Wenn man an wiederaufladbare Geräte wie Taschenlampen, Laptop-Akkus oder sogar Elektroautos denkt, sind diese in der Regel auf spezielle Batterien angewiesen. Dabei handelt es sich oft um Lithium-Ionen-Akkus. Es gibt sie in verschiedenen Formen und Größen. Lange Zeit war eine Größe weit verbreitet: die 18650. In letzter Zeit hat sich jedoch eine weitere Größe, insbesondere in neueren Geräten und Fahrzeugen, durchgesetzt: die 21700.
Die Größe und der Typ der in einem Gerät verwendeten Batteriezelle sind wichtige Designentscheidungen. Sie beeinflussen:
1. Wie viel Leistung hat das Gerät?
2. Wie lange läuft es?
3. Und wie groß oder schwer ist es?
Kurz gesagt: Die Wahl der richtigen Batteriezelle ist entscheidend. Dieser Punkt ist für jeden wichtig, der Elektronik baut und nutzt.
Beginnen wir irgendwo und vergleichen die Batteriezellen 18650 und 21700, um zu sehen, was unterschiedlich ist und warum beide verwendet werden.
Was sind 18650- und 21700-Batterien?
Was bedeuten diese Zahlen überhaupt? Es handelt sich nicht einfach um zufällige Codes. Ingenieure wissen, dass sie eine einfache Möglichkeit darstellen, die Größe einer Batteriezelle zu bestimmen.
18650
Dieser Name lässt sich in Dimensionen unterteilen.
• 18 bedeutet, dass die Batterie einen Durchmesser von 18 Millimetern (mm) hat.
• 65 bedeutet, dass die Batterie 65 Millimeter (mm) lang ist.
• Eine 0 am Ende bedeutet normalerweise, dass es sich um eine zylindrische Batterieform handelt.
Eine 18650-Batterie ist ein Zylinder mit 18 mm Durchmesser und 65 mm Höhe. Viele Jahre lang war dies der Standard für wiederaufladbare Hochenergiezellen. Sie wurde in vielen Geräten verwendet, von Laptops bis hin zu vielen frühen Elektrofahrrädern.
21700
Dies folgt dem gleichen Muster.
• 21 bedeutet, dass die Batterie einen Durchmesser von 21 Millimetern (mm) hat.
• 70 bedeutet, dass die Batterie 70 Millimeter (mm) lang ist.
• 0 bedeutet wiederum, dass es zylindrisch ist.
Eine 21700-Batterie ist ein Zylinder mit einem Durchmesser von 21 mm und einer Höhe von 70 mm. Sie ist im Grunde etwas dicker und länger als eine 18650.
Auf jeden Fall ist der 21700 physisch größer als der 18650. Dieser Größenunterschied hat, auch wenn er gering erscheint, große Auswirkungen auf die Leistung.
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Hauptunterschiede: Größe, Kapazität, Leistung und mehr
Ein Vergleich dieser beiden Größen verdeutlicht, warum Hersteller die eine oder andere bevorzugen. Dieser Punkt wird deutlich, wenn man sich die Spezifikationen ansieht.
1. Größe und Maße
Wie bereits erwähnt, ist der 21700 3 mm breiter und 5 mm länger als der 18650. Diese Unterschiede sind zwar gering, bedeuten aber, dass ein für den einen konzipiertes Gerät nicht in den anderen passt, ohne den Batteriehalter und das interne Layout zu ändern. Sie sind nicht austauschbar, nur weil sie ähnlich aussehen. Man könnte sagen, es ist der häufigste „Fehler“, den Anfänger annehmen, sie einfach austauschen zu können. Aber keine Panik, es handelt sich um ein einfaches Größenproblem.
2. Kapazität (Wie viel Energie sie speichern)
Dies ist ein wesentlicher Unterschied. Da die 21700 größer ist, verfügt sie über ein größeres Innenvolumen. Dieser zusätzliche Platz ermöglicht es den Herstellern, mehr aktive Materialien in die Zelle zu integrieren, die Energie speichern. Sie werden sehen, dass typische 18650-Zellen Kapazitäten von etwa 2000 mAh bis 3500 mAh haben (mAh steht für Milliamperestunde, eine Einheit für Ladekapazität). Im Gegensatz dazu liegen 21700-Zellen oft zwischen 3000 mAh und 5000 mAh oder sogar mehr. Dieser Punkt ist wichtig: Eine einzelne 21700-Zelle kann in der Regel deutlich mehr Energie speichern als eine einzelne 18650-Zelle.
3. Leistungsabgabe (Wie viel Strom sie liefern können)
Die größere Größe der 21700 verbessert auch die Leistungsabgabe. Die stromführenden Teile sind größer, und die Zellenkonstruktion ermöglicht oft höhere Entladeraten. Das bedeutet, dass eine 21700-Zelle einem Gerät bei Bedarf oft mehr Leistung liefern kann, beispielsweise bei starker Beanspruchung eines Elektrowerkzeugs oder einer schnellen Beschleunigung eines Elektroautos. Gleichzeitig kann sie im Vergleich zu einer vergleichbaren 18650-Zelle unter Last oft eine höhere Spannung halten. Benchmarktests belegen diesen Leistungsvorteil in anspruchsvollen Anwendungen.
4. Energiedichte
Dies bezieht sich darauf, wie viel Energie pro Volumen- oder Gewichtseinheit gespeichert wird. Da die 21700 größer ist, weist sie ein besseres Verhältnis von aktivem Material zu Verpackungsmaterial (Metallgehäuse, Sicherheitsfunktionen usw.) auf. Dies bedeutet, dass 21700-Zellen im Allgemeinen höhere Energiedichte (Energie pro Volumen oder Gewicht) als 18650-Zellen. Sie erhalten mehr Energie bei etwa gleichem Material- und Verpackungsaufwand pro Zelle. Bei der Entwicklung leichter, langlebiger tragbarer Geräte oder Elektrofahrzeuge zählt alles.
5. Kosten
Pro Zelle ist eine 21700 oft etwas teurer als eine 18650. Da eine 21700 jedoch in Bezug auf die Gesamtenergie vielleicht 1.5 oder 2 kleinere 18650-Zellen ersetzen kann, sind die Kosten pro Wattstunde (Wh) Die gespeicherte Energiemenge kann bei 21700-Zellen in manchen Fällen sogar geringer sein.
Warum ist der 21700 entstanden?
Die Entwicklung und flächendeckende Einführung der Größe 21700 erfolgte nicht einfach, weil jemand eine neue Größe wünschte. Sie wurde maßgeblich durch die Anforderungen neuer Technologien, insbesondere von Elektrofahrzeugen, vorangetrieben. Hersteller von Elektrofahrzeugen benötigten mehr Energie und Leistung aus ihren Akkus, um den Fahrzeugen eine größere Reichweite und bessere Leistung zu ermöglichen.
Die Verwendung von 18650-Zellen bedeutete den Bau sehr großer Akkupacks mit Tausenden von Zellen. Durch den Wechsel zu einer etwas größeren Zelle wie der 21700, die mehr Energie pro Zelle speichert und eine höhere Leistung bietet, konnten sie Akkupacks mit Weniger Zellen, um das gleiche zu bekommen oder mehr Gesamtenergie und -leistung.
Weniger Zellen bedeuten einfachere Verkabelung, weniger Anschlüsse und potenziell eine einfachere Herstellung und ein einfacheres Wärmemanagement des gesamten Akkupacks. Dies ermöglichte es den Entwicklern, über den Standard 18650 hinauszudenken und neue Möglichkeiten für Batteriepack-Design und -Leistung zu erschließen. Das Streben nach mehr Reichweite und schnellerem Laden in Elektrofahrzeugen war ein wesentlicher Grund für den Umstieg auf größere Formate wie den 21700.
Anwendungen: Wo werden sie eingesetzt?
Sie werden sowohl 18650- als auch 21700-Batterien sehen, die eine breite Palette von Geräten mit Strom versorgen.
18650
Sie wird weiterhin häufig in Laptop-Akkus (wenn auch seltener in neueren, schlankeren Modellen), Powerbanks, vielen LED-Taschenlampen, tragbaren Ventilatoren, Vape-Geräten und älteren Elektrofahrzeugmodellen verwendet. Es handelt sich um eine ausgereifte Technologie mit einer Vielzahl von Anbietern. PCB- und PCBA-Unternehmen entwickeln Produkte mit moderatem Leistungs- und Energiebedarf und verwenden seit langem 18650er-Akkus.
21700
Sie finden sich zunehmend in neueren Elektrofahrzeugen (Tesla war ein früher, großflächiger Anwender), leistungsstarken Akku-Elektrowerkzeugen, neueren und leistungsstärkeren LED-Taschenlampen, einigen E-Bikes und Energiespeichersystemen für den Heimgebrauch. Sie werden in neue Prototypen für Geräte integriert, die zusätzliche Energie oder Leistung benötigen, ohne dabei massiv an Größe zu verlieren.
Kunden haben völlig Recht mit ihrer Meinung, dass Akkulaufzeit und Leistung entscheidende Faktoren sind. Die Umstellung auf 21700 in vielen Produkten entspricht direkt dem Kundenwunsch nach längerer Laufzeit und mehr Leistung.
Kompatibilität und Systemdesign
Es ist wichtig zu beachten, dass ein 21700-Akku nicht in ein Gerät passt, das für einen 18650-Akku ausgelegt ist, und umgekehrt. Ihre Abmessungen sind unterschiedlich. Akkuhalter, Ladestationen und das interne Layout der Geräte sind speziell für die eine oder andere Größe ausgelegt.
Bei der Entwicklung eines neuen Produkts achten Designer auf den Leistungs- und Energiebedarf. Sie berücksichtigen außerdem den verfügbaren Platz und die Kostenziele. Auf Grundlage dieser Faktoren entscheiden sie, welche Zellgröße am sinnvollsten ist. Beispielsweise können für ein kleines, dünnes Gerät kleinere, weniger leistungsstarke Zellen oder sogar flache Beutelbatterien verwendet werden.
Für ein großes Elektrowerkzeug oder ein Elektrofahrzeug werden 18650- oder 21700-Zellen (oder noch größere) benötigt, um die größtmögliche Energie und Leistung zu liefern. Die Wahl der richtigen Zellgröße und des richtigen Zelltyps ist ein entscheidender Bestandteil des Designs für die Manufacturability (DFM) batteriebetriebener Produkte. Es gilt, ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Größe, Kosten und einfacher Montage zu finden.
Welches ist besser?
Keine der beiden Batteriegrößen ist allgemein „besser“. Es hängt ganz davon ab, wofür Sie sie benötigen.
Wenn Sie ein möglichst kleines Gerät und moderate Leistung/Energie benötigen, ist ein 18650er oder sogar kleinere Zellen möglicherweise immer noch die richtige Wahl. Nur weil der 21700er neuer ist und mehr Energie speichert, heißt das nicht, dass er immer die beste Wahl ist.
Wenn Sie ein Maximum an Energie und Leistung in einem relativ kompakten zylindrischen Format benötigen, ist der 21700 oft die beste Wahl. Er bietet eine deutlich höhere Leistung.
Konzentrieren Sie sich bei der Auswahl oder beim Vergleich auf die Anforderungen der Anwendung. Sehen Sie sich die Spezifikationen der einzelnen Batteriezellen (Kapazität, maximaler Entladestrom, Spannung, Lebensdauer) an und vergleichen Sie sie mit den Anforderungen Ihres Geräts. Seien Sie geduldig, wenn Sie verschiedene Zelloptionen vergleichen; die Spezifikationen können selbst bei gleicher Größe variieren.
Fazit
Der Kernpunkt ist, dass 18650 und 21700 zwei gängige Größen von Lithium-Ionen-Akkuzellen sind. Die 21700 ist etwas größer als die 18650. Diese größere Größe bedeutet, dass die 21700 im Allgemeinen eine höhere Kapazität bietet und mehr Leistung liefern kann. 18650er findet man in vielen älteren und kleineren Geräten, während 21700er zunehmend in anspruchsvollen Anwendungen wie Elektrofahrzeugen und Elektrowerkzeugen zu finden sind. Bei der Wahl zwischen beiden gilt es, die Anforderungen an Energie, Leistung, Größe und Kosten abzuwägen.
