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Lithium-Ionen und Lithium-Polymer-Batterien setzen auf dem Batteriemarkt aktuell die Maßstäbe in puncto Leistungsfähigkeit, Zellspannung und Lebensdauer. Während Lithium-Ionen-Batterien in Zukunft die große Mehrheit unserer Autos antreiben sollen, versorgen Lithium-Polymer-Batterien schon heute unsere Handys und Laptops mit Strom.
Beide Zelltypen basieren auf einer identischen Zellchemie, die chemischen Vorgänge beim Laden und Entladen der Zelle sind also dieselben. Dagegen unterscheiden sich Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Zellen in ihrem Aufbau. Lithium-Ionen-Zellen verfügen standardmäßig über ein metallisches Gehäuse mit genormter Größe. Der Aufbau von Lithium-Polymer-Zellen ermöglicht dagegen eine deutlich größere Flexibilität: Anstatt eines festen Gehäuses sind die flachen, sandwichartig aufgebauten Lithium-Polymer-Zellen von einer dünnen Schicht kunststoffkaschierter Aluminiumfolie umschlossen. Dieser Aufbau ermöglicht die Produktion von Lithium-Polymer-Zellen in einer Vielzahl unterschiedlicher Bauformen und -größen.
„Unser Produktportfolio umfasst mehr als 100 Lithium-Polymer-Zellen unterschiedlicher Größe und Kapazität. Das verschafft Produktentwicklern maximale Gestaltungsfreiheit beim Design ihrer Anwendung“, sagt Timo Schmidt, Head of Battery Technology der Jauch Quartz GmbH.
Wichtige Parameter für die Entwicklung von Lithium-Polymer-Batterien
Bei der Suche nach der passenden Lithium-Polymer-Lösung spielt neben Größe und Kapazität der Zelle auch die benötigte Zellspannung eine wichtige Rolle. Diese liegt bei einer einzelnen Lithium-Polymer-Zelle standardmäßig bei 3,6 Volt. Die Abschaltspannung beträgt 3,0 Volt und die maximale Ladespannung 4,2 Volt. Benötigt die Anwendung eine höhere Spannung, lässt sich dies durch Reihenschaltung mehrerer Zellen erreichen.
Für jede Batterie müssen zudem unterschiedliche Strombelastungsprofile erstellt werden. Diese geben an, wie viel Strom die jeweilige Anwendung aus der Batterie anfordert. Dies umfasst sowohl die mittleren kontinuierlichen Ströme als auch die maximalen Pulsströme sowie die Pulslängen. Auch die Einschaltströme und deren Länge müssen berücksichtigt werden.
In Zusammenhang mit diesen Strombelastungsprofilen gilt ein besonderes Augenmerk zudem den Umgebungstemperaturen, denen die Anwendung ausgesetzt ist. Standardmäßig sind Lithium-Polymer-Zellen für einen Temperaturbereich zwischen -20 und 60 Grad Celsius spezifiziert. Beim Aufladen der Zellen sollten Temperaturen zwischen 0 und 45 Grad Celsius vorherrschen. Für den Einsatz unter extremen Temperaturbedingungen ober- oder unterhalb dieser Bandbreite stehen jeweils spezielle Zellen zur Verfügung.
Natürlich spielt auch das Thema Sicherheit eine wichtige Rolle. Um Kurzschlüsse, Überladungen oder Tiefentladungen zu verhindern, sind Lithium-Polymer-Batterien mit einer Schutzelektronik ausgestattet. Je nach Komplexität der Batterie ist zudem die Programmierung eines individuellen Batterie-Management-Systems notwendig, das beispielsweise individuelle Abschaltwerte für die Batterie definiert.
Zu guter Letzt müssen natürlich auch gewisse rechtliche Rahmenbedingungen bei der Batterieentwicklung berücksichtigt werden. Jede Batterie muss die entsprechenden Voraussetzungen erfüllen, um für den Verkauf bzw. den Transport zugelassen zu werden. Die erfolgreiche Zertifizierung der Batterie nach UL- und IEC-Standards ist hier ebenso wichtig wie das Bestehen des UN 38.3-Transportests.
Jauch als Batterie-Entwickler
Die oben genannten Parameter sind die Eckpfeiler für jeden Batterie-Entwicklungsprozess. „Natürlich lassen wir unsere Kunden dabei nicht alleine, ganz im Gegenteil“, sagt Timo Schmidt, „Wir beschaffen nicht nur die passenden Lithium-Zellen für unsere Kunden, sondern übernehmen auch die komplette Entwicklungsarbeit. Wir kümmern uns um die Zellauswahl, programmieren die Schutzelektronik und führen alle notwendigen Tests und Zertifizierungen durch, bis wir mit der fertigen Batterie schlussendlich in die Serienfertigung gehen.“
Auf diese Weise werden auch besondere Kundenanforderungen realisiert. Jüngstes Beispiel für den Erfindungsreichtum der Jauch-Ingenieure ist eine komplett amagnetische Lithium-Polymer-Batterie, die speziell für ein Hamburger MedTech-Start-up entwickelt wurde.
Sehr gerne unterstützen wir auch Sie bei Ihrem Batterie-Projekt! Detaillierte Informationen zu unseren Entwicklungsleistungen finden Sie hier.
