Veel gebruikers ervaren onzekerheid bij het gebruik van batterijen omdat deze niet kunnen communiceren over hun laadstatus (SoC) en gezondheidstoestand (SoH). Dit leidt tot frustratie omdat gebruikers geen inzicht hebben in de resterende energie. Slimme batterijen lossen dit op door microchips die communiceren met zowel de oplader als de gebruiker. Ze worden steeds vaker toegepast in apparaten zoals laptops, videocamera’s en biomedische apparatuur.
Slimme batterijen variëren in complexiteit en kosten. De eenvoudigste bevatten chips die het laadalgoritme instellen, maar volgens het Smart Battery System (SBS) forum zijn deze niet echt ‘slim’. Een echt slimme batterij moet SoC-indicaties kunnen geven. Dit concept werd in 1990 door Benchmarq geïntroduceerd met brandstofmeters. Vandaag de dag produceren verschillende fabrikanten chips voor enkeldraadssystemen en System Management Bus (SMBus)-systemen.
In deze blog bekijken we zowel het enkeldraadssysteem als de SMBus.
Het enkeldraadssysteem gebruikt drie draden: gedeelde positieve en negatieve terminals, en één dataterminal voor klokinformatie. Voor veiligheidsdoeleinden gebruiken de meeste fabrikanten van oplaadbare batterijen een aparte draad voor temperatuurmetingen. Dit systeem monitort batterijparameters zoals temperatuur, spanning, stroom en SoC, en is populair vanwege de lage kosten, vooral in portofoons, camcorders en draagbare computers.
Een nadeel van het enkeldraadssysteem is dat de meeste geen uniforme vormfactor hebben en niet geschikt zijn voor gestandaardiseerde metingen van de laadtoestand. Dit kan leiden tot onnauwkeurige metingen, vooral bij afwijkende batterijen. De enkeldraadsoplossing van Benchmarq bijvoorbeeld kan de stroom niet direct meten; deze moet worden afgeleid uit de verandering in capaciteit over tijd. Bovendien kan de gezondheidstoestand (SoH) alleen worden gemeten wanneer de host is gekoppeld aan een specifiek batterijpakket, wat problemen oplevert als de batterij afwijkt van het origineel.
De SMBus vertegenwoordigt een uitgebreide standaardisatie-inspanning, met een tweedraads interfacesysteem voor gegevens en klok. Dit systeem wijst de controle over het opladen toe aan de batterij zelf, wat essentieel is omdat batterijpakketten vaak hetzelfde formaat hebben maar verschillende chemische samenstellingen. De batterij ontvangt de juiste oplaadniveaus en beëindigt correct het opladen.
SMBus-batterijen bevatten zowel permanente gegevens (zoals ID-nummer en batterijtype) als tijdelijke gegevens (zoals aantal cycli en gebruikerspatronen). De SMBus is verdeeld in niveaus 1, 2 en 3, waarbij niveau 3 de meest volledige functionaliteit biedt voor externe laders.
Hoewel slimme batterijen aanzienlijke voordelen bieden, kennen ze ook verschillende nadelen die zorgvuldig moeten worden overwogen.
Slimme batterijen zijn aanzienlijk duurder dan hun conventionele tegenhangers. Een SMBus-accu is bijvoorbeeld ongeveer 25% duurder dan een ‘domme’ batterij. De hogere kosten zijn te wijten aan de geavanceerde technologie en de extra componenten die nodig zijn voor de communicatie en beheerfuncties.
Hoewel slimme batterijen oorspronkelijk bedoeld waren om laders eenvoudiger te maken, zijn volledig uitgeruste laders van niveau 3 voor SMBus-batterijen behoorlijk duur. Deze laders moeten complexe protocollen ondersteunen om correct met de batterijen te communiceren en veilige en efficiënte oplaadcycli te waarborgen.
Een groter probleem is de noodzaak van periodieke kalibratie of herkalibratie van de capaciteit. Kalibratie is nodig om fouten te corrigeren die optreden tussen de batterij en het digitale sensorcircuit tijdens het laden en ontladen. Idealiter omvat dit een volledige lading gevolgd door een volledige ontlading bij een constante stroom, wat een foutmarge van minder dan 1% per cyclus zou geven. In de praktijk wordt een batterij echter vaak slechts gedeeltelijk ontladen, wat leidt tot onnauwkeurige metingen door de brandstofmeter. Langdurige opslag draagt ook bij aan deze fouten omdat het circuit zelfontlading niet nauwkeurig kan compenseren.
De frequentie van kalibratie hangt af van het gebruik van de batterij. Het wordt aanbevolen om elke drie maanden of na elke 40 korte cycli te kalibreren. Veel batterijen worden periodiek volledig ontladen als onderdeel van regulier gebruik. Als een apparaat regelmatig een diepe ontlading toestaat, is extra kalibratie meestal niet nodig. Als dit echter niet gebeurt, is opzettelijke volledige ontlading noodzakelijk, wat kan worden uitgevoerd met een lader met ontladingsfunctie of een batterijanalyzer.
Een ander probleem met de SMBus-batterij is het gebrek aan uniformiteit. Het SMBus-protocol biedt ruimte voor variaties, wat problemen kan veroorzaken met bestaande laders. Het is noodzakelijk om de compatibiliteit van de SMBus-batterij en de lader te testen en goed te keuren, ondanks dat de SMBus-batterij bedoeld is als een universele oplossing. Dit gebrek aan standaardisatie verhoogt het risico op incompatibiliteit, vooral naarmate zowel de SMBus-lader als de batterij meer functies bieden.
Hoewel de SMBus een standaard is, biedt het protocol ruimte voor variaties. Dit kan leiden tot compatibiliteitsproblemen met bestaande laders, vooral wanneer zowel de SMBus-lader als de batterij nieuwe functies bieden. Het is cruciaal om de compatibiliteit tussen de SMBus-batterij en de lader te testen en goed te keuren, ondanks de intentie van de SMBus om een universele oplossing te bieden.
Elfa biedt hoogwaardige batterijen en verlichtingsoplossingen, specifiek afgestemd op uw bedrijfsbehoeften. Met meer dan 100 jaar ervaring leveren wij maatwerkoplossingen en standaardproducten die zorgen voor optimale prestaties en betrouwbaarheid. Onze experts staan klaar om u te adviseren en te ondersteunen bij het kiezen van de juiste technologie, zodat uw systemen efficiënt en duurzaam werken.
Neem vandaag nog contact met ons op en ontdek hoe Elfa uw bedrijf kan versterken.
Net als mensen, presenteren batterijen het beste bij kamertemperatuur. Wist je dat het licht verwarmen van een lege batterij van een smartphone of zaklamp door hem bijvoorbeeld in de broekzak van je spijkerbroek kan bijdragen aan een langere levensduur? Dit komt doordat een betere elektrochemische reactie plaatsvindt bij aangenamere temperaturen, rond de 27 °C.
Hoewel hoge temperaturen kortstondig de prestaties kunnen verbeteren, kan langdurige blootstelling aan hitte de levensduur van de batterij aanzienlijk verkorten.
In koudere omstandigheden, zoals elke automobilist in een koud land kan bevestigen, start een warme accu de motor van een auto beter dan een koude. Dit komt omdat kou de interne weerstand verhoogt en de capaciteit vermindert. Een batterij die bij 27 °C 100% capaciteit biedt, presteert bij -18 °C op slechtst 50% van zijn capaciteit.
Echter is niet elke batterij of accu hetzelfde. De kortstondige capaciteitsafname is namelijk afhankelijk van de chemische samenstelling van de batterij.
De droge vaste polymeerbatterij, die optimale prestaties levert bij temperaturen tussen 60-100°C (140-212°F), illustreert de complexiteit van temperatuurmanagement. Deze batterijen worden gebruikt in warme klimaten waar hitte als een prestatieverbeteraar werkt, ondersteund door ingebouwde verwarmingselementen. Ondanks hun potentieel, beperken hoge kosten en veiligheidsrisico’s hun toepassing.
In multicelpacks, zoals die in elektrisch gereedschap en elektrische voertuigen, kan koude leiden tot celomkering wanneer zwakkere cellen overbelast raken en permanent beschadigen. Dit onderstreept het belang van geschikte technologiekeuze en regelmatige controle van batterijcellen om duurzame prestaties te garanderen.
Deze sectie benadrukt hoe geavanceerde batterijtechnologieën en zorgvuldig celbeheer cruciaal zijn voor het behoud van batterijefficiëntie en -duurzaamheid onder uiteenlopende temperatuurcondities.
Het is belangrijk te vermelden dat batterijen het langst meegaan, wanneer ze worden gebruikt bij óf net onder kamertemperatuur (20 °C). Wanneer een batterij wordt gebruikt bij 30 °C in plaats van de zojuist benoemde kamertemperatuur, wordt de levensduur met maar liefst 20 procent verkort. Ga je de batterij op- of ontladen bij 45 °C, dan is de levensduur slechtst de helft van wat kan worden verwacht bij het gebruik op kamertemperatuur.
Efficiënt temperatuurmanagement is cruciaal voor het behoud van batterijprestaties en levensduur. De onderstaande tips kunnen helpen uw batterijen onder alle omstandigheden optimaal te laten functioneren.
Opslag: Bewaar batterijen bij voorkeur op een droge, koele plaats bij een (enigszins) constante temperatuur. Zoals eerder beschreven kunnen extreme temperatuurschommelingen de prestaties en levensduur negatief beïnvloeden.
Gebruik: Vermijd het blootstellen van apparaten met batterijen aan direct zonlicht of bijvoorbeeld in een auto op een hete dag óf juist koude dag. Indien mogelijk houd je de apparaten binnen of geïsoleerd.
Opladen: Laad batterijen op bij kamertemperatuur. Opladen bij extreem hoge of lage temperaturen, kan de batterij beschadigen; hierdoor wordt hij vaak minder efficiënt.
Het begrijpen van de invloed van temperatuur op de prestaties en levensduur van batterijen is belangrijk voor het optimaliseren van energieopslag. Factoren zoals de werkingstemperatuur, cyclusduur en laad- en ontlaadtijden spelen een significante rol in hoe efficiënt en duurzaam batterijen opereren. Bij Elfa hebben we diepgaande kennis van deze complexe factoren en bieden we gerichte oplossingen om de efficiëntie van jouw batterijgebruik te maximaliseren.
Als jouw partner in verlichtings- en energieoplossingen levert Elfa niet alleen hoge kwaliteit accu’s en batterijen, maar ook de noodzakelijke expertise en ondersteuning om jouw projecten succesvol te maken. Of het nu gaat om toepassingen in elektrische voertuigen, zonne-energiesystemen, of industriële settings, wij staan klaar om je te assisteren.
Neem vandaag nog contact met ons op om te ontdekken hoe Elfa jou kan helpen voor jouw specifieke toepassingen.
Het verhaal van lithiumbatterijen begint bijna een eeuw geleden, met G.N. Lewis die de weg wees in 1912. Maar het was pas in de jaren zeventig dat we de eerste commerciële niet-oplaadbare lithiumbatterijen konden verwelkomen. Die vroege batterijen brachten echter hun eigen problemen met zich mee, vooral rond stabiliteit en hoe ze werden gebruikt.
Toen de jaren tachtig aanbraken, waren er pogingen om oplaadbare lithiumbatterijen te ontwikkelen, maar die kwamen niet van de grond door problemen met het gebruikte metallisch lithium. Het was pas in 1991, toen Sony de allereerste commerciële Li-ion batterij introduceerde, dat lithiumbatterijen echt van de grond kwamen.
Een belangrijke vooruitgang was de bijdrage van John B. Goodenough, mede-uitvinder van de lithium-kobalt-oxide batterij. Zijn innovatie opende de deur naar de superieure specifieke energie van Li-ion. Ondanks dat zijn werk aanvankelijk niet werd erkend, kreeg Goodenough later de lof die hij verdiende als een sleutelfiguur in de ontwikkeling van lithiumbatterijen.
Lithium-ion batterijen zijn eigenlijk best slim in hun eenvoud. Ze bestaan uit drie belangrijke delen: een positieve elektrode, de kathode genoemd, een negatieve elektrode, de anode, en een soort geleidend materiaal genaamd elektrolyt.
In deze batterijen is de anode het deel dat negatief geladen is, terwijl de kathode juist positief geladen is. De kathode bestaat uit een soort metaaloxide, terwijl de anode gemaakt is van een speciale, poreuze koolstof.
Wanneer je een lithium-ion batterij gebruikt en hij ontladen wordt, bewegen kleine deeltjes die lithiumionen heten vanuit de anode door het elektrolyt naar de kathode toe. Tegelijkertijd komen er elektronen vrij die zorgen voor de elektrische stroom die we gebruiken. Als je de batterij vervolgens weer oplaadt, draait dit proces om: de lithiumionen bewegen zich vanuit de kathode terug naar de anode, waarbij elektronen worden opgenomen.
Dit constante ballet van deeltjes die door het elektrolyt en de separator reizen, zorgt ervoor dat lithium-ion batterijen de energie kunnen opslaan en afgeven die we nodig hebben voor alledaagse apparaten, zoals onze telefoons, laptops en elektrische auto’s.
Lithium-ion batterijen zijn verkrijgbaar in diverse varianten, elk met unieke eigenschappen en toepassingen. Hoewel ze allemaal lithium-ionen gebruiken als elektrolyt, variëren ze in samenstelling en prestatiekenmerken.
Een van de vroege varianten van lithium-ion batterijen gebruikte koolstofcoke als anodemateriaal, maar sinds de jaren ’90 zijn de meeste fabrikanten overgestapt op grafiet vanwege de stabielere ontlaadcurve. Grafiet, een veelvoorkomende vorm van koolstof, biedt een goede balans tussen prestaties en stabiliteit en wordt daarom veel gebruikt in consumentenelektronica.
Daarnaast zijn er innovatieve ontwikkelingen geweest, zoals het gebruik van silicium-gebaseerde legeringen en nanogestructureerd lithiumtitanaat als anode-additieven. Silicium kan theoretisch meer energie opslaan dan grafiet, maar het kan leiden tot problemen zoals anode-uitzetting tijdens het laden. Aan de andere kant biedt lithiumtitanaat uitstekende levensduur, belastbaarheid en veiligheid, hoewel de specifieke energie iets lager ligt.
Fabrikanten experimenteren ook met verschillende kathodematerialen, zoals lithium-kobalt-oxide, lithium-ijzerfosfaat en lithium-mangaan-oxide. Elk van deze materialen heeft zijn eigen voordelen en nadelen op het gebied van energiedichtheid, levensduur en veiligheid.
Naast verschillen in materialen zijn er ook verschillende celconfiguraties, zoals Energy Cells, Power Cells en Hybrid Cells. Energy Cells zijn geoptimaliseerd voor een hoge capaciteit en langere looptijden, terwijl Power Cells zich richten op hoge vermogensafgifte. Hybrid Cells bieden een compromis tussen deze twee, met een evenwicht tussen capaciteit en vermogen.
Het kiezen van de juiste lithium-ion batterij hangt af van de specifieke eisen van de toepassing. Of het nu gaat om draagbare elektronica, elektrische voertuigen of energieopslagsystemen, de diversiteit aan beschikbare lithium-ion batterijen biedt een scala aan opties om aan verschillende behoeften te voldoen.
Lithium-ion batterijen bieden verschillende voordelen, waaronder hoge specifieke energie en belastbaarheid, lange levensduur en onderhoudsgemak. Ze hebben echter ook beperkingen, zoals de noodzaak van een beveiligingscircuit om thermische runaway te voorkomen en beperkingen bij hoge temperaturen en tijdens transport. Het begrijpen van deze voor- en nadelen is essentieel voor het effectief gebruiken en onderhouden van lithium-ion batterijen.
Voordelen:
Beperkingen:
Het begrijpen van de complexe wereld van lithium-ion batterijen is essentieel voor het optimaliseren van hun prestaties en levensduur. Door inzicht te krijgen in factoren zoals cyclusduur, laad- en ontlaadtijden en omgevingsinvloeden, kun je de efficiëntie van jouw energieopslag maximaliseren. Bij Elfa begrijpen we dat het kiezen en onderhouden van de juiste batterijen cruciaal is voor het succes van jouw projecten.
Als jouw partner in energieoplossingen biedt Elfa niet alleen hoogwaardige lithium-ion batterijen, maar ook expertise en ondersteuning om jouw projecten tot een succes te maken. Of het nu gaat om het leveren van batterijen voor elektrische voertuigen, zonne-energiesystemen of industriële toepassingen, wij staan klaar om jou te helpen bij elke stap van het proces.
Neem vandaag nog contact met ons op en ontdek hoe Elfa jou kan ondersteunen bij het implementeren en onderhouden van lithium-ion batterijen voor jouw specifieke behoeften.
Elfa Amsterdam
Madridstraat 5-7
1175 RK Amsterdam (Lijnden)
+31 (0)20 643 69 72
[email protected]
Elfa Erp
Molentiend 10
5469 EK Erp, (Noord-Brabant)
+31 (0)413 212 222
[email protected]
