IIoT bağlantılı cihazlar, erişilmesi zor ve şebeke dışı ortamları izlemek için gerçek anlamda kablosuz hale geliyor. Pille çalışan çözümlerin gerekli olduğu uygulamalarda, endüstriyel uzak kablosuz cihazların iki ana türü vardır.
Bir tür, ortalama miktarda enerji çeker (arka plan akımı ve darbeler dahil), mikroamper cinsinden ölçülebilir ve genellikle endüstriyel sınıf birincil (şarj edilemeyen) lityum pillerle çalıştırılır. Diğer uygulama türü ortalama miktarda enerji çeker (arka plan akımı ve darbeler dahil), miliamper cinsinden ölçülebilir ve tipik olarak lityum iyon (Li-ion) şarj edilebilir pil ile birlikte bir enerji toplama cihazı tarafından çalıştırılır.
Çeşitli birincil (şarj edilemeyen) pilleri anlama
Uzaktaki kablosuz cihazların büyük çoğunluğu birincil pillerle çalışır. Demir disülfat (LiFeS) dahil olmak üzere çok sayıda kimya mevcuttur.2), lityum manganez dioksit (LiMnO2), lityum tiyonil klorür (LiSOCl2) ve lityum metal oksit (Tablo 1).
Tablo 1: Pil türlerinin karşılaştırılması (Kaynak: Tadiran Pilleri)
Lityum piller, diğer tüm metalleri aşan yüksek içsel negatif potansiyeli nedeniyle endüstriyel kablosuz uygulamalarda tercih edilir. Gaz halinde olmayan en hafif metal olan lityum, mevcut tüm pil kimyaları arasında en yüksek spesifik enerjiyi (birim ağırlık başına enerji) ve enerji yoğunluğunu (birim hacim başına enerji) sunar. Lityum hücreler normal çalışma akımı dahilinde çalışır Voltaj 2.7 ila 3.6 V aralığı. Kimyasallar da sulu değildir, dolayısıyla aşırı sıcaklıklarda donma olasılığı daha düşüktür.
Bobin tipi LiSOCl2 piller ağırlıklı olarak AMR/AMI ölçümü, M2M, SCADA, tank seviyesi izleme, varlık takibi ve çevresel sensörler dahil zorlu ortamlardaki uzun vadeli dağıtımlar için seçiliyor. Bobin tipi LiSOCl2 Hücreler, tüm kimya ürünleri arasında en yüksek kapasite ve enerji yoğunluğunun yanı sıra en düşük yıllık kendi kendine deşarj oranına (belirli hücreler için yılda %1'in altında) sahiptir ve 40 yıla kadar pil ömrü sağlar. Bu hücreler aynı zamanda mümkün olan en geniş sıcaklık aralığına (-80˚C ila 125°C) sahiptir, bu da onları erişilmesi zor yerler ve zorlu ortamlar için ideal kılar.
Pilin kendi kendine deşarjını anlama
Tüm piller, hücre bağlantısı kesildiğinde veya depodayken bile kimyasal reaksiyonların enerjiyi tüketmesi nedeniyle doğal olarak meydana gelen bir miktar kendi kendine deşarj yaşar. Kendi kendine deşarj, hücrenin mevcut deşarj potansiyelinden, ham maddelerin saflığı ve kalitesinden ve pasifleştirme etkisinden etkilenir.
Pasivasyon LiSOCl'ye özgüdür2 Reaktiviteyi sınırlamak için lityum anotun yüzeyinde oluşan ince bir lityum klorür (LiCl) filmi içeren piller. Hücreye bir yük yerleştirildiğinde, pasifleştirme katmanı başlangıçta yüksek dirence ve voltajda geçici bir düşüşe neden olur, ta ki deşarj reaksiyonu LiCl katmanını dağıtmaya başlayana kadar; yük her kaldırıldığında kendini tekrarlayan bir süreç.
Pasifleştirme etkisinin mevcut kapasite, depolama süresi, depolama sıcaklığı, boşaltma sıcaklığı ve önceki boşaltma koşulları dahil olmak üzere çeşitli etkileri vardır. Kısmen boşalmış bir hücreden yükün kaldırılması, yeni olduğu zamana göre pasifleştirme seviyesini artırır. Pasivasyon pil ömrünü uzatır, ancak çok fazlası enerji akışını aşırı derecede kısıtlayabilir.
Hücrenin mevcut deşarj potansiyeli, üretim yöntemi ve ham maddelerin kalitesi dahil olmak üzere diğer faktörler pilin kendi kendine deşarjını etkiler. Örneğin, yüksek kaliteli bobin tipi bir LiSOCl2 hücre, yılda %0.7 kadar düşük bir kendi kendine deşarj oranına sahip olabilir ve 70 yıl sonra orijinal kapasitesinin %40'ini koruyabilir. Buna karşılık, daha düşük kaliteli bobin tipi LiSOCl2 Hücre, her 3 yılda bir başlangıç kapasitesinin %30'unu kaybederek yılda %10'e kadar kendi kendine deşarj oranı yaşayabilir ve bu da 40 yıllık pil ömrünü imkansız hale getirir.
Yüksek darbeli uygulamalara uyum sağlama
Giderek artan sayıda kablosuz cihaz esas olarak "bekleme" modunda çalışmakta, minimum miktarda akım çekmekte ve iki yönlü kablosuz iletişime güç sağlamak için periyodik olarak yüksek darbelere ihtiyaç duymaktadır.
Standart bobin tipi LiSOCl2 piller düşük oranlı tasarımları nedeniyle yüksek darbeler sağlayamazlar. Patentli bir hibrit katman eklenerek bu durumun üstesinden gelinebilir kondansatör (HLC).
Standart bobin tipi LiSOCl2 HLC periyodik yüksek darbeleri yönetirken, hücre düşük günlük arka plan akımı sağlar. Patentli HLC ayrıca, otomatik düşük pil durumu uyarıları verecek şekilde yorumlanabilecek özel bir kullanım ömrü sonu voltaj platosuna da sahiptir.
Pil ömrü bir yarışa benzetilebilir
Uygulamanız hız (daha yüksek akış hızı) veya mesafe (uzun pil ömrü) gerektiriyor mu? Bu, sprint koşusuna karşı uzun mesafe koşusuna benzer:
- Yüksek hızlı hücreler: Amper cinsinden ölçülebilen az sayıda yüksek darbeyle dik bir yokuş yukarı koşun, bu da beş yıla kadar maksimum pil ömrü sağlar.
- Orta oranlı hücreler: Yüzlerce miliamper ile ölçülebilen darbelerle daha küçük bir eğimle çalışır, bu da 10 yıla kadar maksimum pil ömrü sağlar.
- Ekstra uzun ömürlü hücreler: Onlarca miliamperle ölçülebilen çok sayıda küçük engel/darbeyle neredeyse düz bir yolda çalışır, böylece 40 yıllık pil ömrü potansiyeli yaratır.
- Periyodik yüksek hızlı darbelere sahip ekstra uzun ömürlü hücreler: Onlarca ampere kadar ölçülebilen çok sayıda uzun engel/darbeyle neredeyse düz bir yolda çalışın, böylece 40 yıllık pil ömrü potansiyeli yaratır.
(Kaynak: Tadiran Pilleri)
Aktif modda tüketilen akım miktarı (atımların boyutu, süresi ve frekansı ile birlikte), bekleme veya uyku modunda tüketilen enerji (temel akım) dahil olmak üzere, endüstriyel sınıf birincil lityum pil seçimini etkileyen diğer faktörler, depolama süresi (depolama sırasında normal kendi kendine deşarj kapasiteyi azaltır) ve beklenen sıcaklıklar (depolama ve sahada çalışma sırasında). Dikkate alınması gereken diğer hususlar arasında ekipman kesme voltajı (pil kapasitesi tükendiğinde veya aşırı sıcaklıklarda voltaj sensörün çalışamayacağı kadar düşük bir noktaya düşebilir) ve pilin yıllık kendi kendine deşarj oranı (bu miktara yaklaşabilir) yer alır. ortalama günlük kullanımdan çekilen akım).
Kısa vadeli test sonuçları bir maratonu tahmin edemez
Daha yüksek kendi kendine deşarj oranının uzun vadeli etkisi yıllarca belirgin olmayabilir ve gerçek pil ömrünü tahmin etmeye yönelik teorik yöntemler genellikle aşırı sıcaklıklara uzun süre maruz kalmanın yanı sıra pasivasyon etkisinin önemini yeterince yansıtmıyor.
Uygulamanız uzun ömürlü güç gerektiriyorsa, benzer yükler ve çevre koşulları altında karşılaştırılabilir cihazlardan alınan uzun vadeli saha test verilerinin yanı sıra tamamen belgelenmiş uzun vadeli test sonuçlarını talep ederek potansiyel tedarikçileri dikkatli bir şekilde değerlendirmelisiniz. Pilinizi ve uygulama gereksinimlerinizi bilmek, cihazın performansını artırmanıza ve pil ömrünü uzatarak sahip olma maliyetini azaltmanıza yardımcı olacaktır.
Tadiran hakkında