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Die neue technologie, der litium-polymer-akku

Eine neue Technologie, der Litium-Polymer-Akku

Immer öfters stellt man fest, dass die ursprüngliche Akkuzelle Nickel-Cadmium (NiCd) die lange Zeit in technische Geräten
verwendet wurde und die Folgezelle Nickel-Metall-Hydrid (NiMH) von der neu entwickelten Lithium-Polymer (LiPo) Zelle
verdrängt wird.
Ab dem Jahre 2010 wurde intensiv die neue Lithium-Polymer-Technologie in elektrisch-elektronischen Geräten und Anlagen verwendet. NiCd, NiMH und Li-Ion Zellen wurden in metallene Behälter (Becher) verpackt. Die neue Technologie der LiPo-Akkus wird in einem gelartigen Elektrolyt verpackt und weiters in Kunststoffverpackungen verschweißt. Verschiedenste Formen können realisiert werden, dadurch dass die Zellaufbauten der Gerätechassis angepasst werden. Die negative und die positive Elektrode lassen sich als kostengünstige Schichtfolien von < 100 Mikrometer produzieren. Durch das Beimengen von Elektrolyt zum Gel (richtige Konsistenz) erreicht man bereits die volle Ionen-Leitfähigkeit bei Raumtemperatur (niedriger Akku - Innenwiderstand). Die LiPo-Zelle besteht meist aus einer Kobalt/Nickel/Mangan-Kathode und einer Graphit/Aluminium-Anode, wobei diese beiden Elemente den Stapelkern bilden. Die Anode und die Kathode im gefalteten Stapel sind durch eine Membrane (Separator/Polymerfolie - Elektrolyt) getrennt. Die Nennspannung einer Lipo-Zelle beträgt 3,7 VDC.
1. Vergleich von Zellenspannungen NiCd, NiMH, Li-Ion und LiPo
2. Verschaltung von Lipo-Zellen
Grundsätzlich können LiPo-Zellen in verschiedenen Varianten verschaltet werden. Es handelt sich hier um
parallel-, serien-, und gemischte Verschaltungen von Zellen. Bei gemeinsamer Ladung von verschaltenden
LiPo-Zellen kommt es wegen der einzelnen abweichenden Zellenspannungen im Lade-Entlade-Zyklus zu Über-
Unterschreitungen von Grenzwerten der Zellenspannungen. Aus diesem Grund verwendet man ein Ladegerät,
bei dem die verschaltenden LiPo-Zellen einzeln überwacht werden (es werden Ladegeräte mit Balancer
verwendet oder Zellenpakete mit integrierten Balancer benötigt).

3. Laden von verschaltenen Zellen (Zellenpaket)

Herkömmliche Ladegeräte wie z.B. für Blei, NiCd, NiMH. die in Verwendung sind, können nicht für die Ladung von LiPo-Akkus
verwendet werden. (Begründung: Zellenspannung, Ladestrombegrenzung, Zellendrift .)
Zellendrift ist jene Differenzspannung, die in serieverschaltenen Zellen auftritt.
Die Balancer-Elektronik im LiPo-Ladegerät bewirkt die symmetrische Ladung der verschaltenen LiPo-Zellen. Aus diesem
Grund ist es unumgänglich, je verwendete LiPo-Zellenverschaltung, den Ladestrom der Zellengruppe anzupassen und eine
Zellenüberwachung sicherzustellen (zB. Sense-Leitungen).
Die Folge des Balancer ist der Equalizer in der Ladetechnologie von LiPo-Akkus. Der Equalizer bewirkt, dass ab dem
Ladebeginn (Anstecken des LiPo-Akkus an das Ladegerät) die Zellenspannung geprüft und über den gesamten Ladevorgang
die einzelnen Zellenspannungen bis zur Ladeschlussspannung (max. Zellenspannung) überwacht und auf gleichem
Zellenspannungsniveau gehalten wird. Nach Erreichen der Ladeschlussspannung schaltet der Ladevorgang ab bzw. geht in
einen Überwachungszustand über.
4. Entladung von Lipo-Akkupacks
Grundlegend ist beim Entladen von LiPo-Akkus darauf zu achten, dass die Entladespannung der einzelnen Zellen die min. Zellenspannung von 3,0 V nicht unterschreiten. Dies kann u.a. verhindert werden, wenn mit einem Akku-Prozessor-Management die einzelnen Zellen bei der Energieentnahme überwacht werden. Zum Schutz der einzelnen LiPo-Zellen bei Unterschreitung der min. Zellenspannung wird die Stromentnahme zum Verbraucher unterbrochen. WKO – Gewerbe 3 SA-ELECTRONIC A.Stockinger 4502 St. Marien 5. Handhabung von Lipo-Akkupacks (einige Merkmale)
 mechanische Beschädigungen am Gehäuse können zu elektr. Kurzschlüssen führen  LiPo-Akku nicht öffnen da giftige Stoffe und Substanzen enthalten sind  nur mit geeigneten Ladesystemen laden  LiPo-Akku nicht unter der min. Zellenspannung entladen  LiPo-Akkus die über einen längeren Zeitraum gelagert werden sollen, sollen zuvor auf 40 - 60% der Akku-Kapazität entladen werden. Nach einigen Monaten Lagerung Lade-Entlade-Zyklen durchführen  tiefenentladene Akkus sollten nicht mehr verwendet werden 6. Einige Vor- und Nachteile von LiPo-Zellen zu NiCd- und NiMH-Akkus
LiPo-Akkus können in fast allen Bauformen gefertigt werden. LiPo-Akkus weisen eine höhere Kapazität bei geringerem Gewicht auf. LiPo-Akkus sind Schlag und Druck empfindlicher. LiPo-Akkus benötigen ein aufwendigeres Lade-Entladesystem. 7. Im Schadensfall

Bei unsachgemäßer Behandlung können LiPo-Akkus explosionsartig aufplatzen und mit offener Flamme brennen.
Die Löschung von brennenden LiPo-Akkus kann mit Wasser oder mit herkömmlichen Schaum-Feuerlöschern erfolgen.
8. Verwendung von LiPo-Akkus

Notebook, Handy, Kamera, MP3-Player, Werkzeug, Fahrräder, RC-Modelle, Kinderspielzeug, Taschenlampe, Kfz (Elektroauto,
E-Bus, Solarfahrzeug), Boote…
9. Zukunftsblick: Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren

Die Weiterentwicklung der Lithium Phosphat –Akkus (LiPo's) ist das neue Kathodenmaterial für Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus.
Die LiFePO4 Zellen können sehr hohe Entladeströme liefern.
Die Akku-Ladezeit wird regressiv verkürzt.
Thermisch nicht so empfindlich.
Die Zellüberladung ist nicht so problematisch.
Die gegenständliche Leistungsdichte wird bereits mit 3000 W/Kg und > 5000 Lade-Entlade-Zyklen angegeben. (für
Hochstromanwendungen sehr gut geeignet, E-Fahrzeuge…)
Die Energiedichte wird ca.110 Wh/Kg betragen.
Die Zellen Nennspannung wird 3,3 VDC betragen.
Der Verwendungszweck ist grundlegend gleichzusehen wie bei den LiPo–Akkus.
Der bis dato ermittelte Auslieferungs-Status ist KJ 2012/2013.
(Ladesysteme von LiPo-Akkus nicht kompatibel)

WKO – Gewerbe 3 SA-ELECTRONIC A.Stockinger 4502 St. Marien

Source: http://www.mechatroniker-ooe.at/fileadmin/uploads/ooe/Service/Entwicklungen_fuer_Sie/Die_neue_Technologie_Lipo_neu.pdf

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