อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ IIoT กำลังกลายเป็นอุปกรณ์ไร้สายอย่างแท้จริงเพื่อตรวจสอบสภาพแวดล้อมที่เข้าถึงยากและนอกกริด ในแอพพลิเคชั่นที่ต้องการโซลูชันที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่อุปกรณ์ไร้สายระยะไกลสำหรับอุตสาหกรรมมีอยู่สองประเภทหลัก ๆ
ประเภทหนึ่งดึงพลังงานจำนวนโดยเฉลี่ย (รวมถึงกระแสไฟฟ้าเบื้องหลังและพัลส์) สามารถวัดได้ในไมโครแอมป์และโดยทั่วไปใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมหลักระดับอุตสาหกรรม (ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้) แอปพลิเคชันประเภทอื่นใช้พลังงานโดยเฉลี่ย (รวมถึงกระแสไฟฟ้าเบื้องหลังและพัลส์) สามารถวัดได้ในหน่วยมิลลิแอมป์และโดยทั่วไปใช้พลังงานจากอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานร่วมกับแบตเตอรี่แบบชาร์จลิเธียมไอออน (Li-ion)
ทำความเข้าใจเกี่ยวกับแบตเตอรี่หลักต่างๆ (ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้)
อุปกรณ์ไร้สายระยะไกลส่วนใหญ่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่หลัก มีสารเคมีมากมายรวมทั้งเหล็กไดซัลเฟต (LiFeS2) ลิเทียมแมงกานีสไดออกไซด์ (LiMnO2), ลิเธียมไธโอนิลคลอไรด์ (LiSOCl2) และลิเธียมเมทัลออกไซด์ (1 ตาราง).
ตารางที่ 1: การเปรียบเทียบประเภทแบตเตอรี่ (ที่มา: แบตเตอรี่ Tadiran)
แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานแบบไร้สายในอุตสาหกรรมเนื่องจากมีศักยภาพเชิงลบที่อยู่ภายในสูงซึ่งสูงกว่าโลหะอื่น ๆ ทั้งหมด ในฐานะโลหะที่ไม่ใช่ก๊าซที่เบาที่สุดลิเธียมให้พลังงานจำเพาะสูงสุด (พลังงานต่อหน่วยน้ำหนัก) และความหนาแน่นของพลังงาน (พลังงานต่อหน่วยปริมาตร) ของเคมีแบตเตอรี่ทั้งหมดที่มีอยู่ เซลล์ลิเธียมทำงานภายในกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานได้ตามปกติ แรงดันไฟฟ้า ช่วง 2.7 ถึง 3.6 V. นอกจากนี้สารเคมียังไม่เป็นน้ำจึงมีโอกาสน้อยที่จะแข็งตัวในอุณหภูมิที่สูงเกินไป
LiSOCl แบบกระสวย2 แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ได้รับการคัดเลือกสำหรับการใช้งานระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงรวมถึงการวัด AMR / AMI, M2M, SCADA, การตรวจสอบระดับรถถัง, การติดตามทรัพย์สินและเซ็นเซอร์ด้านสิ่งแวดล้อม LiSOCl แบบกระสวย2 เซลล์มีความจุและความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดของสารเคมีใด ๆ พร้อมกับอัตราการปลดปล่อยตัวเองต่อปีต่ำสุด (ต่ำกว่า 1% ต่อปีสำหรับเซลล์บางชนิด) ทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่นานถึง 40 ปี เซลล์เหล่านี้ยังมีช่วงอุณหภูมิที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (–80˚C ถึง 125 ° C) ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานที่ที่เข้าถึงยากและสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการคายประจุแบตเตอรี่ด้วยตัวเอง
แบตเตอรี่ทั้งหมดมีการปลดปล่อยตัวเองจำนวนหนึ่งซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีดูดซับพลังงานแม้ว่าเซลล์จะถูกตัดการเชื่อมต่อหรืออยู่ในที่จัดเก็บก็ตาม การปลดปล่อยตัวเองได้รับอิทธิพลจากศักยภาพในการปลดปล่อยกระแสของเซลล์ความบริสุทธิ์และคุณภาพของวัตถุดิบและผลของการทู่
Passivation เป็นเอกลักษณ์ของ LiSOCl2 แบตเตอรี่ซึ่งเกี่ยวข้องกับฟิล์มบาง ๆ ของลิเธียมคลอไรด์ (LiCl) ซึ่งก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของขั้วบวกลิเธียมเพื่อ จำกัด การเกิดปฏิกิริยา เมื่อวางโหลดลงบนเซลล์ชั้นพาสซีฟจะทำให้เกิดความต้านทานสูงเริ่มต้นและแรงดันไฟฟ้าลดลงชั่วคราวจนกว่าปฏิกิริยาการคายประจุจะเริ่มกระจายชั้น LiCl ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำซ้ำทุกครั้งที่โหลดออก
เอฟเฟกต์การพาสซีฟมีอิทธิพลหลายประการรวมถึงความจุกระแสไฟฟ้าความยาวของการจัดเก็บอุณหภูมิในการจัดเก็บอุณหภูมิการปล่อยและเงื่อนไขการปล่อยก่อนหน้านี้ การถอดโหลดออกจากเซลล์ที่ปล่อยออกมาบางส่วนจะเพิ่มระดับการพาสซีฟเมื่อเทียบกับตอนใหม่ Passivation ยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ แต่มากเกินไปอาจ จำกัด การไหลของพลังงานมากเกินไป
ปัจจัยอื่น ๆ มีผลต่อการคายประจุของแบตเตอรี่เองรวมถึงศักยภาพในการคายประจุของเซลล์วิธีการผลิตและคุณภาพของวัตถุดิบ ตัวอย่างเช่น LiSOCl ชนิดไส้กระสวยคุณภาพสูง2 เซลล์สามารถมีอัตราการปลดปล่อยตัวเองต่ำถึง 0.7% ต่อปีโดยรักษา 70% ของกำลังการผลิตเดิมหลังจาก 40 ปี ในทางตรงกันข้าม LiSOCl ประเภทกระสวยที่มีคุณภาพต่ำกว่า2 เซลล์สามารถพบอัตราการปลดปล่อยตัวเองสูงถึง 3% ต่อปีโดยสูญเสีย 30% ของความจุเริ่มต้นทุกๆ 10 ปีทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ 40 ปีเป็นไปไม่ได้
ปรับให้เข้ากับแอพพลิเคชั่นที่มีพัลส์สูง
อุปกรณ์ไร้สายจำนวนมากขึ้นโดยส่วนใหญ่ทำงานในโหมด "สแตนด์บาย" โดยใช้กระแสไฟฟ้าน้อยที่สุดและต้องใช้พัลส์สูงเป็นระยะเพื่อให้พลังงานการสื่อสารไร้สายสองทาง
LiSOCl ชนิดไส้กระสวยมาตรฐาน2 แบตเตอรี่ไม่สามารถส่งพัลส์สูงได้เนื่องจากการออกแบบที่มีอัตราต่ำ สามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มเลเยอร์ไฮบริดที่ได้รับสิทธิบัตร capacitor (ฮลค).
LiSOCl ชนิดไส้กระสวยมาตรฐาน2 เซลล์ให้กระแสไฟฟ้าเบื้องหลังรายวันต่ำในขณะที่ HLC จัดการกับพัลส์สูงเป็นระยะ HLC ที่จดสิทธิบัตรแล้วยังมีที่ราบสูงแรงดันไฟฟ้าที่หมดอายุการใช้งานแบบพิเศษที่สามารถตีความได้เพื่อแจ้งเตือนสถานะแบตเตอรี่ต่ำโดยอัตโนมัติ
อายุการใช้งานแบตเตอรี่สามารถเทียบได้กับการแข่งขัน
แอปพลิเคชันของคุณต้องการความเร็ว (อัตราการไหลที่สูงขึ้น) หรือระยะทาง (ยืดอายุแบตเตอรี่) หรือไม่? สิ่งนี้คล้ายคลึงกับการวิ่งและการวิ่งระยะไกล:
- เซลล์อัตราสูง: วิ่งขึ้นเนินสูงชันด้วยพัลส์สูงจำนวนเล็กน้อยที่วัดได้ในแอมป์ส่งผลให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สูงสุดถึงห้าปี
- เซลล์อัตราปานกลาง: ทำงานด้วยความเอียงที่น้อยลงพร้อมพัลส์ที่วัดได้เป็นร้อยมิลลิแอมป์ส่งผลให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สูงสุดถึง 10 ปี
- เซลล์ที่มีอายุการใช้งานยาวนานเป็นพิเศษ: วิ่งบนแทร็กเกือบแบนพร้อมกับอุปสรรค / พัลส์ขนาดเล็กจำนวนมากที่วัดได้เป็นหลายสิบมิลลิแอมป์จึงสร้างศักยภาพในการใช้งานแบตเตอรี่ 40 ปี
- เซลล์ที่มีอายุการใช้งานยาวนานเป็นพิเศษพร้อมพัลส์อัตราสูงเป็นระยะ: วิ่งบนแทร็กเกือบแบนพร้อมกับอุปสรรค์ / พัลส์ที่สูงขึ้นจำนวนมากซึ่งวัดได้ถึงหลายสิบแอมป์จึงสร้างศักยภาพในการใช้งานแบตเตอรี่ 40 ปี
(ที่มา: Tadiran Batteries)
ปัจจัยอื่น ๆ ที่มีอิทธิพลต่อการเลือกใช้แบตเตอรี่ลิเธียมหลักระดับอุตสาหกรรมรวมถึงปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในโหมดแอคทีฟ (รวมถึงขนาดระยะเวลาและความถี่ของพัลส์) พลังงานที่ใช้ในโหมดสแตนด์บายหรือโหมดสลีป (กระแสไฟฟ้าพื้นฐาน) เวลาในการจัดเก็บ (การคายประจุเองตามปกติในระหว่างการจัดเก็บจะลดความจุลง) และอุณหภูมิที่คาดไว้ (ระหว่างการจัดเก็บและการทำงานในภาคสนาม) ข้อควรพิจารณาเพิ่มเติมรวมถึงแรงดันไฟฟ้าตัดอุปกรณ์ (เนื่องจากความจุของแบตเตอรี่หมดหรือในอุณหภูมิที่สูงมากแรงดันไฟฟ้าอาจลดลงถึงจุดที่ต่ำเกินไปสำหรับเซ็นเซอร์ที่จะทำงาน) และอัตราการคายประจุแบตเตอรี่เองในแต่ละปี (ซึ่งอาจเข้าใกล้ปริมาณ ของกระแสที่ดึงมาจากการใช้งานเฉลี่ยต่อวัน)
ผลการทดสอบระยะสั้นไม่สามารถทำนายการวิ่งมาราธอนได้
ผลกระทบในระยะยาวของอัตราการปลดปล่อยตัวเองที่สูงขึ้นอาจไม่ปรากฏชัดเจนเป็นเวลาหลายปีและวิธีการทางทฤษฎีในการทำนายอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่แท้จริงโดยทั่วไปไม่ได้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของเอฟเฟกต์การพาสซีฟพร้อมกับการสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงเป็นเวลานาน
หากแอปพลิเคชันของคุณต้องการพลังงานที่มีอายุการใช้งานยาวนานคุณต้องประเมินซัพพลายเออร์ที่มีศักยภาพอย่างรอบคอบโดยขอเอกสารผลการทดสอบระยะยาวที่มีเอกสารครบถ้วนพร้อมกับข้อมูลการทดสอบในภาคสนามระยะยาวที่นำมาจากอุปกรณ์ที่เทียบเคียงได้ภายใต้ภาระและสภาพแวดล้อมที่ใกล้เคียงกัน การรู้แบตเตอรี่และข้อกำหนดการใช้งานของคุณจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่เพื่อลดต้นทุนในการเป็นเจ้าของ
เกี่ยวกับ Tadiran