Tadiran Lithium Batterien Technische Broschüre LTC-Batterien 3.6 V 1280 Wh/dm³ –40 ...
1 Einleitung Tadiran Batteries Technische Broschüre Die Tadiran Batteries GmbH ist einer der führenden Hersteller von nicht wiederaufladbaren Lithiumbatterien in Europa. Die Firma wurde 1984 als Joint Venture zwischen Tadiran und Sonnenschein gegründet und bedient - bis Februar 2006 unter dem Namen Sonnenschein Lithium - den Markt erfolgreich seit über 20 Jahren. Zusammen mit ihrer Muttergesellschaft Tadiran Batteries Ltd.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 1.3 Vergleich mit anderen Systemen 1.5 Anwendungen Das Batteriesystem Lithium-Thionylchlorid ist überlegen im Hinblick auf Langzeitanwendungen mit hohen Ansprüchen an Zuverlässigkeit, Raumbedarf und Energieinhalt. Abbildung 1-1 zeigt die Klemmenspannung über der entnommenen Kapazität pro Volumeneinheit für verschiedene Lithium-Batterie-Systeme und Alkali-ManganBatterien.
2 Eigenschaften Tadiran Batteries Technische Broschüre 2.1 Allgemeines 2.2 Spannungslage Diese Broschüre behandelt Tadiran Lithium Batterien. Sie gehören zum 3,6 Volt Lithium/Thionylchlorid-System. Es werden vier Baureihen in Serie gefertigt, die sich durch Details im Fertigungsablauf unterscheiden und für den jeweiligen Verwendungszweck ausgelegt sind. Die Merkmale werden in den folgenden Stichwörtern zusammengefaßt.
Tadiran Batteries Technische Broschüre Baureihe SL-700/2700 Bei kontinuierlicher Langzeitentladung steigt der Innenwiderstand der Batterien gegen Ende der Lebensdauer an. Dadurch nimmt die Lastspannung zumal bei Strompulsen allmählich ab. Das kann man für eine Batterie-Ausfallanzeige ausnutzen. Typischerweise beträgt die Vorwarnzeit 3 % der Betriebsdauer. Die Spannungsschwelle hängt vom Entladestrom, der Mindestspannung, dem Temperaturbereich und der erforderlichen Vorwarnzeit ab.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 120 100 80 Selbstentladung 60 Standardstrom 40 20 0 Überlast 10 Jahre Strom Abbildung 2-7 Schematischer Verlauf einer Pulsentladung. Das Tastverhältnis ist das Verhältnis zwischen Anund Aus-Zeit. AUS - Zeit Pulsstrom Durchschnittsstrom Grundstrom % der Nennkapazität Zeit 120 2,5% Durchschnittsstrom 100 10% 80 25% 60 40 100% 20 0 250% 1% 10% 100% Abbildung 2-8 Einfluß von Pulsen auf die verfügbare Kapazität bis 2 Volt bei 25 °C.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 2.5 Lagerfähigkeit und Betriebsdauer Ergebnisse Es hat sich herausgestellt, daß es fast unmöglich ist, das Langzeitverhalten von Lithium/Thionylchlorid-Batterien mit den üblichen Methoden der beschleunigten Alterung zuverlässig vorauszusagen. Es gibt aber dennoch drei Methoden mit denen man zu verwertbaren Aussagen kommen kann. Diese umfassen die tatsächliche Langzeit-Entladung, die Extrapolations-Methode und die Mikrokalorimeter-Methode.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 2.6 Gebrauchslage Abhängig von der mechanischen Bauweise und Systemeigenschaften hängt die verfügbare Kapazität in gewissem Grade von der Gebrauchslage ab. Der Effekt wird dadurch hervorgerufen, daß der Elektrolyt den leeren, an der Entladung nicht beteiligten Raum in der Zelle ausfüllt, wenn die Gebrauchslage von der Vorzugsrichtung abweicht. Dem wirkt allerdings der Kapillareffekt der Poren von Kathode und Separator entgegen.
Tadiran Batteries Technische Broschüre bei 150 °C Dauertemperatur. An einer Last von 560 kΩ entsprechend einem mittleren Strom von 6 μA haben diese Batterien mehr als 5 Jahre lang funktioniert und dabei 65 % ihrer Nennkapazität erreicht. 97 % der Entladedauer bleibt die Spannung Ug an der Grundlast über 3,6 Volt. Der Innenwiderstand, dargestellt durch Kurve (3), wurde aus der Spannungsdifferenz bei Pulslast berechnet und zwar mit der Gleichung Ug – Up ΔU Ri = ___ = _______ ΔI Ip – Ig 2.
3 Bauweise Tadiran Batteries Technische Broschüre 2.10 Merkmale der verschiedenen Baureihen 3.1 Bestandteile und Werkstoffe Baureihe SL-300 Anode Die Anode ist aus Lithiumfolie in Batteriequalität. Sie wird gegen die Innenwand des Zellbechers gerollt um eine mechanisch feste und zuverlässige elektrische Verbindung zu erhalten.
Tadiran Batteries Technische Broschüre einige Vorteile für die Sicherheit. Bei unbeabsichtigtem Kurzschluß übersteigen die Ströme nicht einen Grenzwert, der mögliche Gefahren verhindert. Die Wärme, die an der Grenzfläche zwischen Anode und Kathode entsteht, kann leicht nach außen abgeleitet werden. Die Bauweise führt zu einer sicheren Batterie, die nicht noch zusätzlich eine Sollbruchstelle benötigt. Flachzellen In den Flachzellen (Abb.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 3.3 Chemische Reaktion und Schutzfilm Die Entladereaktionen während des Stromdurchgangs werden im allgemeinen wie folgt angegeben: Anodische Oxidation: 4 Li → 4 Li+ + 4 e– Kathodische Reduktion: 2 SOCl2 → SO2 + S + 4 Cl– – 4 e– Gesamtreaktion: 4 Li + 2 SOCl2 → 4 LiCl + S + SO2 Ein Großteil des bei der Entladung gebildeten Schwefeldioxids löst sich im Elektrolyt durch Komplexbildung. Dadurch bleibt der Innendruck vor, während und nach der Entladung gering.
Tadiran Batteries Technische Broschüre A Oxidation von Li und Transport von Li+ Anode B In Lösung Gehen von Li+ C Bildung des Schutzfilms auf der Anode Separator D E C F B A Kathode Separator + D Reduktion von SOCl2 F Bildung von Schwefelkristallen und SO2 E Abscheidung von LiCl Abbildung 3-4 Reaktionsmechanismus von Lithium/ThionylchloridBatterien. Die Kreise sind Vergrößerungen der Anodenoberfläche (links unten) und der Kathodenoberfläche (rechts oben).
4 Sicherheit Tadiran Batteries Technische Broschüre 4.1 Allgemeines Jede Batterie soll im Rahmen des vorgesehenen Verwendungszwecks benutzt werden. Dies ist definiert als „die Verwendung eines Erzeugnisses, Verfahrens oder einer Dienstleistung unter Bedingungen und/oder für Zwecke, die in Übereinstimmung mit den Vorschriften und Anleitungen des Lieferers stehen, einschließlich der Informationen zu Werbezwecken“.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 4.3 Vernünftigerweise vorhersehbarer Fehlgebrauch Um die Sicherheitsgrenzen von Lithiumbatterien auch bei extremer Fehlbehandlung auszuloten, werden die unten aufgeführten Prüfungen bereitgestellt. Warnung Diese Prüfungen erfordern die Anwendung von Methoden, die zu Verletzungen führen können, wenn nicht angemessene Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.
Tadiran Batteries Technische Broschüre Eine Prüfbatterie wird zwischen zwei Platten gequetscht. Die Kraft wird durch einen Schraubstock oder eine hydraulische Ramme mit einem Kolben von 32 mm Durchmesser ausgeübt. Der Quetschvorgang wird solange fortgesetzt, bis ein Druck von 17 MPa an der hydraulischen Ramme abgelesen wird, entsprechend einer Kraft von etwa 13 kN. Sobald der angegebene maximale Druck erreicht worden ist, wird der Druck weggenommen.
5 Einhaltung von Normen Tadiran Batteries Technische Broschüre Tadiran Lithium Batterien halten die zutreffenden Normen ein wie UL 1642 (Underwriters Laboratories), EN 50014 (explosionsgefährdete Bereiche) und Militärnormen, sowie einige andere anwendungsorientierte Normen, beispielsweise für Sicherheits- und Alarmausrüstungen, für Verbrauchszähler und andere. Manche von diesen Normen enthalten auch Anforderungen an die Leistungsfähigkeit im Hinblick auf bestimmte Anwendungen.
Tadiran Batteries Technische Broschüre Die Verpackung einer Batterie der Kategorie „userreplaceable“ ist zu kennzeichnen mit dem Wort „VORSICHT“ und den folgenden oder gleichwertigen Angaben: „Feuer- und Verbrennungsgefahr. Nicht aufladen, öffnen, über 100 °C erhitzen oder verbrennen. Batterien nicht in Reichweite von Kindern bringen. Bis zum Einsatz in Originalverpackung belassen. Verbrauchte Batterien sofort entsorgen.
6 Qualität und Zuverlässigkeit Tadiran Batteries Technische Broschüre 6.1 Unternehmenspolitik • Kontinuierliche Anpassung der Qualifikation aller Mitarbeiter durch Schulung und Einweisung Die Unternehmenspolitik der Tadiran Batteries GmbH umfaßt Qualitäts- und Umweltaspekte ebenso wie solche der Arbeitssicherheit und der Produktsicherheit. • Umsetzung und Anwendung der WeltklasseMethoden, wie z.B. 5S, TPM, SMED, OEE, JIT, Kanban usw.
Tadiran Batteries Technische Broschüre A-1 MM-003 A-2 P-1 Trocknen Becher ML-010 A-3 P-2 MT-020 A-4 P-6 MT-020 A-6 Separator einführen S-4 Kathode einführen P-8 Kopfseparator MM-005 S-6 P-9 Kopfseparator einführen Trocknen P-10 Deckelgruppe S-5 P-7 Kathodenherstellung Kathodenbestandteile S-3 P-5 Trocknen Separator S-2 Anode einführen P-4 MK-005 A-5 P-3 S-1 Lithium Extrudieren Lithium P-11 S-7 Deckel einführen Trocknen P-12 S-8 Randnaht schweißen A-7 P-13 ME-005 A
Tadiran Batteries Technische Broschüre Abbildung 6-3 Batterie mit Typenbezeichnung (T), Losnummer (L) und Datum (D) der Endkontrolle. Rückfragen sollten Bezug auf die Losnummer nehmen. 6.4 Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit 6.5 Fertigungsablauf und Prüfplan Produkte von Tadiran werden gekennzeichnet, um die Identifizierung und Rückverfolgung sicherzustellen. Typischerweise enthält die Kennzeichnung die Typennummer der Batterie, die Losnummer sowie Monat und Jahr der Endkontrolle.
7 Schaltungsbeispiele und Hinweise zum Gebrauch Tadiran Batteries Technische Broschüre Abbildung 7-1 Grundschaltung zur Batteriepufferung mit Sicherheitselementen (Dioden und Widerstand) gemäß Fall B der UL-Empfehlungen. Im Fall A wird der Widerstand R durch eine weitere Diode ersetzt. CMOS RAM 5V D 0,1 μF D R LithiumBatterie Die nachfolgenden Überlegungen zum Thema Schaltkreise sollen dem Entwickler helfen, die Verwendung von Tadiran Lithium Batterien optimal auf seine Schaltung abzustimmen.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 5V D1 R Pulslast D2 Abbildung 7-5 Pufferschaltung für kontinuierliche und gepulste Lasten D3 koninuierliche Last mit kleinem Strom D4 Lithiumbatterie C Schaltkreis 2: Pulslast D Schaltkreis 1: kontinuierliche Last Lithiumbatterie Abbildung 7-6 Batterieversorgung für kontinuierliche und gepulste Lasten. D ist eine Germanium- oder Schottky-Diode. C mieren.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 7.3 Batteriepakete Der Zusammenbau von mehrzelligen Batteriepaketen erfordert Übung und Erfahrung. Anwender, die nicht entsprechend ausgebildet sind, sollten nicht versuchen, Batteriepakete zusammenzubauen. Tadiran bietet neben einem breiten Spektrum kundenspezifischer Batterien Unterstützung bei der Entwicklung und Fertigung neuer Batteriepakete an. Bitte fordern Sie den Fragebogen für Batteriepakete an.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 7.4 Lithium-Batterie-Fragebogen Ein Lithium-Batterie-Fragebogen befindet sich im Produktkatalog. Er enthält die Angaben, die benötigt werden, um dem Kunden den besten Lösungsvorschlag für sein Anwendungsproblem machen zu können. Er ist gleichzeitig die Grundlage für die Berechnung der verfügbaren Batteriekapazität bzw. der nutzbaren Batterielebensdauer. 7.
8 Lagerung, Transport, Handhabung und Entsorgung Tadiran Batteries Technische Broschüre 8.1 Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen 8.3 Transportvorschriften Tadiran Lithium Batterien sind Primärelemente mit hohem Energieinhalt. Sie sind so ausgelegt, daß sie das höchstmögliche Maß an Sicherheit darstellen. Trotzdem können sie bei extremer elektrischer oder mechanischer Fehlbehandlung – nicht anders als andere Batterien auch – möglicherweise gefährlich werden.
Tadiran Batteries Technische Broschüre Gefahrgutvorschriften für Lithiummetallbatterien Grenzwerte und Vorschriften UN-Nr.
Tadiran Batteries Technische Broschüre 8.4 Einbau Allgemeines In den meisten Fällen werden Tadiran Lithium Batterien auf die Leiterplatte gelötet. Austauschbare Batterien werden normalerweise mit Steckern und Klettband versehen, um einen schnellen und sicheren Einbau zu gewährleisten. Außerdem gibt es die Möglichkeit, die Batterien mit Schmelzkleber oder mit Plastikbändern an der Leiterplatte zu befestigen.
9 Begriffe Tadiran Batteries Technische Broschüre In diesem Glossar sollen bestimmte technische Bezeichnungen und ihre Verwendung in dieser Broschüre erläutert werden. Die Begriffsbestimmungen stimmen nicht notwendigerweise mit Bezeichnungen überein, die in einem anderen Zusammenhang genormt sind. Abschaltspannung Die Mindestspannung, ab der eine Batterie für eine bestimmte Anwendung als nicht mehr verwendbar betrachtet wird. Andere Bezeichnungen: Endspannung, Entladeschlußspannung.
Tadiran Batteries Technische Broschüre batterie, bevor die festgelegte Abschaltspannung erreicht wird. Leerlaufspannung Der Potentialunterschied zwischen den Batteriepolen bzw. Batteriespannung bei geöffnetem Stromkreis (unbelastet). →OCV. Max. Dauerentladestrom Der höchste Strom, bei dem die Batterie noch mehr als ca. 15 % ihrer Nennkapazität abgibt. Der Wert soll einen Hinweis auf mögliche Einsatzgebiete geben. Maximaler Pulsstrom Ein Hinweis auf die Pulsstrombelastbarkeit.
Inhaltsverzeichnis Tadiran Batteries Technische Broschüre Abschnitt 1 Seite Einleitung 2 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Tadiran Batteries GmbH Die Tadiran Lithium Batterie Vergleich mit anderen Systemen Kundennutzen Anwendungen 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 Allgemeines Spannungslage Entladestrom und Kapazität Strompulse Lagerfähigkeit und Betriebsdauer Gebrauchslage Temperaturabhängigkeit Umgebungsbedingungen Innenwiderstand Die Merkmale der verschiedenen Baureihen 3.1 3.2 3.
Tadiran Batteries GmbH Industriestr. 22, 63654 BÜDINGEN, Deutschland Tel.: +49 (0)6042/954-0, Fax: -190 E-Mail: info@tadiranbatteries.de Internet: www.tadiranbatteries.