Lithium - der Trend

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo
Jetzt noch was zur neuesten Entwicklung auf dem Lithium-Sektor. Ich war auf der Batteries2006 in Paris, leider eine sehr kleine Veranstaltung und 1800¤ für die Vorträge kann ich mir auch nicht leisten. Aber immerhin konnte ich einen Trend feststellen: massiv parallelgeschaltete Lithium-Einzelzellen (Ja Bernd Schlüter, Du hast richtig gelesen!!!) Valence bietet seine U-Charge-Systeme mit solcher Technologie an, es werden bis zu 99 Zellen vom Format 18650 parallelgeschaltet. http://www.valence.com/pdffiles/U-Charge%20XP%20DS%20Jan06.pdf
4 Zellblöcke davon in Serie ergeben einen 12,8V-Block mit 130Ah. Das BMS ist im Block enthalten. Aber auch andere Firmen wollen diesen Weg gehen oder experimentieren bereits damit, wie amberjac(Plug-in Prius) http://w10.eleven2.com/~plugin/ , BMZ http://www.batteryshop.de/ und andere http://www.a123systems.com/html/technology.html . Möglich wird diese Parallelschaltung durch das Überdruckventil mit Unterbrechungsfunktion in jeder einzelnen Zelle, eine Technik, die in praktisch allen 18650-Lithium-Zellen verwendet wird, sowie die geänderte Chemie, nämlich nicht mehr Lithium-Kobalt oder Lithium-Mangan sondern Lithium-Metall-Phosphat. Dieses besitzt zwar einen niedrigeren Energiegehalt als die übrigen Lithium-Systeme, besticht aber durch höhere Stabilität, was Temperatur, Sicherheit und Lebensdauer angeht. Der Vorteil der massiven Parallelschaltung liegt in der Ausfallsicherheit. Geht eine einzelne Zelle hops, fehlt nur 1% eines Blocks, was beim Cityel mit 12 Zellblöcken unter 1 Promille bedeutet. Jeder Zellenblock kann durch das BMS wie eine einzelne Zelle behandelt werden. Die Teilung in so viele Einzelzellen bedeutet eine hohe Kühlfläche, die bei den U-charge allerdings noch nicht genutzt wird.
Auch A123 mit seiner M1-Zelle (26650) wird wohl diesen Weg gehen und hat eine ähnliche Kathode wie Valence, mit sehr geringem Innenwiderstand, entwickelt.
Die Zyklenfestigkeit soll bei 1000-2000 Zyklen liegen, zum Vergleich: Lithium Polymer 300, Lithium Kobalt 500, Lithium Mangan 500-1000. Der Vorteil liegt weiterhin darin, daß aus jedem Ladestand nachgeladen werden kann, wobei nicht vollgeladen werden muß.(Dazu braucht man ein BMS). Der Wirkungsgrad bei Lithium scheint besonders hoch.
Der Herstellungsaufwand soll bei Lithium Posphat wesentlich geringer als bei bisherigen Systemen zu sein, und auch die Rohstoffe sind günstig und im Überfluss vorhanden.
Durch die Nutzung von Standard-Rundzellen ergeben sich Preiseffekte, die Produktion von Lithium 18650 steuert die Grenze von 1 Milliarde/Jahr an.
Leider fehlen bisher Erfahrungen, gerade mit Valence. Bisher wurde nur ein Prius Plug in damit ausgerüstet, scheint aber preislich noch sehr abenteuerlich. Es müssten Testfahrzeuge mehrere Jahre fahren, um die Zyklenfestigkeit im harten Alltagseinsatz zu bestätigen und die Systeme zu perfektionieren. Leider sehen sich die Zellenhersteller gerade dazu überhaupt nicht gezwungen. Der Markt wirds schon testen.
Gruß
andreas
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Parallelschaltung ist ein alter Hut, schließlich sind selbst in einem Nicad sämtliche Platten einer Batterie vollständig parallelgeschaltet. Wichtig ist, dass einzig während der ladung keine Temperaturunterschiede auftreten, was in einer einzigen Zelle am ehesten gewährleistet ist. Die Plattenbündel einer Zelle sind nichts anderes, als die Parallelschaltung vieler Batterien.
Den stärksten negativen Temperaturkoeffizienten haben Nicads.
Gefährlich wird es dabei einzig bei der Ladung, wenn sich die Ladeströme auf die heißeste Batterie , bzw. den heißesten Batterieteil stürzen.
Dass, wie oft hier im Forum behauptet, bei Temperaturdifferenzen Ausgleichsströme fließen, dürfte wohl ein reines Gerücht sein, an dem überhaupt nichts dran ist...

Meiner Ansicht nach ist einzig beim Laden die Einzelzwischenschaltung von Dioden bzw. Widerständen erforderlich. Eine Temperatursicherung ist eigentlich als Sicherheitsmaßnahme ziemlich ideal.
Im normalen Betrieb oder beim Entladen gibt es keine gefährlichen Zustände, außer bei Kurzschlüssen.
Bitte einmal durchdenken und in den Batteriethread setzen, Roland.

 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo Bernd
Eine reversible Temperatursicherung haben die 18650 von Valence und A123 nicht, das habe ich gefragt. Auch die meisten Hochstrom-Lithium-Mangan haben so etwas nicht. Lediglich manche Original-Akkus 18650 mit Lithium-Kobalt besitzen einen "Polyswitch" oder eine "resettable Fuse", manchmal auch in der Elektrolytfolie integriert. Allerdings hat diese Sicherung auch ihren Preis, sowohl bei der Investition, als auch beim Betrieb: Hochstrom ist damit nicht machbar. Manche haben zusätzlich unter und Überladungsfets (60mOhm das Stück?) in jeder Zelle.

Bei Ni hält uns der Deltapeak (Spannungsabnahme bei Konstantladestrom bei Erreichen des Vollzustands bei gleichzeitiger Temperaturzunahme) von einer massiven Parallelschaltung ab. Dieser darf nicht erreicht bzw. überschritten werden. Wenn dabei ein Querstrom fliesst, sollte die Ladung abgebrochen werden. Sonst droht der Tod durch Überladung einzelner Zellen. Dafür kenne ich keine gute Lösung.

Schau mal bei Tyco:
http://catalog.tycoelectronics.com/TE/bin/TE.Connect?S=23178&M=FEAT&LG=1&I=13
http://www.circuitprotection.com/strap.asp
Vielleicht sollte man lieber sowas zum Schutz der Einzelzellen (welcher Chemie auch immer) verwenden. Zumal Dioden einen negativen Temperaturkoeffizienten haben und somit nicht in Frage kommen. Widerstände sollten schon irgendwie einen ausgeprägten positiven Koeffizienten haben, um einen Zweck zu haben: Den Strom gerecht verteilen.

Gruß
andreas
 

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