Peranti bersambung IIoT menjadi benar-benar tanpa wayar untuk memantau persekitaran yang sukar diakses dan di luar grid. Dalam aplikasi di mana penyelesaian berkuasa bateri diperlukan, terdapat dua jenis utama peranti tanpa wayar jauh industri.
Satu jenis menggunakan jumlah tenaga purata (termasuk arus dan denyut latar belakang), dapat diukur dalam mikro lampu, dan biasanya dikuasakan oleh bateri litium primer (tidak boleh dicas semula) industri. Jenis aplikasi yang lain menggunakan jumlah tenaga purata (termasuk arus dan denyut latar belakang), dapat diukur dalam miliamp, dan biasanya dikuasakan oleh peranti penuai tenaga dalam kombinasi dengan bateri yang boleh dicas semula ion lithium (ion Li-ion).
Memahami pelbagai bateri utama (tidak boleh dicas semula)
Sebilangan besar peranti wayarles jauh dikuasakan oleh bateri utama. Terdapat banyak kimia, termasuk besi disulfat (LiFeS2lithium mangan dioksida (LiMnO2), litium thionyl chloride (LiSOCl2), dan logam-oksida litium (Jadual 1).
Jadual 1: Perbandingan jenis bateri (Sumber: Bateri Tadiran)
Bateri litium lebih disukai untuk aplikasi tanpa wayar industri kerana potensi negatif intrinsiknya yang tinggi, yang melebihi semua logam lain. Sebagai logam tanpa gas yang paling ringan, litium menawarkan tenaga spesifik tertinggi (tenaga per unit berat) dan ketumpatan tenaga (tenaga per unit isipadu) dari semua kimia bateri yang ada. Sel Lithium beroperasi dalam arus operasi biasa voltan julat 2.7 hingga 3.6 V. Bahan kimia juga tidak berair, sehingga cenderung tidak membeku pada suhu yang melampau.
LiSOCl jenis Bobbin2 bateri biasanya dipilih untuk penyebaran jangka panjang di persekitaran yang melampau, termasuk pengukuran AMR / AMI, M2M, SCADA, pemantauan tingkat tangki, penjejakan aset, dan sensor persekitaran, untuk beberapa nama. LiSOCl jenis Bobbin2 sel mempunyai kapasiti dan ketumpatan tenaga tertinggi dari mana-mana kimia, bersama dengan kadar pelepasan diri tahunan terendah (di bawah 1% per tahun untuk sel tertentu), yang membolehkan hayat bateri hingga 40 tahun. Sel-sel ini juga mempunyai julat suhu seluas mungkin (–80˚C hingga 125 ° C), menjadikannya ideal untuk lokasi yang sukar diakses dan persekitaran yang melampau.
Memahami pengosongan diri bateri
Semua bateri mengalami sejumlah pengosongan diri, yang berlaku secara semula jadi kerana tindak balas kimia menjimatkan tenaga walaupun selnya terputus atau disimpan. Pelepasan diri dipengaruhi oleh potensi pembuangan sel semasa, kemurnian dan kualiti bahan mentah, dan kesan pasif.
Passivation adalah unik untuk LiSOCl2 bateri, yang melibatkan lapisan nipis klorida litium (LiCl) yang terbentuk di permukaan anod litium untuk mengehadkan kereaktifan. Apabila beban diletakkan di atas sel, lapisan pasivasi menyebabkan rintangan tinggi awal dan penurunan voltan sementara sehingga reaksi pelepasan mula menghilangkan lapisan LiCl - suatu proses yang berulang setiap kali beban dikeluarkan.
Kesan pasif mempunyai beberapa pengaruh, termasuk kapasiti semasa, panjang penyimpanan, suhu penyimpanan, suhu pelepasan, dan keadaan pelepasan sebelumnya. Mengeluarkan beban dari sel yang dibebaskan sebahagiannya akan meningkatkan tahap pasivasi berbanding ketika ia baru. Passivation memperpanjang jangka hayat bateri, tetapi terlalu banyak dapat menyekat aliran tenaga secara berlebihan.
Faktor lain mempengaruhi pengosongan diri bateri, termasuk potensi pelepasan sel semasa, kaedah pembuatan, dan kualiti bahan mentah. Contohnya, LiSOCl jenis bobbin berkualiti tinggi2 sel boleh mempunyai kadar pelepasan diri serendah 0.7% setahun, mengekalkan 70% dari kapasiti asalnya setelah 40 tahun. Sebaliknya, LiSOCl jenis bobbin berkualiti rendah2 sel dapat mengalami kadar pelepasan diri hingga 3% per tahun, kehilangan 30% dari kapasiti awalnya setiap 10 tahun, menjadikan masa bateri 40 tahun tidak mungkin.
Menyesuaikan diri dengan aplikasi berdenyut tinggi
Sebilangan besar peranti tanpa wayar terutamanya beroperasi dalam mod "bersedia", menarik jumlah arus minimum dan memerlukan denyutan tinggi berkala untuk menghidupkan komunikasi tanpa wayar dua hala.
LiSOCl jenis bobbin standard2 bateri tidak dapat menghantar denyutan yang tinggi kerana reka bentuk kadar rendahnya. Ini boleh diatasi dengan menambah lapisan hibrid yang dipatenkan kapasitor (HLC).
LiSOCl jenis bobbin standard2 sel memberikan arus latar belakang harian yang rendah, sementara HLC menangani denyutan tinggi berkala. HLC yang dipatenkan juga mempunyai dataran tinggi voltan akhir hayat khas yang dapat ditafsirkan untuk memberikan amaran status bateri rendah automatik.
Hayat bateri boleh dibandingkan dengan perlumbaan
Adakah aplikasi anda memerlukan kelajuan (kadar aliran lebih tinggi) atau jarak (jangka hayat bateri yang diperpanjang)? Ini sama dengan berlari berbanding lari jarak jauh:
- Sel berkadar tinggi: Berjalan naik dengan curam dengan sebilangan kecil denyutan tinggi yang dapat diukur dalam amp, sehingga daya tahan bateri maksimum hingga lima tahun.
- Sel kadar sederhana: Berjalan dengan lerengan yang lebih kecil dengan denyutan yang dapat diukur dalam beratus-ratus miliamp, sehingga jangka hayat bateri maksimum hingga 10 tahun.
- Sel jangka hayat ekstra panjang: Berjalan di landasan hampir rata dengan banyak rintangan / denyutan kecil yang dapat diukur dalam puluhan miliamp, sehingga mewujudkan potensi jangka hayat bateri selama 40 tahun.
- Sel jangka hayat ekstra panjang dengan denyut nadi berkala tinggi: Berjalan di landasan hampir rata dengan sebilangan besar rintangan / denyutan tinggi yang dapat diukur hingga puluhan amp, sehingga mewujudkan potensi jangka hayat bateri 40 tahun.
(Sumber: Baterai Tadiran)
Faktor lain mempengaruhi pilihan bateri litium primer kelas industri, termasuk jumlah arus yang digunakan dalam mod aktif (bersama dengan ukuran, tempoh, dan kekerapan denyutan), tenaga yang digunakan dalam mod siap sedia atau tidur (arus asas), masa penyimpanan (pelepasan diri yang normal semasa penyimpanan mengurangkan kapasiti), dan suhu yang diharapkan (semasa penyimpanan dan operasi di lapangan). Pertimbangan tambahan termasuk voltan pemotongan peralatan (kerana kapasiti bateri habis, atau pada suhu yang melampau, voltan boleh turun ke titik yang terlalu rendah untuk sensor beroperasi), dan kadar pelepasan diri tahunan bateri (yang dapat mendekati jumlah arus diambil dari purata penggunaan harian).
Hasil ujian jangka pendek tidak dapat meramalkan maraton
Kesan jangka panjang dari kadar pelepasan diri yang lebih tinggi mungkin tidak dapat dilihat selama bertahun-tahun, dan kaedah teori untuk meramalkan jangka hayat bateri yang sebenarnya umumnya kurang menunjukkan kepentingan kesan pasif bersama dengan pendedahan jangka panjang terhadap suhu yang melampau.
Sekiranya aplikasi anda memerlukan daya tahan lama, anda mesti menilai pembekal yang berpotensi dengan berhati-hati dengan meminta hasil ujian jangka panjang yang didokumentasikan sepenuhnya bersama dengan data ujian dalam jangka panjang yang diambil dari peranti setanding dengan beban dan keadaan persekitaran yang serupa. Mengetahui bateri dan keperluan aplikasi anda akan membantu meningkatkan prestasi peranti dan memanjangkan jangka hayat bateri untuk mengurangkan kos pemilikan.
soal Tadiran