Выбор батареек для промышленных устройств интернета вещей
Современное развитие технологий позволяет достаточно просто и бюджетно подключить к интернету практически любое устройство. Сегодня интернет вещей (Internet of Things, IoT) – это целая область технологий, условно разделенная на два класса: бытовой и индустриальный. В первом случае устройства IoT задействованы в решениях системы «умный дом», в другом используются в производственно-технологических и смежных процессах. Но основной принцип работы схож – это сбор информации, передача и прием данных, выполнение команд. Данный принцип изображен на типовой блок-схеме IoT-устройств (рис. 1).
Рис. 1. Блок-схема устройства интернета вещей
Однако между бытовым и индустриальным применениями есть несколько существенных различий, основными из которых являются условия эксплуатации (температура, наличие электромагнитных помех и прочие факторы окружающей среды) и финансовая ответственность, выражающаяся в стоимости убытков или лишних расходов в случае сбоев работы. Это требует серьезного подхода к выбору компонентов устройства. Выбор датчиков, исполнительных механизмов (актуаторов), модулей трансиверов и микроконтроллеров кажется наиболее важным, а выбор питания – самым простым этапом. Но правильное обеспечение устройства питанием – залог надежной работы, и в случае необходимости автономного функционирования требуется подобрать соответствующие химические источники тока (ХИТ).
Работа IoT в промышленных системах часто происходит при высоких значениях отрицательных и положительных температур, а долгое время между заменами элементов минимизирует издержки на обслуживание. Двум этим требованиям отвечают литиевые ХИТ. Существует достаточно большое разнообразие батареек по химическому составу и конструкции. Основные из них – выполненные с использованием тионилхлорида (SOCL2) и диоксида марганца (MnO2) цилиндрические источники тока спиральной или бобинной конструкции.
Главные различия электрохимических основ и конструкций:
- литий-тионилхлоридная – номинальное напряжение 3.6 В. Данные батарейки способны работать при -55…85 °С, обладают наибольшей энергоемкостью, но несколько меньшей токоотдачей и подвержены эффекту пассивации (обратимому при специальных действиях);
- диоксид-марганцевая – номинальное напряжение элемента 3 В, работоспособность при -40…85 °С, отсутствует пассивация, несколько большая токоотдача и длительный импульс максимального тока, но меньшая энергоемкость;
- бобинная – максимальные энергоемкость и рабочая температура, минимальная токоотдача;
- спиральная – минимальная энергоемкость, максимальная токоотдача, верхняя граница диапазона рабочих температур меньше на 5…15 °С.
Выбор того или иного сочетания определяется режимом работы устройства. Элемент питания бобинной конструкции на основе литий-тионилхлорида обеспечит наибольшую емкость, но самый низкий ток нагрузки, притом потребуется принятие некоторых мер по депассивации, которые могут занять достаточно большое время. Спиральная конструкция диоксид-марганцевой батарейки обеспечит максимальный ток, притом в любой момент времени, так как источник тока не требует процедуры депассивации, однако имеет наименьшую емкость.
Компания FANSO EVE Energy предлагает литиевые ХИТ (рис. 2) различных сочетаний (в скобках указана емкость и максимальный импульсный ток нагрузки, Ач/А):
- бобинные Li-SOCL2 – ER14250H (1.2/0.05), ER14505H (2.7/0.15), ER17505H (3.6/0.18), ER18505H (4/0.18), ER26500H (8.5/0.2) и ER34615H (19/0.3);
- бобинные Li-MnO2 – CR14250H (0.95/0.07);
- спиральные Li-SOCL2 – ER14505M (2.1/0.4), ER18505M (3.5/0.8), ER26500M (6/1) и ER34615M (13/1.8);
- спиральные Li-MnO2 – CR17450E (2.2/1.5), CR26500E (5/1.5) и CR34615E (12/2), CR123A (1.5/1), CR17335E (1,5/1) – батарейки того же форм-фактора, что и CR123A, но с более герметичным корпусом, обеспечивающим более длительные сохранность и работоспособность.
Рис. 2. Литиевые элементы питания FANSO EVE Energy
Устройствам IoT необходимо постоянно или эпизодически выходить на связь. Эта отличительная особенность функционирования может различаться режимами энергопотребления, в зависимости от вида связи: Wi-Fi, GSM или иного варианта. В частности, GSM требует достаточно значительного и длительного импульса тока, который сложно обеспечить батарейкам бобинной конструкции или Li-SOCL2, поскольку у них длительность импульса максимального тока не превышает десятой доли секунды. Но их применение возможно благодаря комбинации с суперконденсаторами SLC1025, SLC1520 или SLC1550, которые устанавливаются параллельно батарейке и берут на себя обеспечение импульсного тока при выходе устройства на связь. Компания FANSO EVE Energy также предлагает готовые сборки в виде батарейки и суперконденсатора.
Различные характеристики и стоимость батареек делают выбор автономного источника питания для IoT-устройств не таким уж тривиальным и точно не последним этапом в разработке. Рынок IoT продолжает стремительно развиваться, и, учитывая существующую нестабильность поставок, выбор надежного партнера, поставляющего химические источники питания, очень важен. Компания Fanso EVE Energy – производитель ХИТ с мировой известностью – гарантирует надежную работу IoT-устройства благодаря не только наличию качественных батареек, но и правильному выбору ХИТ, который помогут сделать консультации инженеров компании
Производители: EVE Energy, FANSO EVE Energy
Разделы: Батареи тионил-хлоридные (Li-SOCl2), Батареи диоксид марганцевые (Li-MnO2), Сборки батарейно-конденсаторные
Опубликовано: 08.12.2022
