Nichicon SLB akkumulátorok IoT-alkalmazásokban
A modern elektronika előtt álló legnagyobb kihívások közé tartozik a hatékony energiagyűjtés és -tárolás. Az ilyen piaci igényekre válaszul a Nichicon, a kondenzátorok gyártásában vezető japán cég kifejlesztette az SLB sorozatú kis méretű akkumulátorokat: lítium-ion cellákat lítium-titán elektródával. Ezek innovatív, miniatűr cellák, amelyek páratlan teljesítménnyel és tartóssággal büszkélkedhetnek.
Ebben a cikkben a következő témákkal foglalkozunk:
- Miben tűnnek ki az SLB sorozatú kis akkumulátorok a versenyképes többi megoldás közül?
- Töltési tényező és C-ráta
- Továbbfejlesztett Nichicon cellateljesítmény
- Az energiagyűjtési technológia elmélete és gyakorlata
A dolgok internete, azaz az IoT technológiák évek óta velünk vannak. Ezeknek az eszközöknek a haszonélvezői gyakran mégsem tudják, hogy a sok kényelem ezeknek a kicsi, energiatakarékos készülékeknek köszönhető, amelyek bonyolult méréseket és számításokat végeznek mindennapi környezetünkben. Lehetővé teszik a pontos adatgyűjtést a forgalomról, az időjárásról, a városi levegő minőségéről, egészségünkről – javítják a futárküldemények továbbítását, a raktári rendelésfelvételt, a közúti, vasúti és akár légi szállítást – mi több, biztonságosabbá teszik otthonainkat és munkahelyeinket. Mindezen technológiák középpontjában az energiahatékony, vezeték nélküli kommunikációs modulok állnak, amelyek BLE vagy LoRa modulok miniatürizált, mégis hatékony energiaforrásokkal.
Manapság a mobil tápellátás területén technológiai forradalom zajlik. Egészen a közelmúltig a fejlődés útjában álló fő akadályt nem az integrált áramkörök kapacitása jelentette, hanem az őket elegendő energiával ellátó technikák korlátai. Az energiatárolás legmodernebb módszerei közül kiemelkednek a miniatűr megoldások, amelyeket távoli szenzorokban vagy személyes, viselhető eszközökben használnak. A globális piacon több száz ilyen alkalmazásra szánt termék érhető el, de csak néhány felel meg a Nichicon SLB sorozatban található lítiumion-akkumulátorok által kínált teljesítményszabványnak. A Toshiba szabadalmaztatott SCiB™ technológiáján alapulnak – elsősorban nagyáramú energiatárolásra használják. A Nichicon által szállított miniatürizált formában megőrzik kiváló elektromos teljesítményüket, de olyan burkolatba vannak zárva, amelyek mérete nem haladja meg egy apró elektrolitkondenzátor méretét.
A japán beszállító az áramellátó és erősítő rendszerek alkatrészeinek gyártására szakosodott, az SLB sorozatot azért vezette be termékpalettájába, hogy megfeleljen a hordozható eszközök, ipari érzékelők, valamint fogyasztási cikkek gyártói igényeinek. Ezek az akkumulátorok lehetővé teszik az energiatárolás hatékonyságának maximalizálását a hagyományosan vagy az energiagyűjtéssel működő kis rendszerekben.
Miniatűr SLB cellák egy közönséges toll méretéhez viszonyítva
| Miniatűr SLB tölthető elemek | ||
A NICHICON SLB ÚJRATÖLTHETŐ AKKUMULÁTOROK TECHNOLÓGIAI ELŐNYEI
Mielőtt az SLB újratölthető akkumulátorok lehetőségeire összpontosítanánk, nézzük meg azok jellemzőit. A szabványos megoldásokhoz, például az átlagos 18650-es cellához képest a Nichicon termékei gyakorlatilag minden területen kiemelkedőek. Ezeket úgy tervezték, hogy ne csak a méretek, hanem az elektromos teljesítmény és a fizikai állóképesség tekintetében is megfeleljenek a magas követelményeknek.
Hosszú élettartam és biztonság
Az SLB cellák 25 000 töltési/kisütési ciklusélettartamot biztosítanak. Ennek köszönhetően olyan áramkörökben használhatók, amelyekbe rendszertelenül, időszakosan vagy akár szórványosan jut külső energia. Ilyenek lehetnek például a fotovoltaikus paneleket vagy miniatűr szélturbinákat használó eszközök, vagy olyan fogyasztói termékek, amelyeket csak akkor kell tölteni, amikor az a felhasználó számára kényelmes. Az akkumulátor napközbeni ismételt újratöltése (pl. felhőzet vagy változó szél miatt) nem befolyásolja jelentősen az SLB cellák energiatároló képességét.
Töltési és kisütési áram
A Nichicon akkumulátorok jelenlegi képességei igazán figyelemre méltóak. Töltési/kisütési áramuk eléri a 20C besorolást, azaz az akkumulátor kapacitásának 20-szorosát óránként. Ez jelen esetben azt jelenti, hogy a betáplált és fogyasztott áram akár 150 mA * 20 = 3 A is lehet. Ilyen töltési paraméterekkel a cella teljes feltöltése már 3 perc elteltével elérhető. Ezzel szemben az akkumulátor rövid időn belül nagy áramot tud leadni, pl. lámpa/riasztó bekapcsolásával, üzenet küldésével nagy hatótávolságú rádiómodulon stb. A hosszú élettartammal kombinálva ez utat nyit olyan eszközök felépítéséhez, amelyek: (a) csak időszakonként töltődnek (karbantartáskor, mérőérték leolvasáskor) a felhalmozott energiát napi szinten takarékosan felhasználva; (b) vagy fokozatosan töltődnek, pl. kis méretű napelemmel, de bizonyos feltételek mellett nemcsak elektronikus áramkörök, hanem elektromechanikus alkatrészek, például szervók, mágnesszelepek stb. is lehetnek.
Ellenállás környezeti tényezőkkel szemben
Amint azt már említettük, sok olyan alkalmazás van, amelyben SLB sorozatú cellákat használnak és fognak használni zord környezeti feltételek mellett. Ide tartoznak a mezőgazdaságban használt távérzékelők, valamint hordható fogyasztói eszközök, azaz a testen viselhető elektronikai cikkek, például orvosi karszalagok, helycímkék vagy okosórák. Ezért a Nichicon újratölthető lítiumion-akkumulátorainak különösen fontos jellemzője a hőtűrés. Ezek a termékek probléma nélkül működnek –30 °C és 60 °C közötti hőmérsékleten. Ezen túlmenően még az adott paraméterek túllépése esetén is nagyon kicsi a meghibásodás, spontán gyulladás vagy robbanás valószínűsége. Ez különösen fontos jellemző lesz a fogyasztói készülékek gyártói számára.
Energiagyűjtés – ideje beteljesíteni Tesla álmát
Az egyik legnépszerűbb történet az elektronika kezdeteiről Nikola Tesla projektje: egy nagy méretű hálózat, amelynek célja az elektromos áram vezeték nélküli elosztása. Bár a projekt soha nem jutott ki a demóprototípusok fázisából, amit ma koncepciótervnek neveznénk, a modern technológia bizonyos mértékig legitimálja a szerb feltaláló koncepcióját. Itt, az energiaigényes IoT áramkörök korszakában a „légből” táplált eszközök megépítése már nem tűnik álomszerűnek.
Az energiagyűjtés kifejezés alatt csoportosított technológiák egy sor módszert tartalmaznak kis mennyiségű energia kinyerésére a környezetből. Ide tartoznak a „klasszikus” megoldások, mint például a fotovoltaikus cellák és szélturbinák, de a kevésbé hagyományos technikák is. A légköri jelenségek okozta mozgáson túlmenően az energia származhat bármilyen gáz- és folyadékáramlásból, például vízvezetékekben, szennyvízcsövekben, valamint utak közelében vagy klímacsatornákban. Piezoelektromos anyagokat is használnak az energia aggregálására, ahol változó nyomás hatására feszültség keletkezik (például járdákon vagy utakon). Az IoT technológia fejlődésével megfigyelhető a Peltier-effektuson alapuló termoelektromos források növekvő használata, lehetővé téve a hőmérséklet-különbségek (pl. a légkör és a hőforrás, a melegvíz-ellátás vagy akár az emberi test közötti) használatát kis elektromos áramok generálására. Ezek nem túl sok, de elegendő teljesítményt adnak pl. BLE modulokhoz. Végül pedig itt kell megemlíteni a Tesla ötletéhez legközelebb álló módszert, ami az RF energiagyűjtés, amely mindenütt jelenlévő rádiójeleket (Wi-Fi, TV és még műholdjeleket) használ energiaforrásként.
A Nichicon SLB újratölthető akkumulátorai olyan teljesítményparamétereket biztosítanak, amelyek tökéletesen megfelelnek az energiagyűjtés technológiáját használó eszközök igényeinek. Mivel nagyon nagy, de nagyon alacsony áramerősséggel is tölthetők, a fent említett megoldásokat használó áramkörökben is megvalósíthatók. Ez teljesen új típusú elektronikai eszközök – önellátó megoldások – felépítését jelenti. További következményként óriási megtakarítást jelent az energiaellátó infrastruktúra kiépítésének és karbantartásának korlátozott igénye miatt, valamint skálázható és összetett hálózatok kiépítésének lehetőségét kínálja mind az iparban (pl. kereskedelem, raktározás, hajózás) mind a közterületeken (forgalomirányítási rendszerek, tömegközlekedés, meteorológiai, szeizmikus szenzorhálózatok stb.). A Nichicon SLB celláival működtetett jelzőállomások vagy környezeti érzékelők (gyakran elérhető energiaforrások töltésével) egy újabb lépést jelentenek a komputerizált, biztonságos és környezetbarát jövő felé.
TME Hungary Kft.
1146 Budapest, Hungária körút 162.
Tel.: +36 1 220 67 56
E-mail:
https://www.tme.eu/hu/news/about-product/page/45795/nichicon-slb-ujratoltheto-akkumulatorok-hasznalata-iot-alkalmazasokban/
