IIoTに接続されたデバイスは、アクセスが困難なオフグリッド環境を監視するための真のワイヤレスになりつつあります。 バッテリ駆動のソリューションが必要なアプリケーションでは、産業用リモートワイヤレスデバイスには主にXNUMXつのタイプがあります。
XNUMXつのタイプは、平均量のエネルギー（バックグラウンド電流とパルスを含む）を消費し、マイクロアンペアで測定可能であり、通常、工業用グレードの一次（非充電式）リチウム電池で駆動されます。 もうXNUMXつのタイプのアプリケーションは、平均量のエネルギー（バックグラウンド電流とパルスを含む）を消費し、ミリアンペアで測定可能であり、通常、リチウムイオン（Li-ion）充電式バッテリーと組み合わせた環境発電デバイスによって電力を供給されます。
さまざまな一次（非充電式）バッテリーを理解する
リモートワイヤレスデバイスの大部分は、一次電池で駆動されます。 二硫酸鉄（LiFeS）を含む多くの化学物質が利用可能です2）、二酸化マンガンリチウム（LiMnO2）、塩化チオニルリチウム（LiSOCl2）、およびリチウム金属酸化物（テーブル1).
表1：バッテリータイプの比較（出典：Tadiranバッテリー）
リチウム電池は、他のすべての金属を超える高い固有の負電位のため、産業用ワイヤレスアプリケーションに適しています。 リチウムは、最も軽い非ガス状金属として、利用可能なすべての電池化学物質の中で最も高い比エネルギー（単位重量あたりのエネルギー）とエネルギー密度（単位体積あたりのエネルギー）を提供します。 リチウム電池は通常の動作電流内で動作します 電圧 2.7〜3.6 Vの範囲です。化学物質も非水性であるため、極端な温度で凍結する可能性は低くなります。
ボビン型LiSOCl2 バッテリーは、AMR / AMIメータリング、M2M、SCADA、タンクレベルの監視、資産追跡、環境センサーなど、極端な環境での長期的な展開に主に選択されます。 ボビン型LiSOCl2 セルは、あらゆる化学物質の中で最高の容量とエネルギー密度を備え、最低の年間自己放電率（特定のセルでは年間1％未満）を備えており、最大40年のバッテリー寿命を可能にします。 これらのセルは、可能な限り広い温度範囲（–80°C〜125°C）も備えているため、アクセスが困難な場所や極端な環境に最適です。
バッテリーの自己放電を理解する
すべてのバッテリーはある程度の自己放電を経験します。これは、セルが切断されているときや保管されているときでも、化学反応がエネルギーを吸収するときに自然に発生します。 自己放電は、セルの電流放電電位、原材料の純度と品質、およびパッシベーション効果の影響を受けます。
パッシベーションはLiSOClに固有です2 反応性を制限するためにリチウムアノードの表面に形成される塩化リチウム（LiCl）の薄膜を含む電池。 セルに負荷がかかると、パッシベーション層によって初期の高抵抗が発生し、放電反応によってLiCl層が消費され始めるまで一時的に電圧が低下します。このプロセスは、負荷が取り除かれるたびに繰り返されます。
不動態化効果には、電流容量、保管期間、保管温度、放電温度、以前の放電条件など、いくつかの影響があります。 部分的に放電されたセルから負荷を取り除くと、新品のときと比較してパッシベーションのレベルが高くなります。 パッシベーションはバッテリーの寿命を延ばしますが、パッシベーションが多すぎるとエネルギーの流れが過度に制限される可能性があります。
セルの電流放電電位、製造方法、原材料の品質など、その他の要因がバッテリーの自己放電に影響を与えます。 たとえば、高品質のボビンタイプのLiSOCl2 セルの自己放電率は年間0.7％と低く、70年後も元の容量の40％を維持できます。 対照的に、低品質のボビンタイプのLiSOCl2 セルは、年間最大3％の自己放電率を経験する可能性があり、30年ごとに初期容量の10％を失い、40年のバッテリー寿命を不可能にします。
高パルスアプリケーションへの適応
ますます多くのワイヤレスデバイスが主に「スタンバイ」モードで動作し、最小限の電流を消費し、双方向ワイヤレス通信に電力を供給するために定期的な高パルスを必要とします。
標準ボビンタイプLiSOCl2 バッテリーは低レート設計のため、高パルスを供給できません。この問題は、特許取得済みのハイブリッド層を追加することで解決できます。 コンデンサ (HLC)。
標準のボビンタイプのLiSOCl2 HLCが周期的な高パルスを処理している間、セルは低い毎日のバックグラウンド電流を供給します。 特許取得済みのHLCは、バッテリー低下状態の自動アラートを配信するように解釈できる、特別な寿命末期の電圧プラトーも備えています。
バッテリー寿命はレースと比較することができます
アプリケーションには速度（より高い流量）または距離（バッテリー寿命の延長）が必要ですか？ これは、スプリントと長距離走に似ています。
- 高速セル：アンペアで測定可能な少数の高パルスで急な上り坂を実行し、最大XNUMX年のバッテリー寿命を実現します。
- 中速セル：数百ミリアンペアで測定可能なパルスを使用して、より小さな傾斜で実行し、最大10年のバッテリー寿命を実現します。
- 超長寿命セル：数十ミリアンペアで測定可能な多数の小さなハードル/パルスを備えたほぼ平坦なトラックで実行するため、40年のバッテリー寿命の可能性が生まれます。
- 周期的な高速パルスを備えた超長寿命セル：数十アンペアまで測定可能な多数のより高いハードル/パルスを備えたほぼ平坦なトラックで実行するため、40年のバッテリー寿命の可能性が生まれます。
（出典：タディラン電池）
アクティブモードで消費される電流量（パルスのサイズ、持続時間、周波数とともに）、スタンバイモードまたはスリープモードで消費されるエネルギー（ベース電流）など、その他の要因が工業用グレードの一次リチウム電池の選択に影響を与えます。保管時間（保管中の通常の自己放電により容量が減少します）、および予想される温度（保管中およびフィールドでの操作中）。 追加の考慮事項には、機器のカットオフ電圧（バッテリー容量が使い果たされたとき、または極端な温度では、電圧がセンサーが動作するには低すぎるポイントに低下する可能性があります）、およびバッテリーの年間自己放電率（量に近づく可能性があります）が含まれます平均的な毎日の使用から引き出された電流の）。
短期間のテスト結果ではマラソンを予測できません
より高い自己放電率の長期的な影響は何年も明らかにならない可能性があり、実際のバッテリ寿命を予測する理論的方法は、一般に、極端な温度への長期暴露とともに不動態化効果の重要性を過小評価しています。
アプリケーションで長寿命の電力が必要な場合は、完全に文書化された長期テスト結果と、同様の負荷および環境条件下で同等のデバイスから取得した長期フィールドテストデータを要求することにより、潜在的なサプライヤを慎重に評価する必要があります。 バッテリーとアプリケーションの要件を知ることは、デバイスのパフォーマンスを向上させ、バッテリーの寿命を延ばして所有コストを削減するのに役立ちます。
タディランについて