经验教训:为第一个远程无线设备供电

长寿命锂离子电池已在用于各种物联网应用产业互联网的远程无线设备供电的工具。

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从资产跟踪和SCADA到环境监测、人工智能和机器学习,低功耗远程无线设备对工业自动化的几乎每个方面都至关重要。

当今工业电池技术植根于最早IIoT应用:在自动抄表(AMR),用于水和气体的程序中使用的米发射机单位(MTU)。这就是为什么宝贵的经验教训可以通过以下工业远程无线设备的发展来学习。

与线轴型LiSOCl2化学电池设有任何竞争化学的最低年自放电率沿着最宽的温度范围内。与线轴型LiSOCl2化学电池设有任何竞争化学的最低年自放电率沿着最宽的温度范围内。低功耗设备要求
两种类型的低功率无线设备正在利用在IIoT应用程序。绝大多数装置的绘制的当前微安培,并且主要由供电工业级主(非可再充电)锂电池。此外,有越来越多的应用程序绘制的当前毫安,足以过早耗尽的一次电池,通常需要结合使用的能量采集装置与工业级的可充电锂离子(Li离子)单元存储所收集的能量。

实际上,所有领先品牌的MTU都由梭氏锂亚硫酰氯(Lisocl2)化学供电,这是初级(非可充电)电池中的首选选择。

梭型LiSOCl2化学提供独特的性能特点,包括任何市售化学的最高容量和能量密度。这些细胞还设有任何竞争化学的最低年自放电率沿着最宽的温度范围内(-80℃至125℃)。实现较低的自放电率转化成较低的拥有总成本,这是涉及远程位置和极端环境中的应用特别有价值。

最小化电池的自放电
所有电池都会经历一定数量的年度自放电,即使与外部负载断开连接。梭米型Lisocl2细胞具有最低的自放电率,主要是通过利用钝化效果。

钝化时的薄膜的锂阳极的表面上的氯化锂(LiCl)的形式,从而阻碍了化学反应导致电池的自放电发生。每当负载被放置在电池中,该钝化层会导致高的初始电阻随电压暂时下降沿,直到钝化层开始消散-一个每当载荷消除时不断重复的过程。

细胞钝化也受到其他因素的影响,包括:细胞能力;储存长度;储存温度;和放电温度。然后,部分地排出电池,然后去除负载增加相对于新电池的钝化效果。虽然高水平的钝化可能有利于扩展电池寿命,但如果它阻止能量流动,它可能是有问题的。

一种电池的自放电率是由原料的纯度,并通过该小区所制造的方法还影响。优异的品质线轴型LiSOCl2细胞每年丧失其总容量的仅仅0.7%,由于自放电,使多达40年的电池寿命。相反,质量低劣线轴型LiSOCl2细胞可以每年损失高达其标称容量的3%,由于自放电,消耗其标称容量的30%,每10年,降低电池的工作寿命至少10-15年。

对于40年的电池寿命的潜力受到ACLARA(原卦),智能基础设施技术,以天然气,水和电力公司的供应商进行验证。当新一代技术取代旧的它的MTU,ACLARA测试的原装电池的随机样本,发现他们即使在28+年在该领域保持未使用的容量显著量。

与工业级锂离子电池动力组合小型太阳能光伏电池板用于畜群追踪动物的健康和状态。与工业级锂离子电池动力组合小型太阳能光伏电池板用于畜群追踪动物的健康和状态。AMR计量装置
最早的MTU使用驱动读者限于单向RF无线通信。然而,随着时间的推移,这种应用已经发展到支持利用当地区域网状网络(主要是直辖市)的双向无线连接和蜂窝电话/卫星上行链路(主要在农村地区)。

延长电池寿命对AMR计量越来越重要,特别是随着超声波mtu的出现,它不包含移动部件,因此能够无限持续,只受电池寿命的限制。这些超声波设备的成本大约是它们所取代的机械仪表的两倍;因此,为了实现最大的经济效益,这些电池的使用寿命需要是标准锂电池的两倍,标准锂电池的最大使用寿命为10-15年。

将电池寿命延长到MTU部署的重要性?根据加州能源委员会进行的一项调查,批判性重要。调查了加州水机构协会的成员,62%的受访者表示,仪表电池寿命是一个主要问题,甚至高于成本(60%)。

供电的超声波MTU,具有几乎无限的寿命有短暂的电池是毫无意义的,因为它会导致不必要的电池更换奏,延迟和/或不准确的计费,降低了客户服务,并为丢失的数据的潜力。与过早大规模相关的经济损失,全系统电池故障可以这么大量的市政当局都选择每年抢先更换成千上万的电池,只是为了避免潜在的混乱。

高脉冲能量
标准线轴型LiSOCl2电池设计,提供低速率权力,而不是产生双向无线通信所需的高脉冲。

通过添加专利混合层电容器(HLC)解决了这一挑战。标准梭筒型LiSOCl2电池提供低的日常背景电流,而HLC提供周期性的高脉冲来为无线通信提供动力。此外,HLC具有独特的寿命结束电压平台,可以解释为提供低电池状态警报,使电力维护人员有充足的时间安排电池更换。

可充电电池电源停车表费收集系统,该系统采用启用AI的传感器来识别开放式停车位。可充电电池电源停车表费收集系统,该系统采用启用AI的传感器来识别开放式停车位。能量收获
越来越多的低功率的工业应用消耗毫安电流可测量,要求组合使用能量采集装置与工业级可充电锂离子(Li-ion)电池。

能量收集的最可靠的形式是光伏(PV)面板。但是,某些特殊应用来自其它来源,如设备的运动,振动,温度变化,和环境RF / EM信号获取能量。

一个主要的例子是使用小型太阳能光伏板和工业级锂离子电池来跟踪畜群的健康状况。太阳能/锂离子混合系统还被用于驱动机械设备,并为离网地点提供低成本电力。例如,这些充电电池为停车计费器收费系统提供动力,该系统集成了人工智能传感器来识别开放的停车位。

消费级可充电锂离子电池最大使用寿命为5年,充电周期为500次,温度范围适中(0-40°C),不能提供高脉冲。相比之下,工业级锂离子电池可以工作长达20年,充满充电循环5000次,温度范围扩大(-40°至85°C),并能够提供高脉冲为双向无线通信提供动力。

延长寿命的锂电池降低了总购买成本,如果你的电池需要和你的设备一样长时间使用,这一点尤其重要。因此,通过要求记录良好的长期测试结果、类似条件下的现场性能数据和大量客户参考资料,进行彻底的尽职调查是值得的。

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