Alimentazione di dispositivi wireless remoti: comprensione di batterie e applicazioni

È possibile massimizzare le prestazioni dei dispositivi wireless remoti alimentati a batteria combinando la giusta chimica con requisiti applicativi specifici.

I dispositivi connessi all’IIoT stanno diventando veramente wireless per il monitoraggio di ambienti off-the-grid inaccessibili. Per le applicazioni che richiedono una soluzione alimentata a batteria, esistono due tipi principali di dispositivi wireless remoti industriali.

Un tipo consuma una quantità media di energia (inclusa la corrente di fondo e gli impulsi), è misurabile in microampere ed è tipicamente alimentato da batterie al litio primarie (non ricaricabili) di livello industriale. Un altro tipo di applicazione è un dispositivo di raccolta dell’energia che consuma una quantità media di energia (inclusi corrente di fondo e impulsi), è misurabile in milliampere ed è tipicamente combinato con una batteria ricaricabile agli ioni di litio. Offerto da.

Comprendere le diverse batterie primarie (non ricaricabili)
La maggior parte dei dispositivi wireless remoti è alimentata da batterie primarie. Sono disponibili molti prodotti chimici, incluso il solfato di ferro (LiFeS)2), Biossido di litio manganese (LiMnO)2), Litio cloruro di tionile (LiSOCl)2), e ossidi metallici di litio (Tabella 1).

Tabella 1: Confronto dei tipi di batteria (Fonte: batteria Tadiran)

Le batterie al litio sono adatte per applicazioni wireless industriali grazie al loro elevato potenziale negativo intrinseco che supera tutti gli altri metalli. Essendo il metallo non gassoso più leggero, il litio fornisce la massima energia specifica (energia per unità di peso) e densità di energia (energia per unità di volume) di tutte le sostanze chimiche disponibili per batterie. Le batterie al litio funzionano all’interno del normale intervallo di tensione di corrente di esercizio compreso tra 2,7 e 3,6 V. Anche i prodotti chimici non sono acquosi, quindi è meno probabile che si congelino a temperature estreme.

Tipo di bobina LiSOCl2 Le batterie sono selezionate principalmente per l’utilizzo a lungo termine in ambienti estremi come misurazione AMR/AMI, M2M, SCADA, monitoraggio del livello del serbatoio, monitoraggio delle risorse e sensori ambientali. Tipo di bobina LiSOCl2 La cella ha la capacità e la densità di energia più elevate di qualsiasi sostanza chimica, ha il più basso tasso di autoscarica annuale (meno dell’1% all’anno in alcune celle) e consente fino a 40 anni di durata della batteria. Queste celle hanno anche l’intervallo di temperatura più ampio possibile (da ?0 C a 125 掳 C), che le rende ideali per luoghi di difficile accesso e ambienti estremi.

Comprendere l’autoscaricamento della batteria
Tutte le batterie sperimentano un certo grado di autoscarica. Questo accade naturalmente quando una reazione chimica assorbe energia, anche quando la cellula viene tagliata o immagazzinata. L’autoscarica è influenzata dall’attuale potenziale di scarica della cella, dalla purezza e qualità della materia prima e dall’effetto di passivazione.

La passivazione è unica per LiSOCl2 Una batteria contenente una sottile pellicola di cloruro di litio (LiCl) formata sulla superficie di un anodo di litio per limitare la reattività. Quando la cella viene caricata, lo strato di passivazione crea un’elevata resistenza iniziale e la tensione scende temporaneamente fino a quando la reazione di scarica inizia a consumare lo strato di LiCl. Questo processo si ripete ogni volta che il carico viene rimosso.

L’effetto di passivazione ha diversi effetti, tra cui capacità attuale, durata di conservazione, temperatura di conservazione, temperatura di scarico e condizioni di scarico precedenti. La rimozione del carico da una cella parzialmente scarica risulterà in un livello di passivazione più elevato rispetto a quando era nuova. La passivazione prolunga la durata della batteria, ma un’eccessiva passivazione può limitare eccessivamente il flusso di energia.

Altri fattori, come il potenziale di scarica della corrente della cella, il metodo di produzione e la qualità delle materie prime, influiscono sull’autoscarica della batteria. Ad esempio, tipo di bobina di alta qualità LiSOCl2 Il tasso di autoscarica della cella è di appena lo 0,7% all’anno e può mantenere il 70% della capacità originale anche dopo 40 anni. Al contrario, il tipo di bobina di bassa qualità LiSOCl2 La cella può sperimentare un tasso di autoscarica fino al 3% all’anno, perdendo il 30% della sua capacità iniziale ogni 10 anni, rendendo impossibile 40 anni di durata della batteria.

Adattamento alle applicazioni ad alto impulso
Sempre più dispositivi wireless funzionano principalmente in modalità “standby”, consumano una corrente minima e richiedono impulsi elevati regolari per alimentare le comunicazioni wireless bidirezionali.

Tipo di bobina standard LiSOCl2 A causa del design a bassa velocità della batteria, non può fornire impulsi elevati. Questo può essere superato aggiungendo un condensatore a strato ibrido brevettato (HLC).

Tipo di bobina standard LiSOCl2 La cella fornisce una bassa corrente di fondo giornaliera mentre l’HLC elabora un impulso periodico alto. L’HLC brevettato presenta anche uno speciale plateau di tensione di fine vita che può essere interpretato per fornire avvisi automatici di batteria scarica.

La durata della batteria può essere paragonata a quella delle corse
L’applicazione richiede velocità (flusso maggiore) o distanza (maggiore durata della batteria)? Questo è simile allo sprint e allo sprint.

    Fast Cell: esegue salite ripide con un numero ridotto di impulsi elevati misurabili in ampere, ottenendo una durata della batteria fino a 5 anni. Velocità media: utilizza impulsi che possono essere misurati a centinaia di milliampere, funziona su inclinazioni più piccole e raggiunge una durata della batteria fino a 10 anni. Cella a lunga durata: funziona su una pista quasi piatta con numerosi piccoli ostacoli / impulsi che possono essere misurati a decine di milliampere, creando un potenziale di durata della batteria di 40 anni. Celle a lunga durata con impulsi periodici ad alta velocità: funziona su piste quasi pianeggianti con numerosi ostacoli / impulsi più elevati che possono misurare fino a decine di ampere, creando un potenziale di durata della batteria di 40 anni. ..

(Fonte: batteria Taddy Run)

Altri fattori come la quantità di corrente consumata in modalità attiva (insieme a dimensione dell’impulso, durata, frequenza), energia consumata in modalità standby o sospensione (corrente di base) e altri fattori rendono la scelta delle batterie al litio primarie di livello industriale. Intaccare. Tempo di conservazione (la normale autoscarica durante lo stoccaggio riduce la capacità) e temperatura prevista (durante lo stoccaggio e il funzionamento sul campo). Ulteriori considerazioni includono la tensione di interruzione dell’apparecchiatura (quando la capacità della batteria è esaurita o a temperature estreme, la tensione può scendere fino a un punto in cui il sensore è troppo basso per funzionare) e il tasso di autoscarica annuale della batteria (che può avvicinarsi al importo) è compreso (della corrente prelevata dall’utilizzo medio giornaliero).

Maratona imprevedibile con risultati dei test a breve termine
Gli effetti a lungo termine di velocità di autoscarica più elevate potrebbero non essere evidenti per anni e i metodi teorici per prevedere la durata effettiva della batteria sono generalmente importanti per l’effetto di passivazione con l’esposizione a lungo termine a temperature estreme. Sottovaluto il sesso.

Se la tua applicazione richiede un’alimentazione di lunga durata, è potenzialmente possibile richiedere risultati di test a lungo termine completamente documentati e dati di test sul campo a lungo termine da dispositivi comparabili in condizioni di carico e ambientali simili. Il fornitore va valutato con attenzione. Conoscere i requisiti della batteria e dell’applicazione può aiutare a migliorare le prestazioni del dispositivo, prolungare la durata della batteria e ridurre i costi di proprietà.

Per maggiori informazioni Taddy Run

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