Őrtechnológia a gyakorlatban ENERGIAFORRÁSOK II. Akkumulátorok, elemek, peltier elemek Szimler András BME HVT, Őrkutató Csoport, 708.labor
Li alapú akkumulátorok Li-ion Mechanikailag erısebb Szivárgásveszély Li-polimer Könnyő Vákuumot nem bírja Nincs szivárgásveszély Tőz és robbanásveszélyes LiFePO 4 (lítium-vas-foszfát) Biztonságos, nem érzékeny Gyorsan tölthetı, nagy áramokkal terhelhetı (elektromos jármővek) Kisebb feszültség (U nom =3,3V) és kisebb energiasőrőség 2012.05.03. Akkumulátorok 2
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 2012.05.03. Akkumulátorok 3
A Li-ion akkumulátorok élettartamát befolyásoló tényezık 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) 2012.05.03. Akkumulátorok 4
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) 2012.05.03. Akkumulátorok 5
Európai kismőholdak Li-ion akkumulátorai Egyetlen európai gyártó: SAFT Franciaország ITAR mentes LEO pályás kismőholdak számára prizmatikus MPS cella s-p topológiára ajánlott Fıbb adatok Névleges feszültség: 3,75V Kapacitás: 2,6Ah @ 4,2-2,5V 20Cº 0,5A Élettartam (0,8C) 500ciklus @ 100% DOD esetén Maximális pulzus áram 4C Mechanikai méretek: 54,5x43,9x14,9mm Tömeg: 68g 2012.05.03. Akkumulátorok 6
A Rosetta Lander akkumulátora Li-ion 7s2p 140Wh Hıszigetelı MLI fólia (Multi Layer Insulator) Termisztor Impregnált aramid méhsejt struktúra Poliimid szigeteléső főtıfólia 2012.05.03. Akkumulátorok 7
DC tápegység Akkumulátor szimulátorok 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 2012.05.03. Akkumulátorok 8
Elıterhelt tápegységes akkumulátor szimulátor és méretezése I táp I kisütı I töltı Állítható DC tápegység U táp C p R e I elıterhelés R b + U bat - R e elıterhelı ellenállás R b az akkumulátor belsı ellenállása C p puffer kondenzátor U táp = U batmin --- U batmax I táp = I elıterelés + I kisütı kisütés alatt I táp = I elıterhelés - I töltı töltés alatt P R emax = U batmax 2 / R e 2012.05.03. Akkumulátorok 9
Sönt stabilizátoros akkumulátor szimulátor I töltı R 1 R b - T 1 U sönt U bat R 2 U ref + R b az akkumulátor belsı ellenállása U ref referencia feszültség R 1, R 2 visszacsatolás, feszültség osztó T 1 sönt tranzisztor U sönt = U ref x (R 1 + R 2 ) / R 2 U bat = U sönt + R b x I töltı P T1 = I töltı x U sönt 2012.05.03. Akkumulátorok 10
Megépített akkumulátor szimulátorok Elıterhelt tápegységes szimulátor Sönt stabilizátoros szimulátor Elıterhelés Belsı ellenállás Osztó Sönt tranzisztor Puffer kondenzátor Szabályozó áramkör 2012.05.03. Akkumulátorok 11
Napjaink korszerő Li elemei LiMnO 2 Nem mérgezı Olcsó LiSO 2 Nagyobb áramterhelhetıség Kicsi önkisülés LiSOCl 2 (lítium-tionil-klorid) Nagy energiasőrőség Nagyobb cella feszültség 3,6V Mérsékelt áramterhelhetıség Hosszú állás után formázni kell 2012.05.03. Akkumulátorok 12
Peltier elemek Peltier effektus: Áramot folyatva az eszközön az egyik oldala melegedni fog miközben a másik oldal hőlni. Az áram polaritásának megfordításával a termikus viszonyok is felcserélıdnek Felhasználási 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) 2012.05.03. Akkumulátorok 13
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? 2012.05.03. Akkumulátorok 14
Köszönöm a figyelmüket! 2012.05.03. Akkumulátorok 15