Perangkat yang terhubung dengan IIoT menjadi benar-benar nirkabel untuk memantau lingkungan yang sulit diakses dan di luar jaringan. Dalam aplikasi yang memerlukan solusi bertenaga baterai, ada dua jenis utama perangkat nirkabel jarak jauh industri.
Satu jenis menarik jumlah energi rata-rata (termasuk arus latar belakang dan pulsa), dapat diukur dalam mikroamp, dan biasanya ditenagai oleh baterai lithium kelas industri (tidak dapat diisi ulang). Jenis aplikasi lain menggunakan jumlah energi rata-rata (termasuk arus latar belakang dan pulsa), dapat diukur dalam milliamps, dan biasanya didukung oleh perangkat penghasil energi yang dikombinasikan dengan baterai isi ulang lithium-ion (Li-ion).
Memahami berbagai baterai primer (tidak dapat diisi ulang)
Sebagian besar perangkat nirkabel jarak jauh didukung oleh baterai primer. Berbagai bahan kimia tersedia, termasuk besi disulfat (LiFeS2), litium mangan dioksida (LiMnO2), litium tionil klorida (LiSOCl2), dan litium metal-oksida (Tabel 1).
Tabel 1: Perbandingan jenis baterai (Sumber: Tadiran Batteries)
Baterai litium lebih disukai untuk aplikasi nirkabel industri karena potensi negatif intrinsiknya yang tinggi, yang melebihi semua logam lainnya. Sebagai logam non-gas paling ringan, litium menawarkan energi spesifik tertinggi (energi per satuan berat) dan kepadatan energi (energi per satuan volume) dari semua bahan kimia baterai yang tersedia. Sel litium beroperasi dalam arus operasi normal tegangan kisaran 2.7 hingga 3.6 V. Bahan kimia ini juga tidak berair, sehingga kecil kemungkinannya untuk membeku pada suhu ekstrem.
LiSOCl tipe gelendong2 baterai sebagian besar dipilih untuk penerapan jangka panjang di lingkungan ekstrem, termasuk pengukuran AMR / AMI, M2M, SCADA, pemantauan level tangki, pelacakan aset, dan sensor lingkungan, untuk beberapa nama. LiSOCl tipe gelendong2 sel memiliki kapasitas dan kepadatan energi tertinggi dari bahan kimia apa pun, bersama dengan laju pelepasan diri tahunan terendah (di bawah 1% per tahun untuk sel tertentu), memungkinkan masa pakai baterai hingga 40 tahun. Sel-sel ini juga memiliki kisaran suhu terluas (–80˚C hingga 125 ° C), menjadikannya ideal untuk lokasi yang sulit diakses dan lingkungan yang ekstrem.
Memahami pelepasan sendiri baterai
Semua baterai mengalami sejumlah pelepasan sendiri, yang terjadi secara alami karena reaksi kimia menghabiskan energi bahkan saat sel terputus atau dalam penyimpanan. Self-discharge dipengaruhi oleh potensi pelepasan arus sel, kemurnian dan kualitas bahan mentah, dan efek passivasi.
Pasif adalah unik untuk LiSOCl2 baterai, melibatkan lapisan tipis litium klorida (LiCl) yang terbentuk di permukaan anoda litium untuk membatasi reaktivitas. Ketika beban ditempatkan pada sel, lapisan passivasi menyebabkan resistansi tinggi awal dan penurunan tegangan sementara sampai reaksi pelepasan mulai menghilangkan lapisan LiCl - sebuah proses yang berulang setiap kali beban dilepas.
Efek passivasi memiliki beberapa pengaruh, termasuk kapasitas arus, lama penyimpanan, suhu penyimpanan, suhu pelepasan, dan kondisi pelepasan sebelumnya. Menghapus beban dari sel yang kosong sebagian akan meningkatkan tingkat passivasi relatif saat masih baru. Pasif memperpanjang masa pakai baterai, tetapi terlalu banyak hal tersebut dapat membatasi aliran energi secara berlebihan.
Faktor lain yang memengaruhi pelepasan sendiri baterai, termasuk potensi pelepasan arus sel, metode pembuatan, dan kualitas bahan mentah. Misalnya, LiSOCl tipe gelendong berkualitas tinggi2 sel dapat menampilkan tingkat self-discharge serendah 0.7% per tahun, mempertahankan 70% dari kapasitas aslinya setelah 40 tahun. Sebaliknya, LiSOCl tipe bobbin berkualitas lebih rendah2 Sel dapat mengalami tingkat pengosongan sendiri hingga 3% per tahun, kehilangan 30% dari kapasitas awalnya setiap 10 tahun, membuat masa pakai baterai 40 tahun menjadi tidak mungkin.
Beradaptasi dengan aplikasi berdenyut tinggi
Semakin banyak perangkat nirkabel yang beroperasi dalam mode "siaga", menarik arus dalam jumlah minimal dan membutuhkan pulsa tinggi secara berkala untuk memberi daya pada komunikasi nirkabel dua arah.
LiSOCl tipe bobbin standar2 baterai tidak dapat menghasilkan pulsa tinggi karena desainnya yang berkecepatan rendah. Hal ini dapat diatasi dengan menambahkan lapisan hybrid yang dipatenkan kapasitor (HLC).
LiSOCl tipe gelendong standar2 sel memberikan arus latar belakang harian yang rendah, sedangkan HLC menangani pulsa tinggi secara berkala. HLC yang dipatenkan juga dilengkapi dengan dataran tinggi tegangan akhir masa pakai khusus yang dapat diinterpretasikan untuk memberikan peringatan status baterai rendah otomatis.
Daya tahan baterai dapat dibandingkan dengan balapan
Apakah aplikasi Anda memerlukan kecepatan (laju aliran lebih tinggi) atau jarak (masa pakai baterai lebih lama)? Ini serupa dengan lari cepat versus lari jarak jauh:
- Sel kecepatan tinggi: Berlari menanjak tajam dengan sejumlah kecil pulsa tinggi yang dapat diukur dalam amp, menghasilkan masa pakai baterai maksimum hingga lima tahun.
- Sel kecepatan sedang: Berlari dengan kemiringan yang lebih kecil dengan denyut nadi terukur dalam ratusan miliampere, menghasilkan masa pakai baterai maksimum hingga 10 tahun.
- Sel dengan masa pakai ekstra panjang: Berjalan di trek yang hampir datar dengan banyak rintangan / denyut kecil yang dapat diukur dalam puluhan miliamp, sehingga menciptakan potensi masa pakai baterai 40 tahun.
- Sel dengan masa pakai ekstra panjang dengan pulsa kecepatan tinggi secara berkala: Jalankan di trek yang hampir datar dengan sejumlah besar rintangan / pulsa lebih tinggi yang dapat diukur hingga puluhan amp, sehingga menciptakan potensi masa pakai baterai 40 tahun.
(Sumber: Tadiran Batteries)
Faktor lain yang memengaruhi pilihan baterai lithium primer kelas industri, termasuk jumlah arus yang dikonsumsi dalam mode aktif (bersama dengan ukuran, durasi, dan frekuensi pulsa), energi yang dikonsumsi dalam mode siaga atau tidur (arus basis), waktu penyimpanan (pelepasan sendiri normal selama penyimpanan mengurangi kapasitas), dan suhu yang diharapkan (selama penyimpanan dan operasi di lapangan). Pertimbangan tambahan termasuk voltase pemutusan peralatan (karena kapasitas baterai habis, atau dalam suhu ekstrem, voltase dapat turun ke titik yang terlalu rendah untuk dioperasikan sensor), dan laju pelepasan otomatis tahunan baterai (yang dapat mendekati jumlah tersebut. arus yang diambil dari penggunaan sehari-hari rata-rata).
Hasil tes jangka pendek tidak dapat memprediksi maraton
Dampak jangka panjang dari tingkat self-discharge yang lebih tinggi mungkin tidak terlihat selama bertahun-tahun, dan metode teoritis untuk memprediksi masa pakai baterai yang sebenarnya umumnya kurang menggambarkan pentingnya efek passivasi bersama dengan paparan jangka panjang terhadap suhu ekstrim.
Jika aplikasi Anda menuntut daya tahan lama, Anda harus mengevaluasi pemasok potensial secara hati-hati dengan meminta hasil uji jangka panjang yang terdokumentasi lengkap bersama dengan data uji lapangan jangka panjang yang diambil dari perangkat yang sebanding dengan beban dan kondisi lingkungan yang serupa. Mengetahui baterai Anda dan persyaratan aplikasi Anda akan membantu meningkatkan kinerja perangkat dan memperpanjang masa pakai baterai untuk mengurangi biaya kepemilikan.
tentang Tadiran