Zastosowania z baterią litową - Odkurzacze i elektronarzędzia

1. Wprowadzenie: Rozwój baterii litowych w urządzeniach bezprzewodowych

2. Bezprzewodowa rewolucja w odkurzaczach

3. Ewolucja technologii akumulatorów

• Baterie niklowe-kadmowe (NiCd): wczesne ograniczenia
• Nikiel-wodorek metalu (NiMH): faza przejściowa
• Baterie-litowo-jonowe (Li-jonowe): standard branżowy

4. Rodzaje-baterii litowo-jonowych w zastosowaniach

• Cylindryczne baterie litowe (18650, 21700 itp.)
• Pryzmatyczne baterie litowe
• Miękkie-baterie litowe (polimerowe).

5. System zarządzania bezpieczeństwem i baterią (BMS)

• Dlaczego BMS jest „strażnikiem” baterii litowych
• Kluczowe funkcje zabezpieczające (przeładowanie, nadmierne-rozładowanie, przetężenie, temperatura)
• RolaMaszyna testująca BMSw zapewnianiu bezpieczeństwa i wydajności

6. Trendy branżowe

7. Wniosek

Wraz z pojawieniem się trendu bezprzewodowego w sektorze urządzeń gospodarstwa domowego i narzędzi, baterie litowe stały się głównym źródłem zasilania wspierającym wydajność produktu. Od początków „ładowania przez 10 godzin i używania przez 5 minut” po dzisiejszą-czas pracy baterii sięgającą 60 minut, przełomowe osiągnięcia technologiczne w dziedzinie baterii litowych nie tylko zmieniły komfort użytkowania odkurzaczy i elektronarzędzi, ale także przyczyniły się do zmiany paradygmatu w całej branży.

„Bezprzewodowa rewolucja” w odkurzaczach

Szybkie-silniki cyfrowe zużywają znaczną ilość energii. Bez wysokiej-jakości baterii litowych i systemu zarządzania akumulatorami (BMS) „bezprzewodowa przewaga” odkurzaczy bezprzewodowych byłaby niemożliwa. Dyson V10, wyposażony w 7-ogniwowy akumulator litowo-jonowy o mocy 525-W, w połączeniu z ulepszoną elektroniką i systemem BMS, zapewnia wszechstronną żywotność baterii wynoszącą 8 minut dokładnego czyszczenia w trybie Max, 30 minut codziennego czyszczenia w trybie standardowym i 60 minut przedłużonego czyszczenia w trybie Endurance, co eliminuje problemy wymiany baterii w połowie czyszczenia. Wiele osób koncentruje się na technologii cyklonowej i silnikach o dużej prędkości, przeoczając kluczową rolę akumulatorów litowych. Bez ich powszechnego przyjęcia era odkurzaczy bezprzewodowych opóźniłaby się co najmniej o kilka lat.

Zanim baterie litowe stały się głównym nurtem, odkurzacze i elektronarzędzia doświadczyły dwóch fal technologii akumulatorowych, z których każda rozwiązywała problemy poprzedniej generacji:

1. Baterie niklowe-kadmowe(NiCd): Wczesny „niezbędny wybór”

Jako najwcześniejszy używany typ baterii, baterie niklowo-kadmowe miały oczywiste wady: małą pojemność, długi czas ładowania i krótką żywotność baterii. Częstym tematem było „Ładuj przez 10 godzin, używaj przez 5 minut”. Co ważniejsze, cierpiały na poważny efekt pamięci (niecałkowite rozładowanie powoduje skrócenie żywotności baterii) i w dużym stopniu zanieczyszczały środowisko. Od 1 stycznia 2016 r. Unia Europejska oficjalnie zakazała ich stosowania w elektronarzędziach i małym sprzęcie, a akumulatory niklowo-kadmowe stopniowo wycofywały się z rynku.

2. Nikiel-wodorek metalu(NiMH): „Ulepszona wersja” w fazie przejściowej.

W porównaniu do akumulatorów niklowych-kadmowych, akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe oferują większą pojemność, mniejszy efekt pamięci i mniejsze zanieczyszczenie środowiska. Pomimo wzrostu cen szybko weszły na rynek, torując drogę do początkowej popularyzacji produktów bezprzewodowych.

3. Baterie litowe-jonowe(Li-ion): dzisiejszy „absolutny koń pociągowy”.

Pojawienie się akumulatorów litowo-jonowych-zrewolucjonizowało krajobraz branży. Oferują trzy podstawowe zalety: gęstość energii 1,5-2 razy większą niż w przypadku akumulatorów niklowo-wodorkowych-, brak efektu pamięci i niski poziom samo-rozładowania, dzięki czemu doskonale spełniają wysokie zapotrzebowanie na energię szybkich silników. Zasada ich działania opiera się na ruchu jonów litu pomiędzy elektrodą dodatnią (typowe materiały to tlenek litu, kobaltu LiCoO2 i tlenek litu i manganu LiMn2O4) a elektrodą ujemną.

Cylindryczne baterie litowe:Wynalezione przez firmę Sony w Japonii w 1992 roku, oferują stabilną jakość, wysokie bezpieczeństwo i dużą skalowalność. Typowe modele to 14650, 17490, 18650 i 21700. Tesla Model 3 wykorzystywał baterię 18650 firmy Panasonic (później zmodernizowaną do 21700). Bateria 18650 (cylindryczna bateria o średnicy 18 mm i długości 65 mm) jest najczęściej stosowaną baterią w odkurzaczach i elektronarzędziach. Jednak w 2016 r. firma Sony sprzedała swoją działalność związaną z bateriami litowymi firmie Murata Manufacturing Co., Ltd. w Japonii, która przejęła również klientów Sony zajmujących się bateriami litowymi, w tym firmę Dyson.

Pryzmatyczne baterie litowe:Są one zazwyczaj pakowane w aluminiowe lub stalowe skrzynki. Charakteryzują się prostą budową i dużą gęstością energii (około 205WH/kg dla ogniwa 50AH). Charakteryzują się także szybkością montażu systemu wynoszącą 70% (wyższą niż 60% w przypadku akumulatorów 18650), dużymi ogniwami i lepszą konsystencją. Jednak ze względu na wysoki stopień dostosowania i dużą różnorodność modeli ujednolicenie procesów produkcyjnych jest trudne.

Miękkie-baterie litowe(baterie polimerowo-litowe): Te baterie mają polimerową warstwę zewnętrzną i zapewniają doskonałe bezpieczeństwo (problemy powodują jedynie wybrzuszenie i pękanie, a nie eksplozję). Są lekkie i mają dużą pojemność, dzięki czemu są szeroko stosowane w telefonach komórkowych. Jednak jego słaba konsystencja, wysoki koszt i skłonność do wycieków doprowadziły do ​​​​jego ograniczonego zastosowania w odkurzaczach i elektronarzędziach.

Chociaż baterie litowe zapewniają doskonałą wydajność, niosą ze sobą ryzyko eksplozji. Eksplozja pojedynczej baterii litowo-jonowej-jest już znacząca, a konsekwencje jednoczesnego-zwarcia i eksplozji wielu baterii są jeszcze bardziej niszczycielskie. Nawet importowane ogniwa akumulatorowe takich marek jak Panasonic, LG i Samsung nie mogą zagwarantować działania w 100%-bezpiecznego.

Aby ograniczyć to ryzyko, powstał system zarządzania baterią (BMS). Jest to podstawowa technologia akumulatorów litowo-jonowych, monitorująca stan każdego ogniwa, aby zapobiec przeładowaniu i nadmiernemu-rozładowaniu. Systemy BMS pojazdów elektrycznych są złożone i mogą monitorować napięcie, prąd i temperaturę, szacować pozostałą pojemność (SOC), kontrolować system kontroli temperatury, wykrywać wycieki, komunikować się z innymi systemami i archiwizować historię użytkowania akumulatora. Systemy zarządzania akumulatorem (BMS) w odkurzaczach i elektronarzędziach są stosunkowo proste i odpowiadają przede wszystkim za podstawowe funkcje, takie jak ochrona przed przeładowaniem/nadmiernym-rozładowaniem (np. napięcie zabezpieczające przed przeładowaniem 4,20-4,30 V,-napięcie zabezpieczające przed nadmiernym rozładowaniem 2,60-2,80 V), zabezpieczenie nadprądowe (prąd zabezpieczający przed zwarciem około 80 A) i zabezpieczenie przed wysoką temperaturą (temperatura zabezpieczenia przed wysoką temperaturą rozładowania 70–80 stopni), zapewniając stabilną pracę akumulatora.

Marka ACEYMaszyna testująca BMSsłuży głównie do testowania różnych wskaźników funkcjonalnych BMS-litowo-jonowych, oceny, czy różne parametry mieszczą się w zakresie projektowym, a następnie oceny, czy BMS jest kwalifikowany i użyteczny.

W miarę jak baterie litowo--jonowe zyskują na znaczeniu, w branży odkurzaczy i elektronarzędzi pojawiają się nowe trendy:

1. Platformizacja baterii: redukcja kosztów i angażowanie konsumentów

Branża elektronarzędzi jest już pionierem w procesie platformyzacji. Na przykład TTI oferuje dwie główne platformy akumulatorów litowo-jonowych-: 12 V i 18 V. Setki produktów na tej samej platformie mają wspólne kompatybilne baterie. Nie tylko zmniejsza to koszty rozwoju akumulatorów i BMS, ale także zachęca konsumentów, aby przy zakupie nowych narzędzi traktowali priorytetowo marki, które są kompatybilne z istniejącymi akumulatorami. Tworzy to barierę dla dużych przedsiębiorstw, utrudniając konkurowanie mniejszym przedsiębiorstwom. Firma Bosch wprowadziła na rynek także bezprzewodowy odkurzacz 18 V Unlimited, zachwalając jego kompatybilność zarówno z akumulatorami odkurzaczy, jak i elektronarzędzi. Jednak ze względu na różnorodne możliwości konstrukcyjne odkurzaczy osiągnięcie kompatybilności jest większym wyzwaniem niż w przypadku elektronarzędzi.

2. Zdolność produkcyjna baterii i badanie technologii:-kompromisy baterii 21700
Obecnie w odkurzaczach bezszczotkowych czas pracy baterii w trybie dużej-mocy wynosi około 10 minut. Bez przełomów w zakresie gęstości energii akumulatorów trudno będzie osiągnąć znaczącą poprawę. Niektóre fabryki rozpoczęły testowanie akumulatora 21700 (stosowanego w Tesli Model 3). Jego gęstość energii sięga 300Wh/kg (20% więcej niż w przypadku akumulatora 18650), zwiększając pojemność o 35%, redukując koszty o 9% i zmniejszając liczbę wykorzystywanych akumulatorów. Jednak akumulator 21700 ma również swoje wady: na każde 10% wzrostu pojemności żywotność cyklu zmniejsza się o 20%, szybkość ładowania i rozładowywania spada o 30-40%, a wzrost temperatury wzrasta o 20%. Wybór odpowiedniego akumulatora to raczej kwestia zrównoważenia technologii i ekonomii. Jednakże na produkcję Modelu 3 firmy Panasonic miały już wcześniej wpływ problemy związane ze zdolnością produkcyjną wynoszącą 21700 jednostek, co pokazuje, że zdolność produkcyjna pozostaje czynnikiem ograniczającym.

3. Bezprzewodowość jest nieuniknionym trendem

Nie tylko odkurzacze, ale wiele innych produktów przewodowych będzie w przyszłości bezprzewodowych. Każdy przełom w technologii akumulatorów litowych będzie napędzał ten trend.

Od baterii niklowych-kadmowych po litowe, od „ograniczeń przewodowych” po „swobodę bezprzewodową” baterie litowe nie tylko zmieniły kształt produktów, ale także zmieniły konkurencyjny krajobraz branży. Producenci akumulatorów, tacy jak CATL, Panasonic, LG, EVE Energy, Changhong Energy („Changhong Three”) i Highpower Technology, choć nie znajdują się bezpośrednio w czołówce, stali się już kluczowymi graczami w tej transformacji. W przyszłości, wraz z ciągłym postępem technologicznym, możemy spodziewać się produktów z bateriami litowymi o dłuższej żywotności baterii, większym bezpieczeństwie i większej wszechstronności, co jeszcze bardziej zapewni wygodę w życiu i pracy.

Skontaktuj się teraz