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Call for Papers & Workshops!
Wie komme ich schnell von der Produktidee zum System?
Um diese Frage dreht sich das 1. Markt&Technik Symposium »Schneller Entwickeln« am 18. Oktober 2012 in München.
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Call for Papers!
Am 10. Oktober 2012 veranstaltet das Fachmedium DESIGN&ELEKTRONIK die dritte Ausgabe des Entwicklerforums »Ultra Low Power – Niedrigstenergie-Elektronik entwickeln und versorgen« in München.
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produkte des Jahres
Pfiffige Power-PCBs
Der Leiterplattendesign-Wettbewerb »Pfiffige Power-PCBs« ist zu Ende und die Gewinner ausgezeichnet. Wir stellen Ihnen die Gewinner und ihre Entwicklungen ganz genau vor.
BestEMS
Energiespeicher für USVs
Eine neue Entwicklung auf dem Gebiet Schaltreglerstromversorgungen ermöglicht es, die Standby-Leistungsaufnahme netzbetriebener Geräte auf 0,005 W zu reduzieren, wobei das Gerät weiterhin per Fernbedienung oder einen sonstigen Stimulus aktiviert werden kann.
Erneuerbare Energien sind die Wachstumstreiber schlechthin, doch werden ihre Potentiale noch lange nicht ausgeschöpft. So auch bei der Windenergie: Studien sprechen dieser Form der Energiegewinnung das größte Potential bei den Erneuerbaren Energien zu.
USV-Anlagen, die ohne Akku auskommen? Das Konzept von Active Power sieht stattdessen ein Schwungrad-Energiespeicher vor.
Infos, Eindrücke und neue Produkte - alle Videos rund um die embedded world 2012 in unserer Mediathek.
Energiegewinnung aus der Umwelt oder durch die Bewegung oder die -Physiologie von Lebewesen wird unter dem Begriff Energy Harvesting geführt. Welche Techniken in Form von entsprechenden Harvesting-Elementen am Markt verfügbar sind und für welche Einsatzgebiete sie sich eignen, wird in diesem Beitrag behandelt.
Event 1
Am 4.-5. Juli 2012 findet in München der 1. Elektronik wireless power congress statt. Das Programm konzentriert u.a. auf die Themen: Qi-Standard, Übertrager-, Koppler- und Antennendesign, Schaltungstechnik, Übertragungsverfahren und Kopplung, Datenübertragung und Authentifizierung und mehr.
Energieautarkie im Kleinen. Der 1. Elektronik energy harvesting congress zeigt Entwicklern und industriellen Anwendern worauf es ankommt, wenn ein System ohne Netzstromversorgung auskommen soll.
Auf dem 3. Elektronik digital power congress am 4. und 5. Juli 2012 in München dreht sich alles um digitales Powermanagement und die digitale Regelung von Leistungswandlern.
power blog
Aktuelle Kommentare, Meinungen und Infos zur Energieeffizienz, Regularien und Ökodesign lesen Sie in unserem Power-Blog.
Marktübersichten Power
Speicher im Vergleich
Wiederaufladbare Mikro-Energiespeicher
Im Prinzip ist alles möglich, aber ohne Energie geht nichts. Auf diesen einfachen Nenner lässt sich die moderne Technik bringen. Daher sind in den letzten Jahren neue Technologien für die Speicherung von Energie erschienen. Dieser Artikel untersucht einige der üblichen wiederaufladbaren Energiespeicher, die heute für Anwendungen vorkommen, bei denen kabellose Geräte über einen längeren Zeitraum oder die Betriebslebensdauer der Anwendung wartungsfrei betrieben werden sollen.
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Bei den Energiespeichern hat es in letzter Zeit einige Neuerungen gegeben. Diese neuen Technologien reichen von sehr großen Speichern, zum Beispiel den im Stromnetz eingesetzten Vanadium-Redox-Batterien, bis zu sehr kleinen Speichern, etwa den Dünnschichtbatterien oder Mikroenergiezellen, die heute in kabellosen Sensoren und anderen Systemen eingesetzt werden.
Beispiele für Letztere sind unter anderem Sicherheitssensoren, tief integrierte Überwachungssysteme für Maschinen und implantierbare medizinische Geräte.
Bild 1 hilft auf effiziente Art bei der Wahl zwischen primären und wiederaufladbaren Energiequellen. Primärbatterien haben eine relativ beschränkte Betriebslebensdauer. Selbst bei schwachen Ladeströmen senkt ihre begrenzte Speicherdauer den Zeitraum bis zu einem notwendigen Austausch auf sechs Monate bis zehn Jahre ab. Bei Anwendungen, bei denen die Energiequelle leicht ausgetauscht werden kann, stellt dies kein Problem dar (abgesehen von dem sehr realen Problem, diese Batterien zur Hand zu haben).
Ist bei den Anwendungen jedoch dieser Austausch schwierig oder teuer - oder beides -, so ist eine wiederaufladbare Energiequelle nötig. Sollte ein Gerät nicht zugänglich sein oder nicht verkabelt werden können, so muss die aufzuladende Energie der vorhandenen Umgebungsenergie entnommen werden (Energy Harvesting). Daher ist die Möglichkeit, erfasste Umgebungsenergie tatsächlich und effizient aufzunehmen, bei der Auswahl des Energiespeichers von außerordentlicher Bedeutung.
Verschiedene Anwendungen haben Zugriff auf unterschiedliche Quellen von Umgebungsenergie. Im Folgenden sind die ungefähren Energiebereiche jeder der vier verfügbaren Energiequellen aufgelistet (in absteigender Reihenfolge der verfügbaren Energie):
| Thermische Energie: 25 µW/cm2 (menschlich) bis 10000 µW/cm2 (industriell); | |
| Photovoltaik: 10 µW/cm2 (innerhalb geschlossener Räume) bis 10000 µW/cm2 (außerhalb geschlossener Räume), | |
| Vibration/Bewegung: 4 µW/cm2 (menschlich) bis 100 µW/cm2 (industriell) sowie | |
| HF-Strahlung: 0,01 µW/cm2 bei 2,4 GHz (WLAN) bis 0,1 µW/cm2 bei 900 MHz (GSM). |
Zu den drei verschiedenen Technologien, die durch diese Umgebungsenergiequellen aufladbar sind gehören konventionell wiederaufladbare Batterien, Festkörper-Dünnschichtbatterien oder Mikroenergiezellen sowie Doppelschichtkondensatoren (EDLC) oder »Superkondensatoren«.
Tabelle 1 bietet einen zusammenfassenden Vergleich dieser drei Alternativen. Die nachstehende Diskussion bewertet jede Alternative umfassender. Im folgenden Vergleich sollte unbedingt berücksichtigt werden, dass diese Alternativen sich nicht gegenseitig ausschließen müssen. Es ist möglich, diese Technologien in hybriden Konzeptionen gemeinsam zu verwenden. Eine beliebte Konstruktion kombiniert eine Mikroenergiezelle mit einem Superkondensator, um sowohl den Energietransfer als auch die maximale Stromstärke zu verbessern.
| Eigenschaft | Wiederaufladbare Knopfzelle | Superkondensator | Dünnschicht -batterie |
|---|---|---|---|
| Kapazität |
1 mAh bis 100 mAh |
0,1 F bis 1500 F |
12 µAh bis 2,5 mAh |
| maximaler Dauerstrom | 5 µA bis 40 mA | 10 µA bis 200 A | 300 µA bis 100 mA |
| Betriebstemperaturbereich | -20 °C bis +60 °C | -40 °C bis +85 °C | -40 °C bis +85 °C |
| Größe | 4 mm bis 30 mm (D) x 1,6 mm bis 7,7 mm (H) | 10 mm x 20 mm x 2 mm | 8 mm x 8 mm bis 25 mm x 42 mm |
| Ladezyklen (bis 80% der ursprünglichen Kapazität bei 80% DOD) | 500 bis 1000 | >100 000 | >10 000 |
| Einzelpreis (hohe Stückzahlen) | 1 US-Dollar | 2 US-Dollar bis 10 US-Dollar | 1 US-Dollar bis 5 US-Dollar |
| Selbstentladung | 50% pro Jahr | >90% in sechs bis sieben Tagen | 1% pro Jahr |
| minimaler Ladestrom |
>10 µA |
>35 µA |
<100 nA |
1. Teil: Wiederaufladbare Mikro-Energiespeicher
2. Teil: Knopfzellen und Superkondensatoren
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Ralf Higgelke, DESIGN&ELEKTRONIK |
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