Nichicon SLB újratölthető akkumulátorok használata IoT-alkalmazásokban
A modern elektronika legnagyobb kihívásai az energia hatékony megszerzése és tárolása. Az ilyen piaci igényekre válaszul a Nichicon vállalat, a kondenzátorok terén vezető japán cég, kifejlesztette az SLB sorozatú kis akkumulátorokat: lítium-ion cellákat lítium-titán elektródával. Ezek innovatív, miniatürizált cellák, amelyek kivételes hatékonysággal és tartóssággal rendelkeznek.
Ebben a cikkben az alábbi témákat tárgyaljuk:
- Hogyan emelkednek ki az SLB kis akkumulátorok a versenytársak megoldásai közül?
- Töltési tényező és C egység
- A Nichicon cellák kibővített működési paraméterei
- Az energy harvesting technológia elmélete és gyakorlata
- Hirdetés -
Az Internet of Things, vagyis az IoT technológiák évek óta kísérnek minket. Bár sok felhasználó talán nem is tudja, mennyi kényelmet köszönhet a kis, energiatakarékos eszközöknek, amelyek bonyolult méréseket és számításokat végeznek a mindennapi környezetünkben. Lehetővé teszik a pontos adatok gyűjtését a közlekedési forgalomról, az időjárásról, a városok levegőminőségéről, az egészségi állapotunkról – javítják a futárküldemények szállítását, a raktári rendelések gyűjtését, a közúti, vasúti, sőt légi közlekedést – sőt, biztonságot nyújtanak otthonunkban és munkahelyünkön. És mindez még azelőtt, hogy áttérnénk az okos eszközök kényelmére: mozgásérzékelők, háztartási automatizálás stb. Az összes ilyen technológia alapját az energiatakarékos vezeték nélküli kommunikációs rendszerek képezik, amelyek Bluetooth BLE vagy LoRa modulokra épülnek, és miniatürizált, de hatékony energiaforrásokkal működnek.
Jelenleg a mobil energiaellátási módszerek terén zajlik technológiai forradalom. Még nem is olyan régen, a fejlődés fő akadálya nem a félvezető áramkörök képességei voltak – hanem az energia elegendő mennyiségben történő biztosításának technikái. A legmodernebb tárolási módszerek közül kiemelkednek a miniatűr megoldások, amelyek távoli érzékelőkben vagy személyes, viselhető eszközökben alkalmazhatók. A világpiacon több száz termék érhető el ilyen alkalmazásokhoz, azonban kevés közülük ér fel a Nichicon által kínált lítium-ion akkumulátorok paramétereivel (negatív elektródával, amely lítium-titán technológiával készült) Nichicon, az SLB sorozat keretében csoportosítva. Ezek a Toshiba márka által kifejlesztett SCiB™ technológián alapulnak, amelyet főként nagyáramú energiatárolók gyártására használnak. A Nichicon által szállított miniatürizált formában megőrzik kiváló elektromos paramétereiket, de kis méretű, elektrolit kondenzátor méretű házakba zárva.
A japán szállító, amely az energiaellátó és erősítő áramkörök komponenseinek építésére specializálódott, az SLB sorozatot kínálatában vezette be a hordozható eszközök, ipari érzékelők, valamint fogyasztási cikkek gyártói számára. Ezek az akkumulátorok lehetővé teszik az energia tárolásának hatékonyságának maximalizálását kis méretű, hagyományosan vagy az úgynevezett energy harvesting módszerekkel táplált rendszerekben.
Az SLB sorozatú miniatűr akkumulátorok technológiai előnyei
Mielőtt az SLB sorozatú akkumulátorok által kínált lehetőségekre összpontosítanánk, nézzük meg azok jellemzőit. A standard megoldásokhoz képest, amelyek például az átlagos 18650 formátumú cellák, a Nichicon termékek szinte minden területen kiemelkednek. Úgy tervezték őket, hogy kielégítsék nemcsak a méret, hanem az elektromos paraméterek és a fizikai tartósság magas követelményeit is.
Az elérhető modellek paraméterei
Jelenleg a TME kínálatában 5 Nichicon kompakt akkumulátor modell található. Az alábbi táblázatban felsoroltuk azok alapvető jellemzőit:
Hosszú élettartam és biztonság
Az SLB cellák 25 ezer töltési/kisütési ciklus élettartamot kínálnak. Ennek köszönhetően olyan áramkörökben használhatók, ahol a külső energiaellátás szabálytalanul, időszakosan vagy akár ritkán történik. Például lehetnek olyan eszközök, amelyek napelemeket vagy miniatűr szélturbinákat használnak, vagy fogyasztói termékek, amelyeket csak akkor helyeznek töltőbe, amikor az a felhasználó számára kényelmes. Az akkumulátor napi többszöri feltöltése (például felhős időjárás vagy változó szél miatt) jelentősen nem befolyásolja az SLB cellák energiatárolási képességeit.
Töltési és kisütési áram erőssége
Figyelemre méltóak a miniatűr lítium-titán akkumulátorok áramlehetőségei. Töltési/kisütési áramuk eléri a 20C tényezőt, azaz az akkumulátor kapacitásának 20-szorosát osztva 1 órával. Ez azt jelenti, hogy a szállított és felvett áram erőssége akár 150mA * 20 = 3A is lehet. Ilyen paraméterekkel történő töltés esetén a cella teljes telítettsége mindössze 3 perc alatt bekövetkezik. És fordítva: az akkumulátor rövid idő alatt nagy áramot képes biztosítani, például világítás/riasztás bekapcsolására, nagy hatótávolságú rádiómodul segítségével történő üzenetküldésre stb. A hosszú élettartammal kombinálva ez a jellemző lehetővé teszi olyan eszközök tervezését, amelyek: (a) csak időszakosan töltődnek (karbantartás során, mérőérték leolvasásakor), a mindennapokban takarékosan használva a felhalmozott energiát; (b) vagy fokozatosan töltődnek, például egy kis napelem segítségével, de meghatározott körülmények között képesek nemcsak elektronikus áramkörök, hanem elektromechanikus elemek, például szervomechanizmusok, elektromos szelepek stb. működtetésére.
Ellenállás a környezeti feltételekkel szemben
Ahogy már említettük, sok alkalmazás, amelyben az SLB sorozatú cellákat használják és használni fogják, nehéz környezeti feltételekkel jár. Ez vonatkozik mind a mezőgazdaságban használt távoli érzékelőkre, mind a fogyasztói eszközökre wearable, vagyis a testen viselt elektronikára, mint például orvosi karkötők, helymeghatározó címkék vagy okosórák. Ezért különösen fontos jellemzője a Nichicon akkumulátoroknak a hőmérsékleti toleranciájuk. Ezek a termékek akadálytalanul -30°C és 60°C közötti hőmérsékleten működhetnek. Ráadásul, még ezen paraméterek túllépése esetén is a termékek nagyon alacsony meghibásodási, öngyulladási vagy robbanási valószínűséggel rendelkeznek. Ez különösen fontos jellemző lesz a fogyasztói eszközök gyártói számára.
Energy harvesting, eljött az idő, hogy beteljesítsük Tesla álmát
Az elektronika kezdetéről szóló egyik legnépszerűbb történet Nikola Tesla projektje: egy nagyszabású hálózat, amelynek célja az elektromos energia vezeték nélküli elosztása lenne. És bár a projekt soha nem lépett túl a bemutató prototípusok fázisán, amelyeket ma proof of concept néven említenénk, a modern technológia bizonyos mértékig igazolja a szerb feltaláló koncepcióját. Íme, az energiatakarékos IoT (Internet of Things) áramkörök korában az „a levegőből” táplált eszközök építése már nem tűnik ábrándnak.
Az energy harvesting kifejezés alatt csoportosított technológiák számos módszert foglalnak magukban, amelyekkel kis mennyiségű energiát nyerhetünk a környezetből. Ide tartoznak a „klasszikus” megoldások, mint például a fotovoltaikus cellák és szélturbinák, de kevésbé konvencionális technikák is. Az időjárási jelenségek által okozott mozgáson kívül az energiaforrás lehet gyakorlatilag bármilyen gáz- és folyadékáramlás, amely például vízvezetékekben, csatornákban, valamint utak közelében vagy légkondicionáló csövekben fordul elő. Az energia aggregálására piezoelektrikumokat is használnak, amelyek segítségével a feszültség változó nyomás hatására keletkezik (például járdákon vagy úttesteken). Az IoT technológia fejlődésével egyre gyakrabban alkalmaznak termoelektromos forrásokat is, amelyek a Peltier-jelenségen alapulnak, lehetővé téve a hőmérsékletkülönbség kihasználását (például a légkör és egy termikus forrás, meleg vízvezeték, sőt az emberi test között) kis elektromos áramok előállítására. Kis áramok, de elegendőek például a BLE típusú Bluetooth modulok táplálására. Végül meg kell említeni a Tesla elképzeléséhez legközelebb álló módszert: az energia rádióhullámokból történő kinyerését. Az RF harvesting az áram forrásaként a mindenütt jelenlévő rádiójelekre (WiFi, televízió, sőt műholdas jelek) támaszkodik.
A Nichicon SLB akkumulátorok paraméterei tökéletesen illeszkednek az energy harvesting technológiát használó eszközök igényeihez. Mivel nemcsak nagyon magas, hanem nagyon alacsony áramokkal is tölthetők, implementálhatók a fent említett megoldásokat használó áramkörökben. Ez egy teljesen új típusú elektronikus eszköz építését jelenti – önellátókat. Ez pedig óriási megtakarításokat jelent az energiaellátási infrastruktúra építésének és karbantartásának korlátozott igényei miatt, valamint lehetőséget a skálázható és összetett hálózatok építésére mind az iparban (többek között kereskedelem, raktározás, szállítmányozás), mind a közterületen (közlekedési rendszerek, tömegközlekedés, meteorológiai, szeizmikus érzékelőhálózatok stb.). Az SLB cellákkal táplált beaconok vagy környezeti érzékelők a Nichicon-tól (a széles körben elérhető energiaforrások felhasználásával töltve) egy újabb lépést jelentenek az informatizált, biztonságos és környezetbarát jövő felé.
TME
- Hirdetés -