Elektronische Geräte, die für Anwendungen ausgelegt sind, die einen Kurzzeitbetrieb und lange Standby-Zeiten erfordern, erfordern nach dem Aktivierungsbefehl häufig eine große Leistungsverstärkung. Dazu gehören Notrufsysteme, RFID-Transponder, GPS-Ortungsgeräte, elektronische Lesegeräte für Smart-Metering-Systeme oder die seit Kurzem vorgeschriebenen E-CALL-Systeme in Pkw. Es wird eine Batterie mit niedrigem Leckstrom und stabiler Spannung benötigt, die in kurzer Zeit eine große Sofortladung an das System liefern kann. Diese Anforderungen werden oft durch die Integration verschiedener Superkondensatoren erfüllt, die eine zehn- oder sogar hundertmal höhere Energiedichte als normale Elektrolytkondensatoren aufweisen, zudem kürzere Lade- und Entladezeiten aufweisen und viel mehr Zyklen vertragen als beispielsweise Akkus. Der Betrieb von Superkondensatoren basiert normalerweise auf dem elektrostatischen Prinzip; Es gibt jedoch einige spezielle Geräte, wie die patentierten SPCs von EVE Energy, die das chemische Funktionsprinzip haben. Sie arbeiten normalerweise nicht allein, sondern integriert in eines der Energiespeichersysteme von EVE, bei denen es sich um einen speziellen Satz Batterien handelt. Dieses Dokument stellt die Vorteile eines solchen Systems vor.
SPC-Gerät
Die von EVE hergestellten Impuls-Superkondensatoren sind verzögerungsfreie Hochstrom-Entladegeräte, die in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C betrieben werden können. Die einzigartige chemische Struktur von Lithium basiert auf EVEs eigenen Patenten. Die hermetisch dichte und geschlossene Abdeckung mit Sicherheitsventilen verleiht dem Design eine hervorragende Sicherheit, selbst in Anwendungen, in denen herkömmliche Superkondensatoren nicht verwendet werden können. Eine davon ist die Gasmessung, bei der ATEX-zugelassene SPCs eine ideale Lösung für die Stromversorgung des intelligenten Zählerlesers sind, da die Sicherheitsventile ihn explosionssicher machen. Die Batteriespannung beträgt 3,6 V und die Passivierung, unter der andere Familien von Lithiumbatterien leiden, tritt nicht auf. Die spontane Entladung bleibt unter 2 %, was es ermöglicht, lange im Standby-Modus zu bleiben und schnell zu aktivieren, um eine große sofortige Ladung an den Stromkreis zu liefern. Wenn ein Smart Meter eine in sich geschlossene Lithium-Thionylchlorid-Batterie (ER) enthält, kann die durch den Passivierungseffekt verursachte Spannungsverzögerung die Leistung beeinträchtigen. Passivierung ist ein Phänomen in primären Lithiumbatterien, das mit der Wechselwirkung der Lithiummetallanode und dem Elektrolyten zusammenhängt. Die Bildung eines dünnen Films auf der Anodenoberfläche, wenn der Elektrolyt während der Produktion in die Zelle eingespritzt wird, wird als Passivierung bezeichnet. Dieser Film ist wichtig, da er die Anode vor der Reaktion schützt, während die Ladung die Zelle nicht beeinflusst, was eine lange Lagerfähigkeit ermöglicht. Unter Last, wenn sich die Batterie zu entladen beginnt, beginnt der durch die Zelle fließende Strom, diesen Film wieder aufzubauen. Unter normalen Bedingungen beeinträchtigt oder beeinträchtigt der dünne Passivierungsfilm die Batterieleistung nicht. Eine übermäßige Verdickung des Films durch längere Lagerung kann die Entladungsleistung beeinträchtigen. Die Lagerbedingungen sind an der Entwicklung des Passivierungsfilms beteiligt; Nichtbelastungsperioden von Monaten oder Jahren und Umgebungslagertemperaturen über 23-25oC führen zu einer Verdickung des Passivierungsfilms. Eine passivierte Zelle kann eine Spannungsverzögerung aufweisen, wenn eine plötzliche Ladung angelegt wird; unter diesen Umständen ist die Reaktion auf Spannung verzögert. In diesen Fällen funktioniert ein intelligenter Verbrauchszähler, der für längere Zeit im Standby-Modus bleibt, nicht richtig; die Leseelektronik startet möglicherweise nicht und die Datenübertragung kann fehlschlagen. Eine mögliche Lösung für diese Fälle ist die Verwendung eines SPC-Geräts zusätzlich zur ER-Batterie.
Kombilösung: EVE ES Energiespeichersysteme
Der SPC von EVE ist ein eigenständiges Gerät, obwohl er im Feld oft mit ER-Stacks verwendet wird, die für die Bereitstellung ausreichender Kapazität verantwortlich sind. Durch Parallelschalten der beiden Zellen hält die primäre Lithiumbatterie die SPC voll aufgeladen. Die ES-Batteriepacks von EVE bestehen aus einer SPC- und einer Lithionylchlorid (Li-SOCl2)-Batterie, wie in den Diagrammen gezeigt: Natürlich gibt es verschiedene Kombinationen, indem die Anzahl der ER-Zellen hinter der SPC variiert oder sogar mehrere SPC-Geräte gleichzeitig verwendet werden: Lithium-Thionylchlorid-Zellen haben eine metallische Lithium-Kohlenstoff-Anode (das leichteste Metall) und eine flüssige Kathode, die aus einem porösen Stromkollektor besteht, der mit Thionylchlorid (Li-SOCl2) gefüllt ist. Sie erzeugen eine Nennspannung von 3,6 V, ihre Leerlaufspannung beträgt 3,66 V und beim Laden gehören sie mit einer Ruhespannung zwischen 3,4 und 3,6 V zu den spannungsstärksten Primärbatterien auf dem Markt. Lithium-Thionylchlorid-Batterien sind die Primärbatterien, die derzeit die höchste Energiedichte (1280 Wh/dm3) und Spannung, die längste Lagerdauer (10–20 Jahre) und die niedrigste Selbstentladungsrate von 1 % bei 20 °C aufweisen. Die Batterie kann in einem großen Temperaturbereich arbeiten, normalerweise -60 °C bis +85 °C. Diese Batterien sind ideal für Langzeitanwendungen, wie z. B. Stromversorgung für elektrische Geräte und Zähler für Strom, Wasser, Wärme und Gas, und insbesondere als Backup-Stromquelle für Speicher-ICs. Größere Typen von Impulsstromspulen sowie Spulenzellen mit größerer Kapazität sind im Programm. Der Spulentyp ist sicherer, obwohl er normalerweise eine Spannungsverzögerung aufweist und seine Impulskapazität möglicherweise nicht ausreicht, um einen großen sofortigen Ladestrom an das Gerät zu liefern (Passivierung). Durch die Vereinigung der ER-Technologien SPC und Spulentyp sind wir in der Lage, ihre Vorteile zu kombinieren. Die primäre Lithiumbatterie speichert ausreichend Kapazität und hält den SPC jederzeit voll aufgeladen, während das SPC-Gerät eine schnelle Impulsladung an das System liefern kann. Andere Hersteller kombinieren ER-Batterien mit Superkondensatoren; Beim Vergleich der beiden Technologien bieten SPC-Systeme auf Basis der Lithiumchemie folgende Vorteile:
• Höhere Spannung pro Batterie (3,6 V vs. 2,7 V max.)
• Viel niedrigere Impedanz (
• Höhere Kapazität (>270 F vs. 100 F max.)
• Wesentlich höhere Energiedichte
• Um eine Größenordnung niedrigerer Leckstrom, der praktisch temperaturunabhängig ist, wodurch die Batterielebensdauer ER (<1uA) gespart wird
• Viel größerer Betriebstemperaturbereich
• Wesentlich längere Nutzungsdauer (ca. 15 Jahre)
• Wesentlich sicherer Akkupack (UL1642 UN 38.3) Die Diagramme zeigen, dass das schnelle Ladungspumpen des SPC die durch die Passivierung der Li/SOCl2-Zelle verursachte Spannungsverzögerung abdeckt und die Spannung des Akkupacks nie unter die Betriebsspannung des Geräts sinkt . Die Messung erfolgte bei einem Dauerladestrom von 10 mA mit einer Baugruppe bestehend aus einer ER14250 Batterie und einem SPC1520 Energiespeichersystem. Die andere Messung zeigt, dass der Leckstrom des EVE ES-Systems bei -30 ºC unter 2 µA bleibt, bei +25 ºC unter 1 µA, während er bei +85 ºC immer noch unter 5 µA liegt; Daher wird es unabhängig von der Umgebungstemperatur als stabil angesehen. Die Lebenserwartung kann 10 oder 15 Jahre betragen, die Baugruppe kann 1 A Impulsstrom liefern und dank ihrer sicheren Konstruktion kann sie in sensiblen Umgebungen (ATEX) eingesetzt werden. Das kombinierte Produkt ist eine geeignete Lösung für Anforderungen sowohl mit hoher Energiedichte (große Kapazität) als auch mit hoher Leistungsdichte (hoher Momentanstrom).
