Лепшы акумулятар для прылад Інтэрнэту рэчаў
Прылады Інтэрнэту рэчаў (IoT) цяпер прысутнічаюць у розных аспектах жыцця: разумныя дамы, прамысловасць, дакладная сельская гаспадарка, ахова здароўя і нават разумныя гарады. За зручнасцю і аўтаматызацыяй, якія прапануюцца, ёсць адзін кампанент, які часта вызначае поспех укаранення IoT у палявых умовах: акумулятар. Прылады IoT, як правіла, павінны працаваць доўга, стабільна і з мінімальным абслугоўваннем — часта размяшчаюцца ў цяжкадаступных месцах. Такім чынам, выбар найлепшага акумулятара для прылад IoT — гэта не проста выбар «найбольшай ёмістасці», а хутчэй той, які найлепшым чынам адпавядае профілю магутнасці, працоўнаму асяроддзю і мэтаваму тэрміну службы прылады.
Чаму выбар акумулятара для Інтэрнэту рэчаў мае вырашальнае значэнне?
Большасць вузлоў Інтэрнэту рэчаў працуюць па ўнікальнай схеме: яны большую частку часу спяць, а потым ненадоўга прачынаюцца для вымярэння паказчыкаў датчыкаў і перадачы дадзеных. Сіла току падчас сну можа быць вельмі малой (мікраамперы), у той час як падчас радыёперадачы яна можа рэзка ўзрастаць (ад дзясяткаў да соцень міліампер) на кароткі час. Акрамя таго, Інтэрнэт рэчаў часта спалучаецца з энергазберагальнымі пратаколамі, такімі як BLE, Zigbee, LoRaWAN, NB-IoT або LTE-M. Усе гэтыя фактары робяць характарыстыкі акумулятара, такія як намінальнае напружанне, устойлівасць да перанапружання, самаразрад і прадукцыйнасць пры экстрэмальных тэмпературах, больш важнымі, чым проста колькасць мАг.
Найлепшыя крытэрыі батарэй для Інтэрнэту рэчаў
Перад тым, як выбраць тып акумулятара, улічыце наступныя крытэрыі:
1. Шчыльнасць энергіі і памер
Інтэрнэт рэчаў часта патрабуе невялікіх, даўгавечных батарэй. Высокая шчыльнасць энергіі дапамагае падоўжыць тэрмін службы батарэй без павелічэння памераў.
2. Самаразрад
Прылады, разлічаныя на тэрмін службы ад 2 да 10 гадоў у палявых умовах, патрабуюць акумулятараў з нізкім узроўнем самаразраду.
3. Пікавая магутнасць току
Радыёмодуль патрабуе пікавага току падчас перадачы. Няспраўная батарэя прывядзе да перазагрузкі прылады або немагчымасці перадачы дадзеных.
4. Дыяпазон рабочых тэмператур
Для вулічных датчыкаў, прамысловых прылад або халодных ланцугоў патрабуюцца акумулятары, якія застаюцца стабільнымі як пры нізкіх, так і пры высокіх тэмпературах.
5. Хімічная бяспека і стабільнасць
Для прылад, размешчаных у дамах або грамадскіх месцах, бяспека батарэй мае вырашальнае значэнне, асабліва для хімічных рэчываў, схільных да цеплавога перагрэву.
6. Кошт і даступнасць
Пры масавай вытворчасці на агульны кошт сістэмы ўплываюць цана, лёгкасць закупак і стандартызацыя памераў (акумулятары тыпу ААА, батарэйкі тыпу «таблетка», падсумкі).
Тыпы акумулятараў, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў Інтэрнэце рэчаў
1. Літый-тыянілхларыд (Li-SOCl₂): кароль доўгатэрміновага Інтэрнэту рэчаў
Для многіх прыкладанняў Інтэрнэту рэчаў, якія патрабуюць шматгадовага тэрміну службы без замены, Li-SOCl₂ часта лічыцца найлепшым выбарам. Гэта першасная (неакумулятарная) літыевая батарэя з вельмі высокай шчыльнасцю энергіі і вельмі нізкім самаразрадам.
лішак:
– Працяглы тэрмін захоўвання (можа дасягаць 10+ гадоў)
– Вельмі нізкі самаразрад
– Падыходзіць для прылад з нізкім каэфіцыентам нагрузкі (доўгі рэжым сну)
– Намінальнае напружанне звычайна складае 3,6 В (што выгадна для сучаснай электронікі)
недахоп:
– Пікавая здольнасць да току абмежаваная ў некаторых тыпах; часта патрабуецца кандэнсатар або гібрыдны кандэнсатар (HLC) для апрацоўкі перанапружання пры перадачы.
– Нельга папаўняць
– Кошт вышэйшы, чым у шчолачных
Падыходзіць для: разумных лічыльнікаў, датчыкаў LoRaWAN на батарэях, прылад адсочвання актываў з працяглым тэрмінам службы, аддаленых прамысловых прылад.
2. Дыяксід літыя і марганцу (Li-MnO₂): стабільны і практычны
Li-MnO₂ — гэта таксама літыевая батарэйка, якая звычайна сустракаецца ў выглядзе круглых (CR2032) або некаторых цыліндрычных элементаў. Яе намінальнае напружанне складае каля 3 В, яно стабільнае і адносна бяспечнае.
лішак:
– Папулярная і лёгкадаступная форма батарэі-таблеткі
– Стабільны і бяспечны для многіх патрэб
– Адносна нізкі самаразрад
недахоп:
– Абмежаваная ёмістасць батарэек-таблетак
– Пікавы ток не такі высокі, як у некаторых акумулятарных батарэй, таму гэта можа быць праблемай для радыёпрыёмнікаў, якія «марнатраўныя».
Падыходзіць для: маячкоў BLE, простых дыстанцыйных датчыкаў, прылад, якія рэдка перадаюць сігнал і энергаэфектыўныя.
3. Літый-іённыя (Li-ion) і літый-палімерныя (Li-Po): ідэальна падыходзяць для Інтэрнэту рэчаў, акумулятарныя
Калі прыладу Інтэрнэту рэчаў можна зараджаць (праз кабель, док-станцыю, сонечныя панэлі або збор энергіі), літый-іённыя/літый-палімерныя акумулятары з'яўляюцца моцнымі кандыдатамі дзякуючы высокай шчыльнасці энергіі і здольнасці падаваць вялікія пікавыя токі.
лішак:
– Перазараджаецца (сотні і тысячы цыклаў у залежнасці ад умоў)
– Высокі пікавы ток, прыдатны для LTE-M/NB-IoT або Wi-Fi
– Шмат варыянтаў памераў: 18650, падсумкавы, прызматычны
недахоп:
– Патрабуецца схема абароны і кіравання зарадкай (BMS/зарадная мікрасхема)
– Самаразрад і хімічная дэградацыя з часам становяцца больш выяўленымі
– Адчувальнасць да тэмпературы і перазарадкі
Падыходзіць для: камер Інтэрнэту рэчаў, партатыўных шлюзаў, носных медыцынскіх прылад, трэкераў з перыядычнай зарадкай.
4. Літый-жалезафасфат (LiFePO₄): больш бяспечная і даўгавечная акумулятарная батарэя
Для прымянення, якія патрабуюць больш высокай бяспекі і працяглага тэрміну службы, варта разгледзець LiFePO₄. Яго намінальнае напружанне складае каля 3,2 В на элемент, ён стабільны і больш награвальны.
лішак:
– Вельмі стабільны і больш бяспечны
– Доўгі тэрмін службы
– Адносна добрыя тэмпературныя характарыстыкі
недахоп:
– Ніжняя шчыльнасць энергіі ў параўнанні з літый-іённымі/літый-палімернымі батарэямі
– Розныя напружанні, часам патрэбныя карэкціроўкі канструкцыі
Падыходзіць для: прамысловых сістэм Інтэрнэту рэчаў, невялікіх прылад на сонечнай энергіі, прыкладанняў з прыярытэтам бяспекі.
5. Шчолачныя (AA/AAA): танныя і простыя, але не заўсёды эфектыўныя
Шчолачныя батарэі лёгкадаступныя і нядорагія. Аднак для працяглага выкарыстання ў Інтэрнэце рэчаў шчолачныя батарэі часта маюць меншы самаразрад і пікавы ток, асабліва пры нізкіх тэмпературах.
лішак:
– Танны і шырока даступны
– Падыходзіць для прататыпаў або звычайных спажывецкіх прылад
недахоп:
– Падзенне напружання пры выкарыстанні
– Не падыходзіць для шматгадовай службы без замены
– Прадукцыйнасць рэзка зніжаецца пры нізкіх тэмпературах
Падыходзіць для: простых прылад у памяшканнях, выпрабаванняў або прылад, у якіх батарэю можна лёгка замяніць.
6. Нікель-металгідрыдныя акумулятарныя батарэі: бяспечная альтэрнатыва, але з больш нізкім напружаннем
NiMH акумулятары (напрыклад, акумулятарныя AA/AAA) бяспечныя і адносна ўстойлівыя да злоўжыванняў, але іх напружанне складае 1,2 В на элемент, таму часта патрабуецца некалькі элементаў, злучаных паслядоўна, і/або павышальны пераўтваральнік.
лішак:
– Зараджаецца і адносна бяспечны
– Падыходзіць для прылад, якія часта зараджаюцца
недахоп:
– Самаразрад (хаця ёсць варыянты з нізкім самаразрадам)
– Ніжняя шчыльнасць энергіі, чым у літыя
– Нізкае напружанне на элемент
Падыходзіць для: прылад разумнага дома, якія можна рэгулярна зараджаць, або адукацыйных прылад і прылад для самастойнага выкарыстання.
Агульная рэкамендацыя: «Лепшы» варыянт залежыць ад сітуацыі
Каб спрасціць задачу, вось кіраўніцтва па выбары, заснаванае на найбольш распаўсюджаных патрэбах:
1. Мэта — 5–10 гадоў без замены батарэі
Выбірайце Li-SOCl₂ (часта ў спалучэнні з кандэнсатарам/HLC для пікавых нагрузак перадачы).
2. Невялікія прылады, звышнізкае спажыванне, рэдкая перадача (маякі BLE, простыя датчыкі)
Выбірайце літый-марганцавыя батарэйкі-таблеткі (CR2032/CR2450) з вельмі эканамічнай прашыўкай.
3. Ёсць падзарадка (USB/сонечная батарэя), трэба часта перадаваць дадзеныя або карыстацца сотавай сеткай.
Выбірайце літый-іённыя/літый-палімерныя акумулятары. Забяспечце належную абарону і канструкцыю зарадкі.
4. Патрэбна бяспечная і трывалая акумулятарная батарэя (прамысловая, вулічная, гарачая)
Разгледзьце LiFePO₄.
5. Кошт вельмі адчувальны, і прылада лёгкадаступная для замены батарэі.
Шчолачных батарэй можа быць дастаткова, але правядзіце праверку пікавага току і тэмпературы.
Парады па праектаванні для больш працяглых акумулятараў Інтэрнэту рэчаў
Нават самы лепшы акумулятар можа хутка разрадзіцца, калі прылада няправільна распрацавана. Вось некалькі практычных парад:
– Аптымізацыя працоўнага цыклу: павелічэнне часу сну, мінімізацыя актыўнага часу.
– Выкарыстоўвайце эфектыўны рэгулятар: выбірайце паніжальны/павышаючы з нізкім токам спакою.
– Скарачэнне перадачы: адпраўляйце дадзеныя перыядычна радзей або па меры неабходнасці.
– Выкарыстоўвайце кандэнсатары для імклівага напружання: гэта дапамагае, калі радыё патрабуе пікавага току.
– Улічвайце тэмпературу: эфектыўная ёмістасць акумулятара можа рэзка знізіцца пры нізкіх тэмпературах.
– Тэсціраванне ў рэальных умовах: аднаго толькі мадэлявання недастаткова; праводзьце тэсты спажывання току падчас сну і перадачы.
Закрыццё
Найлепшы акумулятар для прылад Інтэрнэту рэчаў — гэта той, які найлепшым чынам адпавядае іх эксплуатацыйным патрэбам: тэрміну службы, рэжымам спажывання энергіі, тэмпературы навакольнага асяроддзя і стратэгіям абслугоўвання. Для доўгатэрміновых прылад Інтэрнэту рэчаў, да якіх цяжка дабрацца, часта аддаецца перавагу Li-SOCl₂. Для акумулятарных прылад з больш высокімі патрабаваннямі да магутнасці літый-іённыя/літый-палімерныя або LiFePO₄ акумулятары могуць забяспечыць вялікую гнуткасць. У той жа час літыевыя батарэйкі-таблеткі падыходзяць для невялікіх, звышэфектыўных прылад, а шчолачныя застаюцца актуальнымі для простых і недарагіх ужыванняў.
Выбіраючы правільны хімічны склад батарэі, аптымізуючы абсталяванне і прашыўку, прылады Інтэрнэту рэчаў могуць працаваць даўжэй, больш стабільна і надзейна, зніжаючы эксплуатацыйныя выдаткі і паляпшаючы зручнасць карыстання.
