IIoT 연결 장치는 액세스하기 어렵고 그리드 외부 환경을 모니터링하기 위해 진정한 무선화되고 있습니다. 배터리 구동 솔루션이 필요한 애플리케이션에는 두 가지 주요 유형의 산업용 원격 무선 장치가 있습니다.
한 가지 유형은 평균 에너지량(배경 전류 및 펄스 포함)을 끌어오고, 마이크로암페어 단위로 측정 가능하며, 일반적으로 산업용 등급의 XNUMX차(비충전식) 리튬 배터리로 전원을 공급합니다. 다른 유형의 애플리케이션은 평균 에너지량(배경 전류 및 펄스 포함)을 끌어오고 밀리암페어 단위로 측정 가능하며 일반적으로 리튬 이온(Li-ion) 충전용 배터리와 결합된 에너지 수확 장치를 통해 전력을 공급받습니다.
다양한 XNUMX차(비충전식) 배터리 이해
대부분의 원격 무선 장치는 기본 배터리로 전원을 공급받습니다. 이황산철(LiFeS)을 포함한 다양한 화학 물질을 사용할 수 있습니다.2), 리튬 이산화망간(LiMnO2), 염화티오닐리튬(LiSOCl)2) 및 리튬 금속 산화물(표 1).
표 1: 배터리 유형 비교(출처: Tadiran Batteries)
리튬 배터리는 다른 모든 금속보다 높은 고유 음전위로 인해 산업용 무선 애플리케이션에 선호됩니다. 가장 가벼운 비기체 금속인 리튬은 사용 가능한 모든 배터리 화학 물질 중에서 가장 높은 비에너지(단위 중량당 에너지)와 에너지 밀도(단위 부피당 에너지)를 제공합니다. 리튬 셀은 정상 작동 전류 내에서 작동합니다. 전압 범위는 2.7 ~ 3.6V입니다. 화학 물질은 비수성이므로 극한의 온도에서도 얼 가능성이 적습니다.
보빈형 LiSOCl2 배터리는 AMR/AMI 계량, M2M, SCADA, 탱크 수준 모니터링, 자산 추적, 환경 센서 등 극한 환경에서의 장기 배포를 위해 주로 선택됩니다. 보빈형 LiSOCl2 셀은 모든 화학 물질 중에서 가장 높은 용량과 에너지 밀도를 갖추고 있으며 연간 자체 방전율이 가장 낮습니다(특정 셀의 경우 연간 1% 미만). 최대 40년의 배터리 수명이 가능합니다. 또한 이 셀은 가능한 가장 넓은 온도 범위(–80˚C ~ 125°C)를 갖추고 있어 접근하기 어려운 위치와 극한 환경에 이상적입니다.
배터리 자체 방전 이해
모든 배터리에는 어느 정도의 자체 방전이 발생하는데, 이는 셀이 분리되거나 보관되는 동안에도 화학 반응으로 에너지가 소모되면서 자연적으로 발생합니다. 자체 방전은 셀의 전류 방전 전위, 원자재의 순도 및 품질, 부동태화 효과의 영향을 받습니다.
부동태화는 LiSOCl에 고유합니다.2 반응성을 제한하기 위해 리튬 양극 표면에 형성되는 염화리튬(LiCl)의 얇은 막이 포함된 배터리입니다. 셀에 부하가 가해지면 패시베이션 층은 초기에 높은 저항을 일으키고 방전 반응이 LiCl 층을 소멸시키기 시작할 때까지 일시적인 전압 강하를 유발합니다. 이 과정은 부하가 제거될 때마다 반복됩니다.
부동태화 효과는 전류 용량, 보관 기간, 보관 온도, 방전 온도 및 이전 방전 조건을 비롯한 여러 가지 영향을 미칩니다. 부분적으로 방전된 셀에서 부하를 제거하면 새 셀에 비해 부동태화 수준이 높아집니다. 패시베이션은 배터리 수명을 연장하지만 너무 많으면 에너지 흐름을 과도하게 제한할 수 있습니다.
셀의 전류 방전 전위, 제조 방법, 원자재 품질 등 다른 요인도 배터리 자체 방전에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 고품질 보빈형 LiSOCl2 셀의 자체 방전율은 연간 0.7%로 낮아 70년 후에도 원래 용량의 40%를 유지합니다. 대조적으로, 품질이 낮은 보빈형 LiSOCl2 셀은 연간 최대 3%의 자체 방전율을 경험할 수 있으며, 30년마다 초기 용량의 10%가 손실되어 40년 배터리 수명이 불가능합니다.
높은 펄스 애플리케이션에 적응
점점 더 많은 무선 장치가 주로 "대기" 모드에서 작동하여 최소한의 전류를 소비하고 양방향 무선 통신에 전력을 공급하기 위해 주기적인 높은 펄스가 필요합니다.
표준 보빈형 LiSOCl2 배터리는 저율 설계로 인해 높은 펄스를 전달할 수 없습니다. 이는 특허 받은 하이브리드 레이어를 추가하여 극복할 수 있습니다. 콘덴서 (HLC).
표준 보빈형 LiSOCl2 셀은 낮은 일일 배경 전류를 전달하는 반면 HLC는 주기적으로 높은 펄스를 처리합니다. 특허 받은 HLC는 또한 자동 배터리 부족 상태 경고를 전달하도록 해석할 수 있는 특수 수명 종료 전압 안정기를 특징으로 합니다.
배터리 수명은 경주에 비유될 수 있습니다.
귀하의 응용 분야에 속도(더 높은 유속) 또는 거리(배터리 수명 연장)가 필요합니까? 이는 단거리 달리기와 장거리 달리기와 유사합니다.
- 고속 셀: 암페어 단위로 측정할 수 있는 소수의 높은 펄스로 가파른 오르막길을 주행할 수 있어 최대 배터리 수명이 최대 XNUMX년입니다.
- 중간 속도 셀: 수백 밀리암페어로 측정 가능한 펄스로 더 작은 경사로 작동하여 최대 배터리 수명이 최대 10년입니다.
- 수명이 매우 긴 셀: 수십 밀리암페어로 측정할 수 있는 수많은 작은 장애물/펄스가 있는 거의 평탄한 트랙에서 작동하므로 배터리 수명이 40년에 달할 가능성이 있습니다.
- 주기적인 고속 펄스를 제공하는 매우 긴 수명의 셀: 최대 수십 암페어까지 측정할 수 있는 많은 장애물/펄스가 있는 거의 평평한 트랙에서 실행되므로 40년의 배터리 수명이 가능합니다.
(출처: Tadiran 배터리)
활성 모드에서 소비되는 전류량(펄스의 크기, 지속 시간 및 주파수와 함께), 대기 모드 또는 절전 모드에서 소비되는 에너지(기본 전류)를 포함한 다른 요인들이 산업용 등급 XNUMX차 리튬 배터리 선택에 영향을 미칩니다. 보관 시간(보관 중 정상적인 자가 방전으로 인해 용량이 감소함) 및 예상 온도(보관 및 현장 작동 중). 추가 고려 사항에는 장비 차단 전압(배터리 용량이 소진되거나 극한의 온도에서 센서가 작동하기에는 너무 낮은 지점으로 전압이 떨어질 수 있음) 및 배터리의 연간 자체 방전율(배터리 용량에 근접할 수 있음)이 포함됩니다. 평균 일일 사용에서 가져온 전류).
단기 테스트 결과로는 마라톤을 예측할 수 없습니다
더 높은 자체 방전율의 장기적인 영향은 수년간 명확하지 않을 수 있으며, 실제 배터리 수명을 예측하는 이론적 방법은 일반적으로 극한 온도에 대한 장기간 노출과 함께 패시베이션 효과의 중요성을 과소평가합니다.
애플리케이션에 긴 수명의 전력이 필요한 경우 유사한 부하 및 환경 조건에서 유사한 장치에서 가져온 장기 현장 테스트 데이터와 함께 완전히 문서화된 장기 테스트 결과를 요청하여 잠재적 공급업체를 신중하게 평가해야 합니다. 배터리와 애플리케이션 요구 사항을 알면 장치 성능을 개선하고 배터리 수명을 연장하여 소유 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.
타디란에 대해