IoT için ER Pil + LIC: Li-SOCl2 Yüksek Darbe Gücü Kılavuzu

IoT için ER Pil + LIC: Doğru Li-SOCl2 Yüksek Darbe Gücü Çözümünü Seçmek

Akıllı sayaçlar, uzaktan izleme, varlık takibi, çevre sensörleri ve endüstriyel otomasyon gibi alanlarda giderek daha fazla IoT cihazının kurulumuyla birlikte güç tasarımı giderek daha önemli hâle gelmektedir.

Birçok IoT cihazının ortak bir özelliği vardır: çoğunlukla çok az güç tüketirler; ancak kablosuz modül uyandığında ve veri gönderdiğinde periyodik olarak çok daha yüksek akım gerektirirler.

Bu durum bir zorluk yaratır.

Düşük sürekli yükler altında son derece iyi performans gösteren bir pil, kısa süreli yüksek akımlı darbeler için her zaman optimize edilmemiş olabilir. Öte yandan, yalnızca yüksek darbe kapasitesi için seçilen bir pil, boyutu, maliyeti veya kendiliğinden deşarj oranını gereğinden fazla artırabilir.

Pratik bir çözüm, lityum tionil klorür pil ile lityum-iyon kondansatörün birleştirilmesidir.

Cowon'da tipik kombinasyonlar şunlardır:

• ER10450 + LIC0813

• ER14250 + LIC0820

• ER14505 + LIC1020

• ER26500 + LIC1320

• ER34615 + LIC1620

• ER34615 + LIC1840

Bu kombinasyonlar, pil ile çalışan IoT ekipmanlarında iki önemli gereksinimi dengelemek amacıyla tasarlanmıştır:

uzun süreli enerji tedariki ve kısa süreli yüksek darbe gücü.

Neden IoT Cihazları Hem Enerjiye Hem de Güce İhtiyaç Duyar?

Tipik bir kablosuz IoT cihazı, akımı sabit bir oranda tüketmez.

Çalışma döngüsü şu şekilde olabilir:

Uyku → Uyanma → Ölçüm → Veri Gönderme → Uyku Moduna Dönüş

Uyku modundayken akım tüketimi son derece düşük olabilir.

Ancak iletişim modülü etkinleştirildiğinde, kısa bir süre için akım talebi önemli ölçüde artabilir.

Bu durum, aşağıdaki gibi iletişim teknolojilerini kullanan cihazlarda yaygındır:

• NB-IoT

• LTE-M

• GSM

• - Lora.

• LoRaWAN

• GPS

• RF iletişimi

Bu, yalnızca ortalama akım tüketiminin doğru pilin seçilmesi için yeterli olmadığı anlamına gelir.

Mühendisler ayrıca şunları dikkate almalıdır:

• tepe akımı,

• darbe süresi,

• darbe frekansı,

• minimum çalışma gerilimi,

• sıcaklık,

• beklenen kullanım ömrü,

• ve mevcut kurulum alanı.

Bir pil, bir cihazı yıllarca çalıştıracak kadar toplam enerji içerebilir; ancak iletim sırasında voltaj, elektronik bileşenlerin minimum çalışma voltajının altına düşerse cihaz yine de arızalanabilir.

İşte burada bir ER pili + LIC çözümü faydalı hâle gelir.

ER Li-SOCl2 Pili Nedir?

ER pilleri, genellikle Li-SOCl2 olarak yazılan Litzyum Tiyonil Klorür kimyasına dayanan birincil litzyum pillerdir.

Genellikle 3,6 V nominal voltaj sağlarlar ve aşağıdaki önemli özelliklerinden dolayı endüstriyel ve IoT ekipmanlarında yaygın olarak kullanılırlar:

• yüksek enerji yoğunluğu,

• düşük kendi kendine deşarj oranı,

• uzun süreli depolama yeteneği,

• düşük akımla deşarj sırasında sabit voltaj,

• geniş çalışma sıcaklığı aralığına sahip,

• ve uzun süreli gözetimsiz çalışım için uygundur.

Yaygın ER pil boyutları şunlardır:

ER10450, ER14250, ER14505, ER26500 ve ER34615.

Daha küçük hücreler, PCB alanı ve ürün boyutları sınırlı olduğunda kullanışlıdır; buna karşılık ER26500 ve ER34615 gibi daha büyük hücreler, daha uzun kullanım ömrü gerektiren uygulamalar için önemli ölçüde daha fazla enerji sağlar.

Ancak enerji kapasitesi, güç sistemi tasarımı için yalnızca bir parçadır.

Neden Bir Lityum-İyon Kondansatör Eklenmeli?

Lityum-İyon Kondansatör (LIC), yüksek güç desteği sağlayan bir bileşen olarak kullanılır.

Doğru şekilde tasarlanmış bir hibrit güç sisteminde ER pili, cihazın uzun vadeli enerji ihtiyacını karşılar; LIC ise kısa süreli yüksek akım taleplerini desteklemeye yardımcı olur.

Bu ilişkiyi anlamak için basit bir yöntem şöyledir:

ER Pil = Uzun Vadeli Enerji

LIC = Kısa Vadeli Darbe Gücü

Normal bekleme işlemi sırasında ER pil, düşük arka plan akımını destekler.

Cihaz uyandığında ve kablosuz modül iletim başlatıldığında, LIC yük tarafından gereken ek darbe akımını sağmaya yardımcı olabilir.

İletim olayından sonra sistem düşük güç tüketimli durumuna döner.

Bu mimari, yüksek akım olayları sırasında gerilim kararlılığını artırabilir ve birincil pile doğrudan uygulanan elektriksel stresi azaltabilir.

Neden Tek Başına Li-SOCl2 Pili Kullanılmaz?

Li-SOCl2 piller, düşük kendiliğinden deşarj oranları ve yüksek enerji yoğunlukları nedeniyle uzun çalışma ömrü gerektiren uygulamalar için özellikle çekicidir.

Ancak birçok yüksek kapasiteli ER hücresi, uzun süreli, düşük akımlı deşarja öncelikle optimize edilmiştir.

Li-SOCl2 kimyasının başka bir özelliği pasivasyondur.

Depolama ve düşük akım çalıştırma sırasında lityum yüzeyinde koruyucu bir tabaka oluşur. Bu tabaka, pilin mükemmel depolama özelliklerine ve düşük kendi kendine deşarj oranına katkı sağlar.

Ancak belirli çalışma koşullarında, özellikle uzun süreli depolamadan sonra, ani yük artışı geçici bir gerilim düşüşüne neden olabilir.

Basit düşük güç devreleri için bu durum önemli olmayabilir.

Ancak bir IoT iletişim modülü için geçici gerilim düşüşü kritik olabilir.

Sistem gerilimi modem, MCU veya RF devresinin minimum çalışma geriliminin altına düşerse cihaz yeniden başlatılabilir, ağda kaydolamayabilir ya da veri iletimini kaybedebilir.

Uygun şekilde seçilen bir LIC eklemek, bu tür olaylar sırasında gerekli kısa süreli akımı sağmaya yardımcı olabilir.

Farklı IoT Gereksinimleri İçin Altı ER + LIC Yapılandırması

Farklı IoT ürünlerinin enerji kapasitesi, darbe (pulse) yeteneği ve fiziksel boyut açısından farklı kombinasyonlara ihtiyacı vardır.

Cowon, farklı uygulama gereksinimlerini karşılamak için çoklu ER + LIC yapılandırmaları sunar.

ER10450 + LIC0813

Bu kompakt kombinasyon, PCB alanı ve pil boyutu önemli olan mini IoT ürünlerinde kullanılmak üzere uygundur.

Tipik uygulamalar şunları içerebilir:

• kompakt kablosuz sensörler,

• küçük izleme cihazları,

• düşük çalışma döngülü vericiler,

• küçük takip cihazları,

• kompakt yardımcı elektronik cihazlar.

Sistem küçük bir ana pil gerektirdiğinde ve aynı zamanda ek darbe desteği avantajlarından yararlanabildiğinde özellikle uygundur.

ER14250 + LIC0820

ER14250, endüstriyel elektronik ve akıllı sensör ürünleri için yaygın olarak kullanılan kompakt bir Li-SOCl2 pil boyutudur.

LIC0820 ile birlikte kullanıldığında, kompakt boyutlar, uzun bekleme süresi çalışması ve periyodik kablosuz iletişim arasında faydalı bir denge sağlayabilir.

Olası uygulamalar şunları içerir:

• akıllı sensörler,

• kompakt sayaçlar,

• güvenlik cihazları,

• uzaktan izleme düğümleri,

• düşük güç tüketimli RF cihazları.

ER14505 + LIC1020

ER14505, tanıdık AA boyutunda bir form faktörü korurken daha yüksek enerji kapasitesi sunar.

LIC1020 ile birlikte bu yapılandırma, daha küçük pil sistemlerine kıyasla daha uzun çalışma süresi veya daha yüksek iletişim talebi gerektiren IoT ürünleri için değerlendirilebilir.

Tipik uygulamalar şunları içerebilir:

• akıllı su sayaçları,

• doğalgaz sayaçları,

• varlık takip cihazları,

• LoRa ve LoRaWAN düğümleri,

• NB-IoT sensörleri,

• endüstriyel izleme sistemleri.

ER26500 + LIC1320

Enerji gereksinimleri arttıkça ER26500, uzun ömürlü endüstriyel IoT sistemleri için çekici bir seçenek haline gelir.

Daha büyük pil, kompakt ER pillerine kıyasla önemli ölçüde daha fazla kullanılabilir enerji sağlar; LIC1320 ise iletişim veya diğer pik yük olayları sırasında sistemi destekler.

Olası uygulamalar şunları içerir:

• NB-IoT izleme cihazları,

• uzaktan telemetri birimleri,

• endüstriyel sensörler,

• akıllı sayaç ekipmanları,

• tarımsal IoT,

• çevresel izleme,

• altyapı izleme.

Bu tür bir kombinasyon, pil değiştirilmeden uzun süre sahada kalmaları beklenen cihazlar için özellikle uygundur.

ER34615 + LIC1620

ER34615, uzun kullanım ömrü ve yüksek toplam enerji sağlama açısından önemli olduğu durumlarda yaygın olarak tercih edilen D boyutlu Li-SOCl2 pilidir.

LIC1620 ile birlikte kullanıldığında, çok düşük bekleme tüketimiyle periyodik yüksek akımlı iletişim özelliklerini bir araya getiren talepkar IoT uygulamalarını destekleyebilir.

Olası uygulamalar şunları içerir:

• uzun ömürlü akıllı sayaçlar,

• uzaktan izleme sistemleri,

• endüstriyel telemetri,

• GPS ve varlık takibi,

• boru hattı izleme,

• dış mekân IoT ekipmanları,

• hücresel bağlantılı sensörler.

ER34615 + LIC1840

Yüksek enerji gereksinimleri ve daha talepkar darbe yükleri olan uygulamalar için ER34615 + LIC1840 başka bir seçenek sunar.

Kablosuz iletişim sistemi veya cihaz mimarisi daha güçlü darbe desteği gerektirdiğinde daha büyük LIC kullanılabilir.

Tipik uygulamalar şunları içerebilir:

• yüksek güç tüketimli NB-IoT cihazları,

• LTE-M iletişim terminalleri,

• uzaktan sanayi izleme,

• takip cihazları,

• akıllı altyapı,

• faydalı ekipman,

• dış mekânda çalışan bağlantılı sistemler.

Pil ve LIC kombinasyonu, uygulama adı yalnızca göz önünde bulundurularak değil, cihazın gerçek elektriksel profiline göre her zaman tam olarak seçilmelidir.

Doğru ER + LIC Kombinasyonunu Nasıl Seçersiniz

Her IoT uygulaması için ideal tek bir pil kombinasyonu yoktur.

Güvenilir bir güç çözümü, gerçek yük profilini anlayarak başlar.

Bir ER pili ve bir LIC seçmeden önce mühendisler aşağıdaki parametreleri değerlendirmelidir.

1. Bekleme Akımı

Cihaz, uyku modundayken ne kadar akım tüketir?

IoT cihazları hizmet ömürlerinin büyük kısmını bekleme modunda geçirebildiğinden, uyku akımında bile küçük bir değişim, toplam pil ömrü üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.

2. Tepe Akımı

Modem, radyo, motor, vana veya başka bir yük etkinleştirildiğinde gereken en yüksek akım nedir?

Bu, LIC seçerken en önemli parametrelerden biridir.

3. Darbe Süresi

Birkaç milisaniye süren kısa bir darbe, birkaç saniye boyunca yüksek kalan bir yükten çok farklıdır.

Bu nedenle tepe akımı ve darbe süresi birlikte değerlendirilmelidir.

4. İletim Sıklığı

Cihaz ne sıklıkla iletişim kurar?

Günde bir kez mi?

Saatte bir kez mi?

Her birkaç dakikada bir mi?

Günlük bir paket gönderen bir cihaza kıyasla, sık sık veri ileten bir cihaz pil sistemine çok farklı talepler oluşturabilir.

5. Minimum Çalışma Gerilimi

Her elektronik sistemin güvenilir çalışmasının garanti edilemeyeceği bir minimum gerilim değeri vardır.

Güç çözümü, en yüksek yük durumunda yeterli gerilimi korumalıdır.

6. Çalışma Sıcaklığı

Sıcaklık, pil performansını, darbe davranışını, iç direnci ve kullanılabilir kapasiteyi etkiler.

Dış mekân ve endüstriyel IoT cihazları, iç mekân elektroniğinden çok farklı koşullarla karşılaşabilir.

7. Gerekli Hizmet Ömrü

Beş yıllık ve on beş yıllık bir tasarım, otomatik olarak aynı pili kullanmamalıdır.

Beklenen ömür, bekleme akımı, iletim sıklığı, kendi kendine deşarj ve çevresel koşullarla birlikte değerlendirilmelidir.

8. Kullanılabilir Montaj Alanı

İdeal elektriksel çözüm, cihazın içine yine de sığmalıdır.

Bu nedenle ER10450 + LIC0813 ile ER34615 + LIC1840 arasında değişen çoklu kombinasyonlar kullanışlıdır.

Bir LIC, pilin Ah kapasitesini artırır mı?

Bu önemli bir ayrım noktasıdır.

Bir LIC, genellikle ER pilin nominal Ah kapasitesini artırmak amacıyla eklenmez.

Ana amaç, kısa süreli güç verimini iyileştirmektir.

ER pili, ana uzun vadeli enerji kaynağı olarak kalır.

LIC, darbe yükü olayları sırasında bir güç tamponu görevi görür.

Dolayısıyla beklenen çalışma ömrünü hesaplarken mühendisler, ER pilin kullanılabilir kapasitesini ve cihazın tam çalışma döngüsünü birlikte değerlendirmelidir.

ER Pili + LIC Karşılaştırması: Yüksek Oranlı Pil

Yüksek darbeli bir IoT cihazını çalıştırmak için birkaç farklı yöntem vardır.

Bir seçenek, daha yüksek sürekli ve darbe akımları için özel olarak tasarlanmış bir pil kimyası veya hücre yapısı kullanmaktır.

Diğer bir seçenek, yüksek enerjili bir Li-SOCl2 hücresini, darbe destekleyici bir bileşenle (örneğin bir LIC ile) birleştirmektir.

Doğru seçim, uygulamaya bağlıdır.

ER + LIC mimarisi, sistem aşağıdaki gereksinimleri karşılaması gerektiğinde özellikle çekici olabilir:

• çok düşük kendi kendine deşarj oranı,

• uzun bekleme ömrü,

• yüksek toplam enerji,

• ve yalnızca periyodik yüksek akımlı darbeler.

Kısa bir iletişim olayı etrafında tüm pili optimize etmek yerine, sistem enerji gereksinimini güç gereksiniminden ayırır.

ER + LIC Güç Sistemleri için Tipik Uygulamalar

Bu tür hibrit güç mimarisi, aşağıdaki gibi pil ile çalışan bağlantılı ürünler için değerlendirilebilir:

Akıllı Sayaçlama

• Akıllı su sayaçları

• Akıllı doğalgaz sayaçları

• Akıllı Elektrik Sayacı

• Isı sayaçları

Kablosuz IoT

• NB-IoT sensörleri

• LTE-M cihazları

• LoRaWAN düğümleri

• RF iletişim ekipmanları

Takip

• GPS izleyicileri

• Varlık takip cihazları

• Lojistik izleme cihazları

• Uzaktan konum sinyal vericileri

Endüstriyel IoT

• Endüstriyel sensörler

• Uzaktan izleme ekipmanları

• Boru Hattı İzleme

• Altyapı izlemesi

• Güvenlik ve alarm sistemleri

Çevresel ve Tarımsal İzleme

• Hava durumu sensörleri

• Toprak izleme ekipmanları

• Tarımsal IoT cihazları

• Çevresel veri kaydedicileri

Tam Yük Profilinin Neden Önemli Olduğu

Doğru IoT pilini seçmek, yalnızca mümkün olan en büyük kapasiteyi seçmek anlamına gelmez.

Örneğin, iki cihaz da NB-IoT iletişimini kullanıyor olabilir, ancak güç gereksinimleri tamamen farklı olabilir.

Cihaz A, her 24 saatte bir kısa bir mesaj gönderebilir.

Cihaz B ise her 15 dakikada bir veri gönderebilir ve sık sık ağ kaydı yapabilir.

Her iki ürün de aynı iletişim teknolojisini kullansalar bile, pillerine yönelik gereksinimleri çok farklı olabilir.

Bu nedenle, bir güç çözümü talep ederken verilmesi en faydalı bilgiler şunlardır:

• normal çalışma akımı,

• uyku akımı,

• maksimum darbe akımı,

• darbe süresi,

• iletişim frekansı,

• minimum çalışma gerilimi,

• çevresel sıcaklık aralığı,

• hedef hizmet ömrü,

• ve mevcut pil boyutları.

Bu bilgilerle daha uygun bir ER pili ve LIC kombinasyonu değerlendirilebilir.

IoT Cihazları İçin Ölçeklenebilir Bir Güç Platformu

ER10450 + LIC0813’ten ER34615 + LIC1840’e kadar olan aralık, farklı IoT ürün boyutları ve güç gereksinimleri için ölçeklenebilir bir platform oluşturur.

Daha küçük kombinasyonlar, kurulum alanı sınırlı olan kompakt bağlı sensörleri destekleyebilir.

Orta düzey yapılandırmalar, akıllı sayaçlama, takip ve genel kablosuz algılama uygulamalarında kullanılabilir.

Daha büyük kombinasyonlar, hem uzun çalışma ömrü hem de güçlü darbe performansı gerektiren uzaktan sanayi cihazlarını destekleyebilir.

Pilü bir bağımsız bileşen olarak ele alınmak yerine, IoT geliştiricileri cihazın gerçek çalışma döngüsüne göre tam güç mimarisini değerlendirebilir.

Sonuç

Modern IoT cihazları, yalnızca büyük kapasiteli bir pilin ötesinde daha fazlasına ihtiyaç duyar.

Genellikle cihazın aylarca veya yıllarca çok düşük akımı verimli bir şekilde sağlayabilen, ancak aynı zamanda iletişim sırasında kısa süreli çok daha yüksek akım destekleyebilen bir güç sistemi gerektirirler.

Bir Li-SOCl₂ ER pili ile bir Litzyum-İyon Kapasitörün birleştirilmesi, bu iki gereksinimi karşılamak için uygulanabilir bir yöntem sunar.

ER pili uzun vadeli enerji sağlar.

LIC darbe gücü desteği sağlar.

Şu gibi kompakt kombinasyonlardan ER10450 + LIC0813 şu gibi daha yüksek enerjili sistemlere kadar ER34615 + LIC1840 , doğru çözüm, cihazın gerçek bekleme akımı, darbe akımı, darbe süresi, iletişim sıklığı, sıcaklık ve gerekli kullanım ömrüne bağlıdır.

Dolayısıyla IoT pil seçimi için en önemli soru şudur:

"Hangi pilin kapasitesi en büyüktür?"

Daha iyi bir soru şudur:

"Hangi güç kombinasyonu, cihazın gerçek işletme profiliyle en iyi şekilde uyum sağlar?"

Cowon, müşteriye ait elektriksel ve mekanik gereksinimlere dayalı olarak farklı IoT, akıllı sayaçlama, takip ve endüstriyel uygulamalar için özelleştirilmiş ER pil + LIC yapılandırmalarını destekleyebilir.