verpakkingseisen, labelling verpakking en pack, papierwinkel •

Proto series < 100 stuks: declareren bij transporteur / luchtvaart autoriteiten, UN3481 volgen

• >100 stuks: < 100Wh wel getest naar UN38.3 -> < 100Wh niet getest naar UN38.3 -> < 100Wh niet getest naar UN38.3 -> > 100Wh wel/niet getest naar UN38.3 -> > 100Wh niet getest naar UN38.3 ->

uitgesloten van DG voorschriften <100 stuks; altijd DG declaratie >100 stuks; UN38.3 verplicht <100 stuks; altijd DG declaratie >100 stuks; UN38.3 verplicht

Certificeren van een pack naar UN38.3: ~ 12 weken / 16 packs / kosten vrijgave transport T1 lage druk T2 Thermisch T3 Vibraties T4 Schok T5 ext kortsl T6 val T7 overladen T8 gedwongen ontladen


Oplaadbare lithium batterij Transport


Oplaadbare lithium batterij Nieuwe ontwikkelingen LFP met nanostructuren Li-Ion: 5~20K nanometer actieve deeltjes LFP Nano: 100 nanometer actieve deeltjes

Voordelen: Vier keer meer energie per volume Laadtijd 80% in een minuut en 100% in 10 minuten Levensduur ~ 10.000 cycles Werktemperatuur -30 +70ºC Stabieler / geen explosiegevaar


Vragen? Eventueel op de Elincom stand hal 1 B067

Lithium batterij technologie

Recommend Documents