Kiss Zoltán - kelet-Európai értékesítési vezető Endrich GmbH.
SPC és ES energiatároló rendszerek - EVE battery
2015 május 8.
Összefoglalás :
Számos elektronikai eszköz létezik, mely működése során hosszú ideig készenléti állapotban van, de bekapcsolásához rövid ideig igen nagy energia impulzusra van szükség. Ilyenek lehetnek például egyes vészhívók, RFID transzponderek, néhány GPS alapú nyomkövető alkalmazás vagy az EU-ban is minden újonnan forgalomba kerülő gépjármű számára hamarosan kötelező tartozékként megjelenő E-Call rendszer. Ezen rendszerek számára egy stabil feszültségű, kis önkisülésű, de impulzus üzemben nagy áramot leadni képes tápforrásra van szükség, melyet gyakorta supec kapacitások integrálásával biztosítanak a tervezők. Ezek az eszközök a normál elektrolit kondenzátoroknál 10-100-szor nagyobb energiasűrűséggel rendelkeznek, és sokkal gyorsabban töltődnek, valamint sülnek ki, illetve sokkal több ilyen ciklust tolerálnak, mint a tölthető elemek. Az SPC gyakran nem is elektrosztatikus, hanem elektrokémiai elven működik. Ilyen az EVE Energy saját szabadalmán alapuló szerkezetű SPC eszköze is, amelyet az EVE-ES energiatároló rendszerekben való felhasználásra terveztek.
SPC eszköz
Az EVE által tervezett és gyártott szuper impulzus kondenzátorok (SPC) -40°C és +85°C hőmérséklettartományban képesek nagy töltésmennyiség impulzusszerű kisütésére. Ezek az eszközök az EVE Energy saját szabadalmai által védett egyedi szerkezettel készülnek, elektrokémiai működési elven. Hermetikusan zárt kivitelük, kis tömegük és biztonságos felépítésük miatt olyan helyeken is kiválóan használhatók, ahol hagyományos szuperkondenzátorok esetleg nem.
Ilyen terület például a gázfogyasztás mérés, ahol az ATEX minősítéssel rendelkező SPC kiváló megoldás lehet, a beépített biztonsági szelepnek köszönhetően az eszköz robbanásbiztos. A tápfeszültsége 3.6V, a spirális felépítésű Li-Ion elemeknél jelentkező passziváció itt nem jelentkezik. Az önkisülése évi 2% alatt marad, ezzel rendkívül sokáig képes bármikor a készenléti állapotból kilépve aktiválódni és nagy energiamennyiséget impulzusszerűen a táplált áramkörbe pumpálni.
Amennyiben például egy intelligens mérőórában csak egy lítium elem található, a passziváció gondot okozhat. Ez a folyamat minden primer lítium cellában jelenlévő folyamat, a fém anód és az elektrolit kölcsönhatása miatt az anódon egy vékony passzivációs réteg alakul ki, ami nagyon fontos szerepet játszik abban, hogy nyugalmi állapotban megvédje az anódot a további reakciótól és így növelje a tárolás maximális idejét. Azonban, ha a réteg nagyon megvastagszik például a helytelen tárolás, magas hőmérséklet, vagy egyéb környezeti hatás miatt, ez negatív hatással lehet a működésre, késleltetve jelenik meg a feszültség a kivezetéseken, mivel a terhelőáramnak időre van szüksége a depassziválásra. Ilyen esetben a mérőóra adatkiolvasó áramköre hibásan működhet, lefagyhat, és az adatkiolvasás meghiúsul. Ezen segíthet a passziváció-mentes SPC és a lítium elem együttes használata.
Kombinált megoldás: EVE ES energiatároló rendszerek
Az EVE SPC természetesen önálló eszköz, azonban a gyakorlatban inkább eldobható (primer) lítium cellákkal kombinálva használatosak, melyek az SPC folyamatos töltéséről gondoskodnak. Az EVE-ES kombinált eszköz egy SPC és egy lítium thionyl-klorid (Li-SOCl2) párhuzamos kapcsolásával létrehozott termék.
Természetesen más elrendezések is alkalmazhatóak, mint például az alábbi ábrán lévők:
Az EVE által változatos formákban gyártott Li/SOCl2 elemek a legkönnyebb fémadóddal és porózus szénből és thiolyl kloridból álló folyékony anóddal rendelkeznek, spirális elektródás változatban a nagyobb teljesítmény, vagy bobbin (szemcsés) elektródával a lassabb kisülés érdekében. A legszélesebb hőmérsékleti tartományban használható (-60℃..+150℃), a 3,6V feszültségével a kereskedelemben kapható primer elemek közt a legmagasabb feszültségű, legnagyobb energiasűrűségű ( 650Wh/kg), a hermetikusan zárt kivitelnek köszönhetően leghosszabb ideig tárolható (10-20 év) és legkisebb önkisüléssel rendelkező (<1% @20℃) Li/SOCl2 eszközök kiválóan alkalmasak a gáz-, víz-, hőmennyiség- és elektromos fogyasztásmérő órákhoz, vezetékmentes riasztó szenzorokhoz, memóriák készenléti táplálásához (backup), nyomkövető rendszerekhez és katonai alkalmazásokhoz.
Az SPC és a Li/SOCl2 technológia társításával ötvözhetjük a két eszköz előnyeit, az SPC passzivációtól mentes mivolta biztosítja a szükség esetén gyorsan rendelkezésre álló impulzus formában leadott energiamennyiséget, míg a lítium primer elem gondoskodik az SPC töltéséről a háttérben készenléti üzemmódban. Ezt az elrendezést összehasonlítva egy primer lítium elem és egy hagyományos szuper kondenzátor kombinációjával a következő előnyöket élvezhetjük:
- Nagyobb feszültség (3,6V vs max 2,7V)
- Sokkal kisebb impedancia (<150 mOhm vs cca 400 mOhm)
- Nagyobb kapacitás (>270F vs max 100F)
- Sokkal nagyobb energiasűrűség
- Nagyságrenddel kisebb és hőmérséklettől alig függő szivárgási áram, ami kevésbé meríti le a lítium elemet (<1uA)
- Sokkal szélesebb működési hőmérséklettartomány
- Sokkal hosszabb (kb. 15 év) élettartam
- Biztonságosabb kivitel (UL1642 UN 38.3)
Az ábrán látható, hogy az SPC gyors kisülése kiküszöböli a Li/SOCl2 elem passzivációjából származó késleltetett aktiválódást, és a telepfeszültség sosincs az üzemi feszültség szintje alatt. A mérést 10 mA folyamatos terhetőáram mellett egy ER14250 lítium elem és egy SPC1520 összekapcsolásával létrehozott EVE ES energiatárolón végezték.
További mérésekkel igazolható, hogy az EVE ES szivárgási áramának mértéke -30 °C esetén 2uA alatt, +25 °C esetén 1uA alatt és +85 °C esetén is 5uA alatt marad, tehát a hőmérséklettől függetlenül stabilan alacsony. Élettartama elérheti a 10-15 évet, maximálisan 1A impulzus áram leadására képes, megbízható konstrukciója miatt és biztonságosan alkalmazható. A kombinált eszköz sikeresen biztosítja mind a nagy energiasűrűségigény, mind a nagy teljesítménysűrűség igény kiszolgálását.
| Megosztás a Facebookon | Megosztás a LinkedIn-en |
Hivatkozások
A cikk megjelent az alábbi helyeken:
| # | Média | Link |
|---|---|---|
| 1 | Elektronet 2015/4 | Elektronet : elektronikai informatikai szakfolyóirat, 2015. (24. évf.) 4. sz. 25-26. old. |
| 2 | Elektronet online | Energiatároló rendszerek az EVE Energy-től |
| 3 | English version | SPC and ES energy storage systems – EVE Battery |
| 4 | TechStory M2M | SPC és eldobható lítiumelem együttes alkalmazása |
| 5 | South-East European Industrial Market 2017/3 | SPC and ES Energy Storage Systems |
| 6 | Revista Española de Electrónica | Sistemas de almacenamiento de energía ES y SPC (supercondensador de impulsos) de EVE Energy en las filas de Endrich |