סוללת ER + LIC לאינטרנט של הדברים: מדריך לסוללות Li-SOCl2 עם עוצמת פליטת חזרה גבוהה

סוללת ER + LIC ל-IoT: בחרו את פתרון הסוללה בעוצמת פליטת לי-סוקל2 המתאים

ככל שיותר מכשירי IoT מותקנים במדידת חכמות, ניטור מרוחק, מעקב אחר נכסים, מדידת סביבה ואוטומציה תעשייתית, תכנון האספקה החשמלית הופך חשוב יותר.

למרבית מכשירי ה-IoT יש מאפיין משותף אחד: הם צורכים כמות זעירה של חשמל ברוב הזמן, אך מדי פעם דורשים זרם גבוה בהרבה כאשר המודול беспровודי מתעורר ושולח נתונים.

זה יוצר אתגר.

סוללה שפועלת מצוין תחת עומסים נמוכים ורציפים אינה תמיד אופטימלית לפולסים קצרים בעלי זרם גבוה. מצד שני, בחירת סוללה רק על פי יכולת הפולס הגבוהה עלולה להגביר את הגודל, העלות או את הזרם העצמי ללא צורך.

פתרון פרקטי אחד הוא שילוב של סוללת לי-תיוניל כלוריד עם קונדנסטור לי-יון.

ב- Cowon, שילובים טיפוסיים כוללים:

• ER10450 + LIC0813

• ER14250 + LIC0820

• ER14505 + LIC1020

• ER26500 + LIC1320

• ER34615 + LIC1620

• ER34615 + LIC1840

שילובים אלו נועדו לאזן שני דרישות חשובות בציוד אינטרנט החפצים שפועל על סוללות:

אספקת אנרגיה לטווח ארוך וספק כוח פולסי גבוה לתקופות קצרות.

למה ציוד אינטרנט החפצים זקוק גם לאנרגיה וגם לכח

התקן אלחוטי טיפוסי של אינטרנט החפצים אינו צורך זרם בקצב קבוע.

מחזור הפעולה שלו עשוי להיראות כך:

שינה → התעוררות → מדידה → העברת נתונים → חזרה לשינה

במצב שינה, צריכת הזרם עשויה להיות נמוכה ביותר.

עם זאת, כאשר מופעלת מודול התקשורת, דרישת הזרם עלולה לגדול באופן משמעותי לתקופה קצרה.

תופעה זו נפוצה במכשירים המשתמשים בטכנולוגיות תקשורת כגון:

• NB-IoT

• LTE-M

• GSM

• LoRa

• LoRaWAN

• GPS

• תקשורת רדיו (RF)

כלומר, צריכת הזרם הממוצעת לבדה אינה מספיקה לבחירת הסוללה הנכונה.

המהנדסים חייבים גם לקחת בחשבון:

• זרם שיא,

• משך הפולס,

• תדירות הפולסים,

• מתח הפעלה מינימלי,

• טמפרטורה,

• תקופת חיים צפויה,

• והשטח הזמין להתקנה.

סוללה עשויה להכיל מספיק אנרגיה סה"כ כדי לפעול במכשיר למספר שנים, אך המכשיר עלול להפסיק לפעול אם המתח יורד מתחת למתח המינימלי הנדרש לעבדים האלקטרוניים במהלך הפעולה.

בזה נמצאת התועלת בפתרון של סוללת ER יחד עם LIC.

מהי סוללת Li-SOCl2 מסוג ER?

סוללות ER הן סוללות ליתיום ראשוניות שמבוססות על כימיה של ליתיום תיוניל כלוריד, אשר נכתבת בדרך כלל כ- Li-SOCl2.

לרוב הן מספקות מתח נומינלי של 3.6 וולט, ושימושן נפוץ במתקנים תעשייתיים ובמתקני אינטרנט החפצים (IoT) בשל מספר מאפיינים חשובים:

• צפיפות אנרגיה גבוהה,

• מעדנת עצמית נמוכה,

• יכולת אחסון ארוכת טווח,

• מתח יציב במהלך פריקה בזרם נמוך,

• טווח רחב של טמפרטורות פעילות,

• והתאמה לפעולת אוטומטית לטווח זמן ארוך.

גדלים נפוצים של סוללות ER כוללים:

ER10450, ER14250, ER14505, ER26500 ו-ER34615.

תאים קטנים יותר מועילים כאשר שטח הלוח החשמלי והמידות הכוללות של המוצר מוגבלים, בעוד שתאים גדולים יותר כגון ER26500 ו-ER34615 מספקים אנרגיה רבה בהרבה ליישומים הדורשים חיים ארוכים יותר.

עם זאת, קיבולת האנרגיה היא רק חלק אחד מעיצוב מערכת ההספק.

למה להוסיף קונדנסטור יוני-ליטיום?

קונדנסטור יוני-ליטיום (LIC) משמש כרכיב תמיכה בעל הספק גבוה.

במערכת היברידית מתוכננת כראוי, סוללת ה-ER מספקת את האנרגיה לטווח הארוך הנדרשת על ידי המכשיר, בעוד שה-LIC תומך בתקופות קצרות של דרישה גבוהה בזרם.

דרך פשוטה להבין את היחס היא:

סוללת ER = אנרגיה לטווח ארוך

LIC = הספק פולסי לטווח קצר

בזמן פעילות סטנדבי רגילה, סוללת ER תומכת בזרם הרקע הנמוך.

כשמתקן מתעורר והמודול беспровודית מתחיל לשלוח, LIC יכולה לסייע במתן זרם הפולס הנוסף הנדרש על ידי העומס.

לאחר אירוע השידור, המערכת חוזרת למצב נמוך-הספק שלה.

ארכיטקטורה זו עשויה לסייע בשיפור יציבות המתח במהלך אירועים של זרם גבוה ולבצע הפחתת המתח החשמלי שמופעל ישירות על הסוללה הראשית.

למה לא להשתמש בסוללת Li-SOCl2 לבדה?

סוללות Li-SOCl2 מושכות במיוחד ליישומים הדורשים חיים אופרטיביים ארוכים בשל שיעור האובדן העצמי הנמוך שלהם והצפיפות האנרגטית הגבוהה.

עם זאת, רבות מסוללות ה-ER בעלות קיבולת גבוהה אופטימיות בעיקר לפירוק לטווח ארוך וזרם נמוך.

תכונה נוספת של כימיה מסוג Li-SOCl2 היא פסיבציה.

במהלך האחסון ובתנאי פעילות עם זרם נמוך, נוצר שכבת הגנה על פני השטח של اللي튬. שכבת זו תורמת לאפיונים מצוינים של האחסון ולשכיחות הנמוכה של ה descargar העצמי של הסוללה.

עם זאת, בתנאי פעולה מסוימים, במיוחד לאחר אחסון ממושך, עלייה פתאומית במעבדה עלולה לגרום לירידת מתח זמנית.

עבור מעגל פשוט בעל צריכת ספק נמוכה, זה אולי לא חשוב.

לעומת זאת, עבור מודול תקשורת של IoT, ירידת המתח הזמנית עלולה להיות קריטית.

אם מתח המערכת יורד מתחת למתח המינימלי הדרוש לפעולת המודם, ה-MCU או המעגל הרדיו-פרקואנציה, המכשיר עלול להתאפס, להיכשל בהרשמה לרשת או לאבד שליחת נתונים.

הוספת LIC שנבחרה בקפידה יכולה לסייע בזינה של הזרם הנדרש לתקופות קצרות אלו.

שישה סידורים של ER + LIC לצרכים שונים של IoT

מוצרי IoT שונים דורשים שילובים שונים של קיבולת אנרגיה, יכולת פולסים וגודל פיזי.

קואון מציעה מספר תצורות של ER + LIC כדי לכסות דרישות יישום שונות.

ER10450 + LIC0813

השילוב הקומפקטי הזה מתאים למוצרי אינטרנט החפצים המיניים, שבהם שטח הלוח והגודל הסוללה הם היבטים חשובים.

יישומים טיפוסיים עשויים לכלול:

• חיישנים אלחוטיים קומפקטיים,

• מכשירי ניטור קטנים,

• משדרים בעלי מחזור עבודה נמוך,

• מכשירי מעקב קטנים,

• אלקטרוניקה תועלתית קומפקטית.

הוא מתאים במיוחד כאשר המערכת דורשת סוללה ראשית קטנה, אך עדיין נהנית מתמיכה בזרמים פסיביים נוספים.

ER14250 + LIC0820

ER14250 הוא גודל נפוץ של סוללת Li-SOCl2 קומפקטית המשמשת באלקטרוניקה תעשייתית ומוצרי חישה חכמים.

כאשר מזווג עם LIC0820, הוא מספק איזון שימושי בין ממדים קומפקטיים, פעילות ממתינה ארוכה ותקשורת אלחוטית מחזורית.

יישומים פוטנציאליים כוללים:

• חיישנים חכמים,

• מדדי תועלת קומפקטיים,

• התקני אבטחה,

• צמתים לניטור מרחוק,

• התקנים נמוכי הספק בדר"ח.

ER14505 + LIC1020

המודל ER14505 מציע קיבולת אנרגיה גבוהה יותר תוך שימור פורמט ה- AA המוכר.

בשילוב עם LIC1020, תצורה זו יכולה להיחשק למוצרים של אינטרנט החפצים הדורשים תקופת פעולה ארוכה יותר או דרישה תקשורתית גדולה יותר מאשר מערכות סוללות קטנות יותר.

יישומים טיפוסיים עשויים לכלול:

• מדדי מים חכמים,

• מדדי גז,

• התקני מעקב אחר נכסים,

• צמתים של LoRa ו-LoRaWAN,

• חיישנים של NB-IoT,

• מערכות ניטור תעשייתיות.

ER26500 + LIC1320

כשדרישות האנרגיה עולות, ה-ER26500 הופך לאפשרות מושכת למערכות תעשייתיות לטווח ארוך של אינטרנט החפצים.

הסוללה הגדולה מספקת אנרגיה זמינה רבה בהרבה מאשר תאי ה-ER הקטנים, בעוד שה-LIC1320 תומך במערכת במהלך תקשורת או אירועים אחרים של עומס שיא.

יישומים פוטנציאליים כוללים:

• התקני ניטור של NB-IoT,

• יחידות טלמטריה מרוחקות,

• חיישנים תעשייתיים,

• ציוד מדידת חשמל חכם,

• אינטראנט חפצים חקלאי,

• ניטור סביבתי,

• ניטור תשתית.

שילוב מסוג זה מועיל במיוחד למכשירים שצפויה להישאר בשטח לתקופות ארוכות ללא החלפת סוללה תכופה.

ER34615 + LIC1620

ER34615 היא סוללת Li-SOCl2 בגודל D שנבחרת בדרך כלל כאשר חשוב חיים ארוכים של הסוללה ואנרגיה כוללת גבוהה.

בצירוף עם LIC1620, היא יכולה לתמוך ביישומים מורכבים של אינטרנט החפצים (IoT) שמשלבים צריכה נמוכה מאוד במצב ממתין עם תקשורת מחזורית בזרם גבוה.

יישומים פוטנציאליים כוללים:

• מדידות חכמות בעלות חיים ארוכים,

• מערכות ניטור מרוחקות,

• טלמטריה תעשייתית,

• מערכת הניווט הגלובלית (GPS) מעקב אחר נכסים,

• ניטור צינורות,

• ציוד אינטרנט של דברים חיצוני,

• חיישנים מחוברים לתאי תקשורת.

ER34615 + LIC1840

ליישומים עם דרישות גבוהות לאנרגיה ותנאי עומס פולסיים קשיחים יותר, ER34615 + LIC1840 מציעים אפשרות נוספת.

ניתן לשקול את השימוש ב-LIC הגדול יותר כאשר מערכת התקשורת беспילוטית או מבנה ההתקן דורשים תמיכה חזקה יותר בעומסים פולסיים.

יישומים טיפוסיים עשויים לכלול:

• התקנים בעלי עוצמה גבוהה של NB-IoT,

• טרמינלים לקשר LTE-M,

• מערכת ניטור תעשייתית מרחוק,

• התקני מעקב,

• תשתית חכמה,

• ציוד ת Utilities,

• מערכות מחוץ לבית שמחוברות.

השילוב המדויק של הסוללה וה-LIC חייב תמיד להיבחר בהתאם לפרופיל החשמלי האמיתי של המכשיר ולא רק לשם היישום.

איך לבחור את השילוב הנכון של ER + LIC

אין שילוב סוללה אחד שמתאים לכל יישום של אינטרנט החפצים.

פתרון כוח מהימן מתחיל בהבנת פרופיל העומס האמיתי.

לפני בחירת סוללת ER ו-LIC, מהנדסים צריכים להעריך את הפרמטרים הבאים.

1. זרם מתחם

כמה זרם צורך המכשיר בזמן שהו בשינה?

מכיוון שמכשירי אינטרנט החפצים יכולים לבלות את רוב זמן השירות שלהם במצב מתחם, אפילו שינוי קטן בזרם השינה יכול להשפיע משמעותית על משך חיים כולל של הסוללה.

2. זרם שיא

מהו הזרם המרבי הנדרש כאשר המודם, הרדיו, המנוע, השסתום או עומס אחר מופעלים?

זה אחד הפרמטרים החשובים ביותר בבחירת LIC.

3. משך הפעימה

פעימה קצרה שנמשכת מספר מילישניות שונה מאוד מעומס שנותר גבוה במשך כמה שניות.

לכן יש לקחת בחשבון יחדיו גם את זרם הפסגה וגם את משך הפעימה.

4. תדירות ההעברה

באיזו תדירות מכשיר זה מתקשר?

פעם ביום?

פעם בשעה?

כל כמה דקות?

התקן שמשדר בתדירות גבוהה עלול לדרוש מהמערכת הסוללה דרישות שונות מאוד בהשוואה להתקן ששולח חבילה קצרה אחת ליום.

5. מתח הפעלה מינימלי

לכל מערכת אלקטרונית יש מתח מינימלי שמתחת לו לא ניתן להבטיח פעילות אמינה.

פתרון האספקת החשמל חייב לשמור על מתח מספיק במהלך מצב העומס הגבוה ביותר.

6. טמפרטורת הפעלה

הטמפרטורה משפיעה על ביצועי הסוללה, התנהגות הפלסיות, ההתנגדות הפנימית והקיבולת השימושית.

התקני אינטרנט של הדברים (IoT) לשימוש בחוץ ולשימוש תעשייתי עלולים לחוות תנאים שונים מאוד בהשוואה להתקנים אלקטרוניים לפנים.

7. משך חיים נדרש

עיצוב למשך חמש שנים ועיצוב למשך חמש עשרה שנה לא צריכים להשתמש באופן אוטומטי באותה סוללה.

יש להעריך את משך החיים הצפוי יחד עם זרם המתנה, תדירות השידור, פירוק עצמי ותנאי הסביבה.

8. שטח התקנה זמין

הפתרון החשמלי האידיאלי חייב עדיין להתאים בתוך המכשיר.

לכן שילובים מרובים, החל מ־ER10450 + LIC0813 ועד ER34615 + LIC1840, הם שימושיים.

האם הוספת LIC מגבירה את קיבולת ה־Ah של הסוללה?

זו הבחנה חשובה.

לרוב אין מוסיפים LIC בעיקר כדי להגביר את קיבולת ה־Ah הנומינלית של סוללת ה־ER.

המטרה העיקרית היא לשפר את אספקת ההספק לתקופות קצרות.

סוללת ה־ER נשארת המקור העיקרי לאנרגיה לטווח הארוך.

ה־LIC פועלת כמאגר הספק במהלך אירועים של עומס פולסי.

לפיכך, בעת חישוב משך החיים הצפוי, על המהנדסים להעריך את הקיבולת השימושית של סוללת ה־ER יחד עם מחזור העבודה המלא של המכשיר.

סוללת ER + LIC לעומת סוללה בעלת קצב פריקה גבוה

ישנם מספר דרכים להפעיל מכשיר אינטרנט של הדברים (IoT) עם פולסים חזקים.

אפשרות אחת היא להשתמש בכימיה סגורה של סוללה או בבניית תא שתוכננה במיוחד לזרם רציף ופולסי גבוה.

אפשרות נוספת היא לשלב תא Li-SOCl2 בעל אנרגיה גבוהה עם רכיב תומך פולסים, כגון LIC.

הבחירה הנכונה תלויה ביישום הספציפי.

ארכיטקטורת ER + LIC עשויה להיות מושכת במיוחד כאשר למערכת יש צורך ב:

• שכיחות נמוכה מאוד של דליפת עצמית,

• תקופת חיווי ארוכה במצב ממתין,

• אנרגיה כוללת גבוהה,

• ורק פולסים מחזוריים של זרם גבוה.

במקום לאפטים את הסוללה כולה סביב אירוע תקשורת קצר, המערכת מפרידה בין דרישת האנרגיה לבין דרישת ההספק.

יישומים טיפוסיים למערכות כוח מסוג ER + LIC

ארכיטקטורת כוח היברידית מסוג זה ניתנת לשיקול עבור מגוון רחב של מוצרים מחוברים שמנועים על ידי סוללות, כולל:

מדידת חכם

• מדדי מים חכמים

• מדדי גז חכמים

• מד חשמל חכם

• מדדי חום

אינטרנט של דברים אלחוטי

• חיישנים מבוססי NB-IoT

• התקנים מבוססי LTE-M

• צמתים מבוססי LoRaWAN

• ציוד תקשורת רדיו-תדר

עקבות

• מכשירי GPS

• התקני מעקב אחר נכסים

• התקני מעקב לוגיסטי

• מארחי מיקום מרוחק

אינטרנט של הדברים התעשייתי

• מחיישנים תעשייתיים

• ציוד מעקב מרוחק

• ᲨיטפוןMonitoring

• מערכת מעקב תשתית

• מערכות אבטחה ואזהרה

מערכת מעקב סביבתית וחקלאית

• חיישני מזג אוויר

• ציוד מעקב באדמה

• התקנים חכמים לחוות

• רשומים נתונים סביבתיים

למה פרופיל העומס המלא חשוב

בחירת סוללת IoT מתאימה אינה עניין פשוט של בחירת הסוללה בעלת הקיבולת הגדולה ביותר האפשרית.

לדוגמה, שני מכשירים עלולים להשתמש בשנייהם בתקשורת NB-IoT, אך לצרכי ההספק שלהם יהיו דרישות שונות לחלוטין.

המכשיר א' עשוי לשלוח הודעה קצרה אחת כל 24 שעות.

המכשיר ב' עשוי לשלוח הודעות כל 15 דקות ולבצע רישום ברשת בתדירות גבוהה.

אפילו אם שני המוצרים משתמשים באותה טכנולוגיית תקשורת, דרישות הסוללות שלהם עשויות להיות שונות מאוד.

לכן, המידע השימושי ביותר להגשה בעת ביקוש פתרון הספק הוא:

• זרם הפעלה נורמלי,

• זרם שינה,

• זרם פולס מקסימלי,

• משך הפולס,

• תדירות התקשורת,

• מתח הפעלה מינימלי,

• טווח הטמפרטורות הסביבתיות,

• אורך חיים ייעודי,

• ומידות הסוללה הזמינות.

עם מידע זה ניתן להעריך צירוף מתאים יותר של סוללת ER ו- LIC.

פלטפורמת כוח ניתנת להרחבה למכשירי IoT

הטווח מ- ER10450 + LIC0813 ועד ER34615 + LIC1840 יוצר פלטפורמה ניתנת להרחבה לגודלים שונים של מוצרים של IoT ולדרישות האנרגיה שלהם.

צירופים קטנים יותר יכולים לתמוך בחיישנים מחוברים קומפקטיים שבהם שטח ההתקנה מוגבל.

תצורות בטווח הביניים יכולות לשמש במדידת חכמות, מערכות מעקב וחיישנים אלחוטיים כלליים.

צירופים גדולים יותר יכולים לתמוך במכשירים תעשייתיים מרוחקים הדורשים גם אורך חיים ארוך וגם ביצועי פולס חזקים.

במקום להתייחס לסוללה כאל רכיב נפרד, מפתחי אינטרנט של הדברים יכולים להעריך את ארכיטקטורת ההספק המלאה בהתאם למחזור העבודה האמיתי של המכשיר.

מסקנות

למכשירי אינטרנט של הדברים המודרניים יש צורך ביותר מאשר סוללה בעלת קיבולת גדולה בלבד.

לעיתים קרובות הם דורשים מערכת הספק המסוגלת לספק זרם נמוך מאוד ביעילות במשך חודשים או שנים, תוך שמירה על היכולת לתמוך בתקופות קצרות של זרם גבוה בהרבה במהלך תקשורת.

שילוב של סוללת ER לי-סוקל2 עם קונדנסטור לי-יון מספק דרך פרקטית אחת להתמודד עם שני הדרישות הללו.

סוללת ה-ER מספקת אנרגיה לטווח ארוך.

הקונדנסטור לי-יון מספק תמיכה בהספק פולסי.

מהשילובים הקטנים כגון ER10450 + LIC0813 עד למערכות בעלות אנרגיה גבוהה יותר כגון ER34615 + LIC1840 , הפתרון הנכון תלוי בזרם המתנה האמיתי של המכשיר, בזרם הפולסי, באורך הפולס, בתדירות התקשורת, בטמפרטורה ובערך חיים נדרש.

לפיכך, השאלה החשובה ביותר לבחירת סוללה לאינטרנט של הדברים איננה פשוט:

אילו סוללה יש את הקיבולת הגדולה ביותר?

שאלה טובה יותר היא:

אילו שילוב הספק מתאים ביותר לפרופיל הפעלה האמיתי של המכשיר?

קואון יכולה לתמוך בהגדרות מותאמות אישית של סוללות ER ו- LIC ליישומים שונים של אינטרנט החפצים (IoT), מדידת חשמל חכמה, מערכות מעקב ויישומים תעשייתיים, בהתבסס על הדרישות החשמליות והמכניות של הלקוח.