Technologische Vorteile von SLB-Akkus

Nichicon-Miniaturzellen der Serie SLB im Größenvergleich eines Schreibstifts.

Das Herzstück all dieser IoT-Technologien sind energiesparende drahtlose Kommunikationssysteme, basierend auf Bluetooth BLE- oder LoRa-Modulen, angetrieben von miniaturisierten und effizienten Energiequellen. Nicht zu vergessen: Derzeit findet auf dem Gebiet der mobilen Stromversorgungsverfahren eine technologische Revolution statt. Bis vor Kurzem waren nicht die Fähigkeiten integrierter Schaltkreise das Haupthindernis für den Fortschritt, sondern die Techniken, sie mit genügend Energie zu versorgen. Unter den modernsten Speichermethoden stechen Miniaturlösungen hervor, die in Fernsensoren oder persönlichen Geräten wie auch in Verschleißteilen verwendet werden.

Smarte Technik revolutioniert den Markt

Es gibt Hunderte von Produkten für solche Anwendungen, aber nur wenige von ihnen sind den Parametern gewachsen, die von Lithium-Ionen-Batterien von Nichicon geboten und unter der Serie SLB gruppiert werden. Sie basieren auf der Technologie SCiB™ von Toshiba, die hauptsächlich für die Herstellung von Hochstrom-Energiespeichern verwendet wird. In miniaturisierter Form, geliefert von Nichicon, behalten sie ihre einzigartigen elektrischen Parameter, sind aber in einem Gehäuse von der Größe eines kleinen Elektrolytkondensators eingeschlossen.

Der japanische Lieferant, der auf den Bau von Komponenten für Stromversorgungs- und Verstärkungssysteme spezialisiert ist, hat die SLB-Serie in sein Angebot für Hersteller von tragbaren Geräten, Industriesensoren sowie Konsumgütern aufgenommen. Mit diesen Batterien können Produzenten effizient die Energiespeicherung in kleinen Systemen maximieren, die traditionell oder mit energy harvesting-Methoden betrieben werden.

Vorteile der SLB-Akkus

Die Batterien der SLB-Serie wurden entwickelt, um hohe Anforderungen nicht nur in Bezug auf die Abmessungen, sondern auch in Bezug auf die elektrischen Parameter und die physische Festigkeit zu erfüllen. Demnach bieten SLB-Zellen eine Lebensdauer von 25.000 Lade-/Entladezyklen und können damit in Schaltungen eingesetzt werden, denen unregelmäßig, periodisch oder sogar sporadisch Fremdenergie zugeführt wird. Dies können beispielsweise Geräte sein, die Photovoltaikmodule oder Miniaturwindturbinen verwenden, aber auch Verbraucherprodukte, die nur dann an das Ladegerät gesteckt werden, wenn ein Benutzer den Akku laden will. Dabei spielt ein mehrmaliges Aufladen des Akkus am Tag (z. B. wegen kurzzeitiger Bewölkung oder wechselndem Wind) keine Rolle – die SLB-Zellen speichern die aufgenommene Energie zu jeder Zeit, was Standardlösungen vergleichsweise nicht schaffen.

Die Intensität des Lade- und Entladestroms

Der Lade-/Entladestrom von Nichicon-Akkus erreicht einen Koeffizienten von 20 C, also das 20-Fache der Akkukapazität dividiert durch eine Stunde. Dies bedeutet, dass für das Modell SLB12400L1511CV (150 mAh) der zugeführte und verbrauchte Strom bis zu 150 mA * 20 = 3 A betragen kann. Beim Laden mit solchen Parametern erfolgt die vollständige Sättigung der Zelle mit Energie nach drei Minuten. Und umgekehrt: Der Akku kann in kurzer Zeit hohen Strom liefern, z. B. um die Beleuchtung oder einen Alarm auszulösen oder eine Nachricht über ein Funkmodul mit großer Reichweite zu senden. In Kombination mit einer langen Lebensdauer ermöglicht diese Eigenschaft den Bau von Geräten, die zum einen nur periodisch geladen werden, täglich sparsam mit der angesammelten Energie umgehen und zum anderen oder auch schrittweise geladen, etwa mit einer kleinen Solarzelle, die aber unter bestimmten Bedingungen in der Lage ist, nicht nur elektronische Schaltungen, sondern auch elektromechanische Elemente wie Servo-Mechanismen, Magnetventile etc. anzusteuern.

Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse

Zudem sind viele Anwendungen, in denen SLB-Zellen eingesetzt werden, schwierigen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Eine besonders wichtige Eigenschaft der Lithium-Ionen-Batterien von Nichicon ist daher ihre thermische Toleranz. Diese Produkte können bei Temperaturen von -30 °C bis 60 °C problemlos arbeiten. Dazu zeichnen sie sich auch bei Überschreitung dieser Parameter durch eine sehr geringe Ausfall-, Selbstentzündungs- oder Explosionsauslösung aus.

Energy harvesting

Eine der prominentesten Berichte über die Ursprünge der Elektronik ist wohl das Projekt von Nikola Tesla: ein groß angelegtes Netzwerk, das Strom drahtlos verteilen würde. Und obwohl das Projekt nie das Stadium eines Demonstrationsprototypen verlassen hat, legitimiert die moderne Technologie das Konzept des serbischen Erfinders in gewissem Maße. Im Zeitalter energiesparender IoT-Schaltungen scheint das Design von Geräten, die sozusagen aus der Luft betrieben werden, kein Wunschtraum mehr zu sein.

Die unter dem Begriff „energy harvesting“ zusammengefassten Technologien umfassen eine Reihe von Verfahren, um kleine Energiemengen aus der Umwelt zu gewinnen. Dazu gehören klassische Lösungen wie Solarzellen und Windkraftanlagen, aber auch weniger konventionelle Techniken. Die Energiequelle kann neben der durch atmosphärische Phänomene verursachten Bewegung praktisch jede Strömung von Gasen und Flüssigkeiten sein, die beispielsweise in Wasserleitungen, Abwasserleitungen sowie in der Nähe von Straßen oder in Klimaanlagenrohren auftreten. Zur Energieaggregation werden auch Piezoelektrika verwendet, dank derer die Spannung durch variablen Druck (z. B. auf Gehwegen oder Fahrbahnen) erzeugt wird.

Thermoelektrische Quellen

Mit der Entwicklung der IoT-Technologie werden immer häufiger thermoelektrische Quellen, basierend auf dem Peltier-Effekt, eingesetzt, die es ermöglichen, die Temperaturdifferenz (z. B. zwischen der Atmosphäre und einer thermischen Quelle, Warmwasserversorgung oder sogar dem menschlichen Körper) zu nutzen, um kleine elektrische Ströme zu erzeugen. Klein, aber ausreichend um z. B. Bluetooth-Module vom Typ BLE mit Strom zu versorgen. Und schließlich sei hier noch die Methode genannt, die Teslas Idee am nächsten kommt: Energiegewinnung aus Radiowellen. RF harvesting nutzt allgegenwärtige Funksignale (WLAN, TV und sogar Satellitensignale) als Stromquelle.

Die Akkus SLB von Nichicon bieten Parameter, die ideal auf die Bedürfnisse von Geräten mit energy-harvesting-Technologie abgestimmt sind. Da sie nicht nur mit sehr hohen, sondern auch mit sehr niedrigen Strömen geladen werden können (bei Modell SLB03070LR351BS sind es 3,5 μA), können sie in Schaltungen mit den oben genannten Lösungen implementiert werden. Das bedeutet, dass eine völlig neue Art autarker elektronischer Geräte gebaut werden kann. Und in weiterer Konsequenz erlaubt dies enorme Einsparungen beim Aufbau von Stromversorgungsinfrastrukturen und deren Wartungen, skalierbarer komplexer Netzwerke in der Industrie als auch im öffentlichen Raum.

Beacony oder Umgebungssensoren, die mit SLB-Zellen betrieben werden, stellen somit eine weitere Technologie dar, die eine vernetzte und umweltfreundliche Zukunft unterstützt und gleichzeitig der aktuellen Energieknappheit Rechung trägt.