ER 배터리 + LIC를 사용한 사물인터넷(IoT)용 리튬-아황산클로라이드(Li-SOCl2) 고펄스 전력 가이드

ER 배터리 + LIC for IoT: 적절한 리튬-설포일클로라이드 고펄스 전력 솔루션 선택

스마트 계량, 원격 모니터링, 자산 추적, 환경 감지 및 산업 자동화 분야에 더 많은 IoT 기기가 도입되면서 전원 설계가 점차 중요해지고 있다.

많은 IoT 기기는 공통된 특징을 갖는다. 대부분의 시간 동안 매우 낮은 전력을 소비하지만, 무선 모듈이 깨어나 데이터를 전송할 때 주기적으로 훨씬 높은 전류를 필요로 한다는 점이다.

이것은 곧 도전 과제가 된다.

낮은 지속 부하 조건에서 매우 우수한 성능을 보이는 배터리는 짧고 강력한 고전류 펄스에는 최적화되지 않을 수 있다. 반면, 고펄스 성능만을 위해 배터리를 선정하면 크기, 비용 또는 자체 방전률이 불필요하게 증가할 수 있다.

실용적인 해결책 중 하나는 리튬-설포일클로라이드 배터리와 리튬이온 커패시터(LIC)를 조합하는 것이다.

코원에서 일반적으로 사용하는 조합은 다음과 같다.

• ER10450 + LIC0813

• ER14250 + LIC0820

• ER14505 + LIC1020

• ER26500 + LIC1320

• ER34615 + LIC1620

• ER34615 + LIC1840

이러한 조합은 배터리 구동형 사물인터넷 기기에서 중요한 두 가지 요구 사항을 균형 있게 충족하도록 설계되었다.

장기간 에너지 공급과 짧은 시간 동안의 고강도 펄스 전력.

사물인터넷 기기에 에너지와 전력 모두가 필요한 이유

일반적인 무선 사물인터넷 기기는 일정한 전류를 소비하지 않는다.

작동 주기는 다음과 같을 수 있다.

대기 → 깨어남 → 측정 → 데이터 송신 → 대기로 복귀

대기 모드 중 전류 소비는 매우 낮을 수 있다.

그러나 통신 모듈이 작동할 때는 짧은 시간 동안 전류 요구량이 크게 증가할 수 있다.

이는 다음과 같은 통신 기술을 사용하는 장치에서 흔히 관찰된다.

• NB-IoT

• LTE-M

• GSM

• LoRa

• LoRaWAN

• GPS

• RF 통신

즉, 평균 전류 소비량만으로는 적절한 배터리를 선택하기에 부족하다.

엔지니어는 또한 다음 사항들을 고려해야 한다.

• 최대 전류

• 펄스 지속 시간

• 펄스 주파수

• 최소 작동 전압

• 온도

• 기대 수명

• 그리고 설치 가능한 공간.

배터리의 총 에너지가 수년간 장치를 작동시킬 만큼 충분할 수 있지만, 전송 중 전자장치의 최소 작동 전압보다 전압이 떨어지면 장치는 여전히 고장날 수 있다.

그것이 바로 ER 배터리 + LIC 솔루션이 유용해지는 지점이다.

ER 리튬-설포일클로라이드 배터리란 무엇인가?

ER 배터리는 리튬-설포일클로라이드(Li-SOCl₂) 화학 반응을 기반으로 한 1차 리튬 배터리이다.

일반적으로 정격 전압은 3.6V이며, 다음과 같은 여러 중요한 특성 덕분에 산업용 및 사물인터넷(IoT) 장비에서 널리 사용된다:

• 높은 에너지 밀도,

• 낮은 자체 방전률,

• 긴 보관 가능 기간,

• 저속 방전 시 안정적인 전압,

• 넓은 작동 온도 범위 지원 기능,

• 그리고 장기간 무인 운영에 적합함.

일반적인 ER 배터리 규격에는 다음이 포함됨:

ER10450, ER14250, ER14505, ER26500 및 ER34615.

작은 셀은 PCB 공간과 제품 크기가 제한된 경우 유용하며, ER26500 및 ER34615 같은 큰 셀은 더 긴 수명이 필요한 응용 분야에 훨씬 더 많은 에너지를 제공함.

그러나 에너지 용량은 전원 시스템 설계의 일부에 불과함.

왜 리튬이온 커패시터를 추가해야 하나요?

리튬이온 커패시터(LIC)는 고출력 보조 부품으로 사용됨.

적절히 설계된 하이브리드 전원 시스템에서 ER 배터리는 장기간 동안 기기에 필요한 에너지를 공급하고, LIC는 짧은 시간 동안 높은 전류 요구를 지원함.

이 관계를 간단히 이해하는 방법은 다음과 같음:

ER 배터리 = 장기 에너지

LIC = 단기 펄스 전력

정상 대기 작동 중에는 ER 배터리가 낮은 배경 전류를 지원한다.

장치가 깨어나고 무선 모듈이 송신을 시작할 때, LIC는 부하에 의해 요구되는 추가 펄스 전류를 공급하는 데 도움을 줄 수 있다.

송신 이벤트 후, 시스템은 저전력 상태로 복귀한다.

이 아키텍처는 고전류 이벤트 중 전압 안정성을 향상시키고 주 배터리에 직접 가해지는 전기적 스트레스를 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.

왜 Li-SOCl2 배터리만 사용하지 않는가?

Li-SOCl2 배터리는 낮은 자체 방전률과 높은 에너지 밀도로 인해 장기간 작동 수명이 필요한 응용 분야에서 특히 매력적이다.

그러나 많은 고용량 ER 셀은 주로 장기·저전류 방전을 위해 최적화되어 있다.

Li-SOCl2 화학의 또 다른 특성은 패시베이션(passivation)이다.

저장 및 저전류 작동 중 리튬 표면에 보호층이 형성된다. 이 층은 배터리의 뛰어난 저장 특성과 낮은 자체 방전률에 기여한다.

그러나 특정 작동 조건, 특히 장기간 저장 후에는 급격한 부하 증가로 인해 일시적인 전압 강하가 발생할 수 있다.

단순한 저전력 회로의 경우 이는 중요하지 않을 수 있다.

그러나 IoT 통신 모듈에서는 일시적인 전압 강하가 치명적일 수 있다.

시스템 전압이 모뎀, MCU 또는 RF 회로의 최소 작동 전압보다 낮아지면 장치가 재설정되거나 네트워크 등록에 실패하거나 데이터 전송을 잃을 수 있다.

적절히 선정된 LIC를 추가하면 이러한 상황에서 짧은 시간 동안 필요한 전류를 공급할 수 있다.

다양한 IoT 요구 사항을 위한 6가지 ER + LIC 구성

다양한 IoT 제품은 에너지 용량, 펄스 성능, 물리적 크기의 서로 다른 조합을 필요로 한다.

코원은 다양한 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해 여러 가지 ER + LIC 구성 옵션을 제공합니다.

ER10450 + LIC0813

이 소형 조합은 PCB 공간과 배터리 크기가 중요한 고려 사항인 초소형 IoT 제품에 적합합니다.

대표적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 소형 무선 센서,

• 소형 모니터링 장치,

• 저 듀티 사이클 송신기,

• 소형 추적 장치,

• 소형 유틸리티 전자 기기.

시스템이 소형 주 배터리를 필요로 하면서도 추가 펄스 지원의 이점을 누릴 수 있을 때 특히 적합합니다.

ER14250 + LIC0820

ER14250은 산업용 전자 기기 및 스마트 센싱 제품에서 널리 사용되는 소형 리튬-설포일클로라이드(Li-SOCl₂) 배터리 규격입니다.

LIC0820과 함께 사용하면 소형 크기, 긴 대기 시간 운영, 주기적인 무선 통신이라는 세 가지 요소 간 유용한 균형을 제공할 수 있습니다.

잠재적 응용 분야는 다음과 같다:

• 스마트 센서,

• 소형 계량기,

• 보안 장치,

• 원격 모니터링 노드,

• 저전력 RF 장치.

ER14505 + LIC1020

ER14505는 익숙한 AA 크기 형식을 유지하면서 더 높은 에너지 용량을 제공한다.

LIC1020과 결합하면, 소형 배터리 시스템보다 더 긴 작동 시간 또는 더 높은 통신 요구 사양이 필요한 IoT 제품에 이 구성이 고려될 수 있다.

대표적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 스마트 수도계,

• 가스 계량기,

• 자산 추적 장치,

• 로라 및 로라완 노드,

• 엔비아이오티 센서,

• 산업용 모니터링 시스템.

ER26500 + LIC1320

에너지 요구량이 증가함에 따라 ER26500은 장수명 산업용 사물인터넷 시스템에 매력적인 선택지가 된다.

더 큰 배터리는 소형 ER 셀보다 훨씬 더 많은 사용 가능한 에너지를 제공하며, LIC1320은 통신 또는 기타 피크 부하 상황 동안 시스템을 지원한다.

잠재적 응용 분야는 다음과 같다:

• 엔비아이오티 모니터링 장치,

• 원격 원격측정 장치,

• 산업용 센서,

• 스마트 계량 장비,

• 농업용 사물인터넷,

• 환경 모니터링,

• 인프라 모니터링.

이러한 조합은 배터리 교체가 자주 이루어지지 않고 장기간 현장에 설치되어야 하는 기기에서 특히 유용합니다.

ER34615 + LIC1620

ER34615은 긴 수명과 높은 총 에너지 용량이 중요한 경우 흔히 선택되는 D형 리튬-아황산클로라이드 전지입니다.

LIC1620과 함께 사용하면, 매우 낮은 대기 전력 소비와 주기적인 고전류 통신을 동시에 요구하는 IoT 응용 분야를 지원할 수 있습니다.

잠재적 응용 분야는 다음과 같다:

• 장수명 스마트 미터,

• 원격 모니터링 시스템,

• 산업용 원격 계측,

• GPS 및 자산 추적,

• 배관 모니터링,

• 실외 사물인터넷 장비,

• 셀룰러 연결 센서.

ER34615 + LIC1840

높은 에너지 요구 사항과 더 엄격한 펄스 부하를 모두 충족해야 하는 응용 분야의 경우 ER34615 + LIC1840 조합이 또 다른 선택지가 된다.

무선 통신 시스템 또는 장치 아키텍처에서 강력한 펄스 지원이 필요할 때는 더 큰 LIC를 고려할 수 있다.

대표적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 고출력 NB-IoT 장치,

• LTE-M 통신 단말기,

• 원격 산업 모니터링,

• 추적 장치,

• 스마트 인프라,

• 유틸리티 장비,

• 야외 연결 시스템.

정확한 배터리 및 LIC 조합은 항상 장치의 실제 전기적 프로파일에 따라 선택해야 하며, 응용 분야 이름만으로는 선택해서는 안 된다.

적절한 ER + LIC 조합을 선택하는 방법

모든 사물인터넷(IoT) 응용 분야에 완벽하게 적합한 단일 배터리 조합은 존재하지 않는다.

신뢰할 수 있는 전원 솔루션은 실제 부하 프로파일을 정확히 이해하는 것에서 시작된다.

ER 배터리와 LIC를 선택하기 전에 엔지니어는 다음 매개변수들을 평가해야 한다.

1. 대기 전류

장치가 절전 모드일 때 소비하는 전류는 얼마인가?

사물인터넷(IoT) 장치는 서비스 수명의 대부분을 절전 모드에서 보내기 때문에, 절전 전류의 미세한 변화조차 전체 배터리 수명에 상당한 영향을 줄 수 있다.

2. 최대 전류

모뎀, 라디오, 모터, 밸브 또는 기타 부하가 작동할 때 필요한 최대 전류는 얼마인가요?

이것은 LIC를 선택할 때 가장 중요한 파라미터 중 하나입니다.

3. 펄스 지속 시간

몇 밀리초 동안 지속되는 짧은 펄스는 수 초간 지속되는 고부하와 매우 다릅니다.

따라서 피크 전류와 펄스 지속 시간을 함께 고려해야 합니다.

4. 송신 주파수

장치가 얼마나 자주 통신합니까?

하루에 한 번입니까?

한 시간에 한 번입니까?

몇 분마다 한 번입니까?

하루에 한 번 짧은 패킷만 전송하는 장치와 달리, 자주 데이터를 전송하는 장치는 배터리 시스템에 매우 다른 요구 조건을 부과할 수 있다.

5. 최소 작동 전압

모든 전자 시스템은 신뢰성 있는 작동이 보장되지 않는 최소 전압이 존재한다.

전원 솔루션은 최대 부하 조건에서도 충분한 전압을 유지해야 한다.

6. 작동 온도

온도는 배터리 성능, 펄스 동작, 내부 저항 및 사용 가능한 용량에 영향을 준다.

실외 및 산업용 IoT 장치는 실내 전자 기기와는 매우 다른 환경 조건을 겪을 수 있다.

7. 요구되는 서비스 수명

5년 설계와 15년 설계는 자동으로 동일한 배터리를 사용해서는 안 된다.

예상 수명은 대기 전류, 전송 빈도, 자체 방전 및 환경 조건과 함께 종합적으로 평가되어야 한다.

8. 설치 가능한 공간

이상적인 전기적 솔루션은 여전히 장치 내부에 들어가야 한다.

그래서 ER10450 + LIC0813에서 ER34615 + LIC1840에 이르기까지 다양한 조합이 유용하다.

LIC를 추가하면 배터리의 Ah 용량이 증가하나?

이는 매우 중요한 구분입니다.

일반적으로 LIC는 ER 배터리의 정격 Ah 용량을 늘리기 위해 주로 추가하지 않는다.

주된 목적은 짧은 시간 동안의 전력 공급 성능을 향상시키는 것이다.

ER 배터리는 여전히 장기적인 에너지 공급원으로 기능한다.

LIC는 펄스 부하 상황에서 전력 버퍼 역할을 한다.

따라서 예상 작동 수명을 산정할 때 엔지니어는 ER 배터리의 사용 가능 용량과 전체 장치의 작동 주기를 함께 평가해야 한다.

ER 배터리 + LIC 대 고율 방전 배터리

고펄스 IoT 장치를 구동하는 방법은 여러 가지가 있다.

하나의 선택지는 높은 연속 전류 및 펄스 전류에 특화된 배터리 화학 조성 또는 셀 구조를 사용하는 것이다.

또 다른 선택지는 고에너지 Li-SOCl2 셀을 LIC와 같은 펄스 지원 부품과 결합하는 것이다.

적절한 선택은 응용 분야에 따라 달라진다.

ER + LIC 아키텍처는 시스템이 다음 조건을 필요로 할 때 특히 매력적일 수 있다:

• 매우 낮은 자체 방전률,

• 긴 대기 수명,

• 높은 총 에너지,

• 그리고 주기적인 고전류 펄스만 필요할 때.

단순히 짧은 통신 이벤트에 맞춰 전체 배터리를 최적화하는 대신, 시스템은 에너지 요구 사항과 전력 요구 사항을 분리한다.

ER + LIC 전원 시스템의 일반적인 적용 분야

이 유형의 하이브리드 전원 아키텍처는 다음과 같은 배터리 구동형 연결 제품에 적용할 수 있습니다.

스마트 계량

• 스마트 수도 미터

• 스마트 가스 미터

• 스마트 전력계

• 열량 측정기

무선 IoT

• NB-IoT 센서

• LTE-M 장치

• LoRaWAN 노드

• RF 통신 장비

추적

• GPS 추적기

• 자산 추적 장치

• 물류 모니터링 장치

• 원격 위치 비컨

산업 사물 인터넷

• 산업용 센서

• 원격 모니터링 장비

• 배관 모니터링

• 인프라 모니터링

• 보안 및 경보 시스템

환경 및 농업 모니터링

• 기상 센서

• 토양 모니터링 장비

• 농업용 사물인터넷 장치

• 환경 데이터 로거

완전한 부하 프로파일이 중요한 이유

적절한 사물인터넷 배터리를 선택하는 것은 단순히 가능한 최대 용량을 고르는 일이 아니다.

예를 들어, 두 기기가 모두 NB-IoT 통신을 사용하더라도 전력 요구 사양은 완전히 다를 수 있다.

기기 A는 하루에 한 번 짧은 메시지를 전송할 수 있다.

기기 B는 15분마다 전송하며 자주 네트워크 등록을 수행할 수 있다.

두 제품이 동일한 통신 기술을 사용하더라도, 그들의 배터리 요구 사양은 매우 달라질 수 있다.

따라서 전원 솔루션을 요청할 때 가장 유용하게 제공할 수 있는 정보는 다음과 같다:

• 정상 작동 전류,

• 대기 전류,

• 최대 펄스 전류,

• 펄스 지속 시간

• 통신 주파수,

• 최소 작동 전압

• 환경 온도 범위,

• 목표 서비스 수명,

• 및 사용 가능한 배터리 치수.

이 정보를 바탕으로 더 적합한 ER 배터리와 LIC 조합을 평가할 수 있습니다.

사물인터넷 기기용 확장 가능한 전력 플랫폼

ER10450 + LIC0813에서 ER34615 + LIC1840까지의 범위는 다양한 사물인터넷 제품 크기와 전력 요구 사양에 대응하는 확장 가능한 플랫폼을 구성합니다.

작은 규모 조합은 설치 공간이 제한된 소형 연결 센서를 지원할 수 있습니다.

중간 규모 구성은 스마트 계량, 추적 및 일반 무선 감지 용도로 활용할 수 있습니다.

큰 규모 조합은 긴 작동 수명과 강력한 펄스 성능을 모두 요구하는 원격 산업용 기기를 지원할 수 있습니다.

배터리를 독립된 구성 요소로 다루는 대신, 사물인터넷(IoT) 개발자는 장치의 실제 작동 주기에 따라 전체 전원 아키텍처를 평가할 수 있다.

결론

현대적 사물인터넷(IoT) 장치는 단순히 용량이 큰 배터리 이상을 요구한다.

이러한 장치는 종종 수개월 또는 수년간 매우 낮은 전류를 효율적으로 공급하면서도 통신 시 짧은 기간 동안 훨씬 높은 전류를 지원할 수 있는 전원 시스템을 필요로 한다.

리튬-아황산클로라이드(Li-SOCl₂) ER 배터리와 리튬 이온 커패시터(LIC)를 결합하는 방식은 두 가지 요구 사항을 동시에 충족시키는 실용적인 해결책 중 하나이다.

ER 배터리는 장기적인 에너지를 제공한다.

LIC는 펄스 전력 지원을 담당한다.

작은 크기의 조합(예: ER10450 + LIC0813 )에서부터 더 높은 에너지 용량의 시스템(예: ER34615 + LIC1840 )에 이르기까지, 적절한 솔루션은 장치의 실제 대기 전류, 펄스 전류, 펄스 지속 시간, 통신 빈도, 온도 및 요구 서비스 수명에 따라 달라진다.

따라서 사물인터넷(IoT) 배터리 선택 시 가장 중요한 질문은 단순히 다음과 같지 않다:

"어느 배터리가 가장 큰 용량을 갖습니까?"

더 나은 질문은 다음과 같습니다:

"어느 전력 조합이 장치의 실제 작동 프로파일과 가장 잘 일치합니까?"

코원은 고객의 전기적 및 기계적 요구 사항에 따라 다양한 IoT, 스마트 미터링, 추적 및 산업용 응용 분야를 위한 맞춤형 ER 배터리 + LIC 구성 지원이 가능합니다.