Lithium-Eisenphosphat-Akku im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akku für Embedded-Systeme

Haben Sie schon von dieser (relativ) neuen Dating-App namens Tinder gehört? Ich bin immer noch Single und bereit, mich unter die Leute zu mischen, also habe ich beschlossen, diese App auszuprobieren. Die Prämisse der App ist, dass einem Bilder von zufällig gewählten Leuten mit einer Biografie gezeigt werden, die man dann nach rechts swiped, wenn man sie mag, und nach links, wenn man sie nicht mag. Wenn Sie das Bild von jemandem nach rechts swipen und er/sie das bei Ihrem Bild auch tut, hat man ein "Match" und die beiden Turteltäubchen können miteinander chatten. Wie sich herausstellte, hätte ich etwas mehr Zeit damit verbringen sollen, die Biografien zu lesen, anstatt mir nur die Bilder anzusehen. Das Chatten mit meinen Matches erstickte jeglichen Funken, den die Bilder entzündet hatten. Bei Embedded-Systemen fühlt man sich manchmal genauso, besonders wenn diese Akkuprobleme haben. Man verbringt viel Zeit damit, eine großartige Leiterplatte zu entwerfen, nur um dann hilflos zuzusehen, wie der Akku zu schnell leer ist oder bei Temperaturproblemen ausfällt. Wenn Sie wirklich Pech haben, kann Ihr Akku sogar einen Funken in Ihrem Gerät verursachen. Ich kann Ihnen vielleicht nicht die perfekte Frau vorstellen, aber ich kann Ihnen helfen, den richtigen Akku für Ihre Leiterplatte zu finden. Zwei der beliebtesten Optionen für eingebettete Systeme sind Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) und Lithium-Eisenphosphat-Akkus (Li-Phosphat oder LiFePO4). Diese beiden Arten von Akkus haben sehr unterschiedliche Lade- und Entladeeigenschaften. In manchen Fällen könnte man beide Optionen verwenden, aber normalerweise ist eine besser geeignet als die andere. Lesen Sie weiter, um zu sehen, welche Art von Akku für Ihre Anwendung am besten geeignet ist.

Li-Ion

Liebe hat im Deutschen eine Vielzahl von Bedeutungen. Ich sage, dass ich mein iPhone liebe, aber ich sage auch, dass ich meine Freundin liebe. Hoffentlich unterscheiden sich diese Lieben in einigen wichtigen Punkten. In gleicher Weise könnten die Menschen, wenn sie "Li-Ion" sagen, über mehrere verschiedene Arten von Li-Ion-Akkus sprechen. Hier besprechen wir die gebräuchlichste Art, Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2)-Akkus. Diese Art von Li-Ionen-Akku verwendet Graphit für die Anode. Werfen wir nun einen Blick auf die Technischen Daten des Li-Ion-Akkus.

• Spannungen: 3,6 V nominal, im Bereich von 3,0 V - 4,2 V.

• Spezifische Energie: 150-200 Wh/kg

• Laderate: 0,7 C - 1 C, Laden über 1 C beschädigt den Akku

• Entladerate: 1 C. Möglicherweise sind Sie mit der “C”-Rate nicht vertraut. Sie besagt, dass ein Akku, der für 2400 mAh ausgelegt ist, sich mit einem maximalen Strom von 2,4 A entladen kann, ohne beschädigt zu werden.

• Lebenszyklus: 500 - 1000 Zyklen. Der Lebenszyklus hängt stark von der Betriebstemperatur und der Entladetiefe (depth of discharge; DoD) ab.

• Thermisches Durchgehen: 150 °C, bei dieser Temperatur kommt es zur Explosion des Li-Ionen-Akkus.

• Ladetemperaturbereich: 0 - 40 °C

• Entladetemperaturbereich: -25 - 60 °C

^{Mal sehen, ob Sie ein Match mit Li-Ion oder mit Li-Phosphat haben. Redaktionelle Anerkennung: Happy Zoe / Shutterstock.com}

Li-Phosphat

Vielleicht haben Sie sich bereits entschieden, bei Li-Ion nach rechts zu swipen, aber geben wir Li-Phosphat auch noch eine Chance. Seine Anode besteht ebenfalls aus Kohlenstoff, aber das ist eine der wenigen Eigenschaften, die er mit Li-Ion teilt.

• Spannungen: 3,2 oder 3,3 V nominal, im Bereich von 2,5 - 3,65 V.

• Spezifische Energie: 90-120 Wh/kg

• Laderate: 1 C

• Entladerate: 1 - 25 C, eventuell mit 40-A-Pulsen.

• Lebenszyklus: 1000-10.000 Zyklen, stark temperaturabhängig.

• Thermisches Durchgehen: 270 °C

• Ladetemperaturbereich: 0 - 45 °C

• Entladetemperaturbereich: -20 - 60 °C

Vergleich

Sobald Sie mit dem Swipen der Bilder auf Tinder fertig sind, haben Sie die Möglichkeit, Ihren Matches Nachrichten zu senden. Dann können Sie ein wenig mehr über sie herausfinden und sie möglicherweise sogar vergleichen. Obwohl ich beim Dating keinen objektiven Vergleich empfehle, denke ich, dass dies bei Akkus eine gute Idee ist. Lassen Sie uns nun einen Blick darauf werfen, wie Li-Ionen- and Li-Phosphat-Akkus im Vergleich bezüglich Sicherheit, Entladung und Aufladekapazität abschneiden.

Wie Sie bereits gesehen haben, verfügen Li-Ionen-Akkus über eine sehr hohe Energiedichte. Dies macht sie attraktiv für stromhungrige tragbare Geräte wie Mobiltelefone und Computer. Manchmal können extrem attraktive Menschen allerdings etwas instabil sein, und das gilt anscheinend auch für Akkus. Der hohe Energiegehalt von Li-Ion macht den Akku anfällig für Explosionen. Mehrere Ausfallmodi machen es schwierig, alle potentiellen Probleme von Li-Ionen-Akkus abzudecken. Einer der Fehlermodi beruht auf schnellem Entladen und Wiederaufladen, was zu einem thermischen Durchgehen führt. Bei der Handheld-Elektronik hängt das Zyklusverhalten davon ab, wie oft der Benutzer den Akku seines Geräts entleert und wieder auflädt. Somit liegt das Schicksal des Akkus also in den Händen des Endverbrauchers, der keine Kenntnisse über dessen Ausfallmodi hat. Zugegeben ist diese Art von Ausfall nicht wahrscheinlich, aber Vorsicht ist besser als Nachsicht. Li-Phosphat ist etwas ruhiger als Li-Ion. Dieser Akku verfügt über eine geringere Energiedichte und eine stabilere Chemie. Diese Eigenschaften bedeuten, dass er nicht in Flammen aufgehen wird, selbst wenn es zu einem Ausfall kommt. Unterm Strich sind Li-Phosphat-Akkus viel sicherer als Li-Ionen-Akkus.

Es ist auch wichtig, sich die Entladeeigenschaften dieser Akkus anzusehen. Die Spannungsentladeverhalten von Li-Ion ist gut, aber nicht großartig. Eine gute Spannungsentladekurve ist flach, d. h. die Spannung sinkt nicht mit abnehmender Ladekapazität des Akkus. Li-Phosphat hingegen hat eine ausgezeichnete Spannungsentladekurve bei den richtigen Temperaturen. Auch bei Elektromotorenanwendungen kommt der Entladestrom ins Spiel. Die niedrige Entladestromrate von Li-Ion von 1 C verblasst im Vergleich zu der von Li-Phosphat, die bis zu 25 C betragen kann. Und wieder ist Li-Phosphat der Sieger.

Einige Leute chatten gerne mit mehreren ihrer Matches auf einmal. Dazu fehlt mir einfach die mentale oder emotionale Kapazität. In der Liebe und bei Akkus ist es stets wichtig, die Zellkapazität zu berücksichtigen. Trotz der Vorteile von Li-Phosphat in Bezug auf Sicherheit und Entladung kann Li-Ion einfach mehr Energie speichern. Wenn Sie tragbare Elektronik entwickeln, kommt es oft auf die Größe an. Li-Ionen-Akkus können im Vergleich zu Li-Phosphat bis zu doppelt so viel Energie pro kg speichern. Das macht einen großen Unterschied, wenn man versucht, strenge Platzvorgaben einzuhalten. In diesem Punkt ist Li-Ion also endlich ein Match.

^{Katastrophaler Ausfall eines Li-Ionen-Akkus.}

Anwendungen

Auf Tinder muss man eine Menge Informationen verarbeiten, also bitte ich manchmal meine Freunde, mir beim Swipen zu helfen. Ich habe einen kleinen Ratschlag, um Ihnen zu helfen, den besten Akku für Ihre Anwendung zu wählen.

Wenn Sie eine gesetztere Art von Person sind, die nach Sicherheit und Zuverlässigkeit sucht, würde ich mich für Li-Phosphat entscheiden. Diese Art von Akku ist am besten für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge (EV) oder medizinische Instrumente geeignet, bei denen ein katastrophales Versagen nicht vertretbar ist. EV-Motoren profitieren auch von der hohen Entladerate der Li-Phosphat-Batterien.

Vielleicht sind Sie etwas risikofreudiger und wollen so viel Spaß wie möglich am Leben haben. Wenn sich das auf Ihre Geräte übertragen soll, benötigen sie einen Li-Ionen-Akku. Geräte wie Mobiltelefone, Computer und Kameras benötigen so viel Saft wie möglich. Sie haben in der Regel auch eine Lebensdauer von etwa 2 Jahren, ein zeitlicher Rahmen also, den der Li-Ion-Akku erreichen oder überschreiten kann.

Jetzt, da Sie mehr über Akkus wissen, als Sie jemals wissen wollten, ist es Zeit für das Design. Auch wenn ich Ihnen gerne Designratschläge in Blogs gebe, kann ich Ihnen leider nicht bei Ihrer Arbeit über die Schulter schauen. Aber glücklicherweise gibt es Programme wie Altium Designer^®, die dies können. Altium Designer^® verfügt über eine große Auswahl an fortschrittlichen Tools, die Ihnen helfen können, die perfekte Leiterplatte zu entwerfen.

Haben Sie noch Fragen zu Akkus? Sprechen Sie mit einem Altium-Experten.

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