prtechnika a gyakorlatban akkumul torokcsurgai/urtechgyak/szimler_akkumulatorok.pdf · 2012.05.03....

Őrtechnológia a gyakorlatban

Szimler AndrásBME HVT, Őrkutató Csoport, 708.labor

ENERGIAFORRÁSOK II.Akkumulátorok, elemek,

peltier elemek

2012.05.03. Akkumulátorok 2

Li alapú akkumulátorok• Li-ion

– Mechanikailag erısebb– Szivárgásveszély

• Li-polimer– Könnyő– Vákuumot nem bírja– Nincs szivárgásveszély– Tőz és robbanásveszélyes

• LiFePO4 (lítium-vas-foszfát)

– Biztonságos, nem érzékeny– Gyorsan tölthetı, nagy áramokkal

terhelhetı (elektromos jármővek)– Kisebb feszültség (Unom=3,3V) és

kisebb energiasőrőség


A Li-ion akkumulátorok töltési és kisütési jelleggörbéi

A SAFT MP144350 2,6Ah kapacitású cella adatai

C az akkumulátor kapacitása

Töltés állandó áram/állandó feszültség (CC/CV) eljárással


A Li-ion akkumulátorok élettartamát befolyásoló tényez ık

• Hımérséklet– Normál mőködési tartomány 0…50C°– Magasabb hımérsékleten nagyobb önkisülés és maradandó kapacitás vesztés

(tárolás!)– Alacsony hımérsékleten nem tölthetı és kisebb a kivehetı kapacitás

• Feszültség– Legnagyobb töltési feszültség 4,2V +/- 30…50mV (túltöltés) (őr és implant 4,1V)– 3,9V felett egyre jelentısebb maradandó kapacitásvesztés (tárolás!)– Legkisebb lesütési feszültség 2,5V…3V (mélykisülés)– A töltési és kisütési végértékek aránya (DOD)

• Áram– Legnagyobb töltı áram C– A legnagyobb kisütı áram C…2C– A töltés végén illetve nagyon lesült cella töltı áramának nagysága 0,1C

• Ciklusok száma– A ciklusok számával csökken a kapacitás (0,8C n x 500 ciklus)


A Li-ion akkumulátorok védelmi áramkörei

Az akkumulátorokkal egybeépített védelemi áramkörök fıleg csak durva hibák ellen védenek, második, esetenként harmadik védelmi szintet jelentenek.

• Túltöltés

• Mélykisülés

• Túláram• Túl magas hımérséklet

• Soros cellák esetén cellánkénti túlfeszültség (elsıdleges pontos védelem)


Európai kism őholdak Li-ionakkumulátorai

Fıbb adatokNévleges feszültség: 3,75VKapacitás: 2,6Ah @ 4,2-2,5V 20Cº 0,5AÉlettartam (0,8C) 500ciklus @ 100% DOD esetén

Maximális pulzus áram 4CMechanikai méretek: 54,5x43,9x14,9mmTömeg: 68g

Egyetlen európai gyártó: SAFT Franciaország

• ITAR mentes

• LEO pályás kismőholdak számára prizmatikus MPS cella

• s-p topológiára ajánlott


A Rosetta Lander akkumulátora

Li-ion 7s2p 140Wh

Hıszigetelı MLI fólia(Multi Layer Insulator)

Impregnált aramidméhsejt struktúra

Poliimid szigeteléső

főtıfólia

Termisztor


Akkumulátor szimulátorok

• DC tápegység– Magában csak kisütés üzemmódra alkalmas

• Elıterhelt DC tápegység– Töltés és kisütés üzemmódra egyaránt alkalmas– A töltıáramtól függetlenül mindig ugyanannyit

disszipál

• Sönt stabilizátor– Csak töltés üzemmódra alkalmas

– A töltıárammal arányosan disszipál


Elıterhelt tápegységesakkumulátor szimulátor és méretezése

Állítható DC tápegység

Rb

Re

Itáp Ikisütı Itöltı

IelıterhelésCp

Re elıterhelı ellenállás Rb az akkumulátor belsı ellenállásaCp puffer kondenzátor

Utáp = Ubatmin --- Ubatmax

Itáp = Ielıterelés + Ikisütı kisütés alattItáp = Ielıterhelés - Itöltı töltés alattPRemax = Ubatmax

2 / Re

UtápUbat

+

-


Sönt stabilizátorosakkumulátor szimulátor

Ubat

Rb

-

+

Itöltı

Usönt

Uref

R1

R2

Rb az akkumulátor belsı ellenállása Uref referencia feszültség R1, R2 visszacsatolás, feszültség osztóT1 sönt tranzisztor

Usönt= Uref x (R1 + R2) / R2

Ubat = Usönt + Rb x Itöltı

PT1 = Itöltı x Usönt

T1


Megépített akkumulátor szimulátorok

Sönt tranzisztor

Szabályozó áramkör

Osztó

Elıterhelt tápegységes szimulátor Sönt stabilizátoros szimulátor

Elıterhelés

Belsı ellenállás

Puffer kondenzátor


Napjaink korszer ő Li elemei• LiMnO2

– Nem mérgezı– Olcsó

• LiSO2– Nagyobb áramterhelhetıség– Kicsi önkisülés

• LiSOCl2 (lítium-tionil-klorid)– Nagy energiasőrőség– Nagyobb cella feszültség 3,6V– Mérsékelt áramterhelhetıség– Hosszú állás után formázni kell


Peltier elemek

Peltier effektus:

Áramot folyatva az eszközön az egyik oldala melegedni fogmiközben a másik oldal hőlni.

Az áram polaritásának megfordításával a termikus viszonyok is

felcserélıdnekFelhasználási területek:

• Elektronikus hőtés

• Termikus stabilizálás

Seebeck effektus:A két oldal ∆T hımérsékletkülönbsége esetén

a kapcsokon feszültség különbség jön létre.

Felhasználási terület:• Termoelektromos energia generálás (RTG, légköri szonda, hulladékhı hasznosítás)


Ellenırzı kérdések

• Milyen Li alapú akkumulátorokat ismer, melyek ezek fıbb tulajdonságai?• Hogyan néz ki egy Li-ion akkumulátor cella U/C kisütési karakterisztikája a

kisütı áram nagyságának függvényében?• Hogyan néz ki egy Li-ion akkumulátor cella U/C kisütési karakterisztikája a

hımérséklet függvényében? • Hogyan változik idıben egy Li-ion akkumulátor cella árama és feszültsége

a CC/CV töltési eljárás során?• Milyen tényezık befolyásolják egy Li-ion akkumulátor élettartamát? • Milyen funkciói vannak a Li-ion akkumulátorok védelmi áramköreinek?• Milyen felépítéső akkumulátort blokkot célszerő kialakítani alacsony pályás

kismőholdak számára? • Milyen megoldásokkal védték a Rosetta Lander akkumulátorát a túlzott

lehőlés ellen?• Hogyan néz ki egy elıterhelt akkumulátor szimulátor elvi felépítése?• Milyen Li alapú elemeket ismer, melyek ezek fıbb tulajdonságai? • Milyen felhasználási lehetıségei vannak a peltier elemeknek?


Köszönöm a figyelmüket!

prtechnika a gyakorlatban akkumul torokcsurgai/urtechgyak/szimler_akkumulatorok.pdf · 2012.05.03....

Documents