IoT төхөөрөмжүүдэд зориулсан хамгийн сайн батерей
Эд зүйлсийн интернет (IoT) төхөөрөмжүүд одоо амьдралын янз бүрийн хүрээнд, тухайлбал ухаалаг гэр, аж үйлдвэр, нарийн хөдөө аж ахуй, эрүүл мэнд, тэр ч байтугай ухаалаг хотуудад хэрэгжиж байна. Санал болгож буй тав тух, автоматжуулалтын цаана IoT-г энэ салбарт хэрэгжүүлэх амжилтыг тодорхойлдог нэг бүрэлдэхүүн хэсэг байдаг: батерей. IoT төхөөрөмжүүд нь ерөнхийдөө урт хугацаанд, тогтвортой, хамгийн бага засвар үйлчилгээтэй ажиллах шаардлагатай байдаг бөгөөд ихэвчлэн хүрэхэд хэцүү газруудад байрладаг. Тиймээс IoT төхөөрөмжүүдэд хамгийн сайн батерейг сонгох нь зүгээр л "хамгийн том багтаамж"-ыг сонгох биш, харин төхөөрөмжийн эрчим хүчний профайл, ажлын орчин, ашиглалтын хугацаанд хамгийн сайн тохирохыг нь сонгох явдал юм.
IoT батерейг сонгох нь яагаад чухал вэ?
Ихэнх IoT зангилаанууд өвөрмөц хэв маягаар ажилладаг: тэд ихэнх цагаа унтаж, дараа нь мэдрэгчийг хэмжих, өгөгдөл дамжуулахын тулд богино хугацаанд сэрдэг. Унтах үеийн гүйдэл маш бага (микроампер) байж болох бол радио дамжуулалтын үед богино хугацаанд огцом нэмэгдэж (аравтаас хэдэн зуун миллиампер) болно. Цаашилбал, IoT нь ихэвчлэн BLE, Zigbee, LoRaWAN, NB-IoT, эсвэл LTE-M зэрэг эрчим хүчний хэмнэлттэй протоколуудтай хослуулдаг . Эдгээр бүх хүчин зүйлүүд нь батерейны нэрлэсэн хүчдэл, хэт хүчдэлийн эсэргүүцэл, өөрөө цэнэггүй болох, хэт температурт ажиллах чадвар зэрэг шинж чанарыг зөвхөн mAh тооноос илүү чухал болгодог.
IoT-д зориулсан батерейны хамгийн сайн шалгуур
Батерейны төрлийг сонгохоосоо өмнө дараах шалгуурыг анхаарч үзээрэй.
1. Эрчим хүчний нягтрал ба хэмжээ
IoT нь ихэвчлэн жижиг, удаан эдэлгээтэй батерей шаарддаг. Өндөр эрчим хүчний нягтрал нь хэмжээсийг нэмэгдүүлэхгүйгээр батерейны ашиглалтын хугацааг уртасгахад тусалдаг.
2. Өөрөө гадагшлуулах
Талбай дээр 2-10 жил ажиллах зориулалттай төхөөрөмжүүдэд өөрөө цэнэг алдах чадвар багатай батерей шаардлагатай.
3. Оргил гүйдлийн багтаамж
Радио модуль нь дамжуулах явцад оргил гүйдэл шаарддаг. Батерей ажиллахгүй бол төхөөрөмж дахин асах эсвэл өгөгдөл дамжуулахад алдаа гарна.
4. Ашиглалтын температурын хүрээ
Гаднах мэдрэгч, үйлдвэрлэлийн төхөөрөмж эсвэл хүйтэн гинж нь бага болон өндөр температурт тогтвортой байх батерей шаарддаг.
5. Химийн аюулгүй байдал ба тогтвортой байдал
Айл гэр эсвэл олон нийтийн газар байрлуулсан төхөөрөмжүүдийн хувьд батерейны аюулгүй байдал, ялангуяа дулааны алдагдалд өртөмтгий химийн бодисын хувьд маш чухал юм.
6. Үнэ болон бэлэн байдал
Массын үйлдвэрлэлийн хэмжээнд үнэ, худалдан авалтын хялбар байдал, хэмжээний стандартчилал (AA, AAA, зоосны хайрцаг, уут) нь системийн нийт өртөгт нөлөөлдөг.
IoT-д түгээмэл хэрэглэгддэг батерейны төрлүүд
1. Литий тионил хлорид (Li-SOCl₂): Урт хугацааны IoT-ийн хаан
Олон жилийн ашиглалтын хугацаа шаарддаг олон IoT програмуудын хувьд Li-SOCl₂ нь хамгийн сайн сонголт гэж тооцогддог. Энэ батерей нь литийн батерейг агуулдаг маш өндөр энергийн нягтралтай, маш бага өөрөө цэнэг алддаг анхдагч (дахин цэнэглэгддэггүй).
Илүүдэл:
- Хадгалах хугацаа урт (10 ба түүнээс дээш жил байж болно)
– Маш бага өөрөө цэнэг алддаг
– Бага ачааллын мөчлөгтэй төхөөрөмжүүдэд тохиромжтой (удаан унтах)
– Нэрлэсэн хүчдэл нь ерөнхийдөө 3,6V байдаг (орчин үеийн электроникийн хувьд давуу талтай)
Дутмаг:
– Зарим төрлүүдэд оргил гүйдлийн хүчин чадал хязгаарлагдмал байдаг; дамжуулалтын хэт ачааллыг зохицуулахын тулд ихэвчлэн конденсатор эсвэл эрлийз давхаргын конденсатор (HLC) шаардлагатай байдаг.
- Дахин цэнэглэх боломжгүй
– Үнэ нь шүлтлэгээс өндөр
Тохиромжтой: ухаалаг тоолуур, батерейд суурилсан LoRaWAN мэдрэгч , урт хугацааны хөрөнгө хэмжигч, алсын зайнаас ажилладаг үйлдвэрлэлийн төхөөрөмжүүд.
2. Литийн манганы давхар исэл (Li-MnO₂): Тогтвортой ба практик
Li-MnO₂ нь мөн литийн батерей Үндсэн батерейнууд нь ихэвчлэн зоосны элемент (CR2032) эсвэл тодорхой цилиндрт байдаг. Тэдгээрийн нэрлэсэн хүчдэл нь ойролцоогоор 3В, тогтвортой бөгөөд харьцангуй аюулгүй.
Илүүдэл:
– Алдартай бөгөөд авахад хялбар зоосны эсийн хэлбэр
- Олон хэрэгцээнд тогтвортой, аюулгүй
– Харьцангуй бага өөрөө цэнэг алдагдах
Дутмаг:
– Зоосны эсийн багтаамж хязгаарлагдмал
– Оргил гүйдэл нь зарим цэнэглэдэг батерей шиг өндөр биш тул "үр ашиггүй" радиод асуудал үүсгэж болзошгүй.
Тохиромжтой: BLE дохионы дохио, энгийн алсын зайн мэдрэгч, ховор дамжуулдаг, эрчим хүчний хэмнэлттэй төхөөрөмжүүд.
3. Лити-ион (Li-ion) болон Литий Полимер (Li-Po): Цэнэглэдэг IoT-д тохиромжтой
Хэрэв IoT төхөөрөмжийг цэнэглэх боломжтой бол (кабель, залгуур, нарны хавтан эсвэл эрчим хүч хураах замаар) Li-ion/Li-Po нь өндөр эрчим хүчний нягтрал болон өндөр оргил гүйдэл дамжуулах чадварын улмаас хүчтэй сонголт болдог.
Илүүдэл:
– Цэнэглэдэг (нөхцөл байдлаас шалтгаалан хэдэн зуугаас хэдэн мянган удаа цэнэглэх боломжтой)
– LTE-M/NB-IoT эсвэл Wi-Fi-д тохиромжтой өндөр оргил гүйдэл
– Олон төрлийн сонголттой: 18650, ууттай, призм хэлбэртэй
Дутмаг:
– Цэнэглэх хамгаалалт болон удирдлагын хэлхээ (BMS/цэнэглэгчийн IC) шаардлагатай
– Цаг хугацаа өнгөрөх тусам өөрөө гадагшлах болон химийн задрал улам бүр тод илэрдэг
- Температур болон хэт ачаалалд мэдрэмтгий
Тохиромжтой: IoT камер, зөөврийн гарц, өмсдөг эрүүл мэндийн төхөөрөмж , үе үе цэнэглэдэг хянагч.
4. Лити төмрийн фосфат (LiFePO₄): Илүү аюулгүй, удаан эдэлгээтэй цэнэглэдэг батерей
Илүү өндөр аюулгүй байдал болон урт хугацааны ашиглалтын хугацаа шаарддаг хэрэглээний хувьд LiFePO₄-ийг авч үзэх нь зүйтэй. Түүний нэрлэсэн хүчдэл нь элемент бүрт ойролцоогоор 3,2В, тогтвортой бөгөөд илүү халуунд тэсвэртэй.
Илүүдэл:
- Маш тогтвортой, илүү аюулгүй
- Урт мөчлөгийн ашиглалтын хугацаа
- Харьцангуй сайн температурын гүйцэтгэл
Дутмаг:
– Ли-ион/Ли-Полоос бага энергийн нягтралтай
– Өөр өөр хүчдэлтэй, заримдаа дизайны тохируулга шаардлагатай байдаг
Тохиромжтой: аж үйлдвэрийн IoT систем, жижиг нарны эрчим хүчээр ажилладаг төхөөрөмжүүд, аюулгүй байдлыг чухалчилдаг хэрэглээнд.
5. Шүлтлэг (AA/AAA): Хямд бөгөөд хялбар боловч үргэлж үр дүнтэй байдаггүй
Шүлтлэг батерейнууд нь бэлэн бөгөөд хямд байдаг. Гэсэн хэдий ч IoT-г удаан хугацаанд ашиглахад шүлтлэг батерейнууд нь ялангуяа бага температурт өөрөө цэнэггүй болох болон оргил гүйдлийн гүйцэтгэл багатай байдаг.
Илүүдэл:
- Хямд үнэтэй бөгөөд өргөн боломжтой
- Прототип эсвэл ерөнхий хэрэглээний төхөөрөмжүүдэд тохиромжтой
Дутмаг:
– Ашиглалтын үед хүчдэл буурдаг
– Солих шаардлагагүйгээр олон жилийн ашиглалтын хугацаанд ашиглахад тохиромжгүй
- Бага температурт гүйцэтгэл огцом буурдаг
Тохиромжтой: дотор орчинд энгийн төхөөрөмжүүд, туршилтууд эсвэл батерейг амархан сольж болох төхөөрөмжүүд.
6. NiMH цэнэглэдэг: Аюулгүй хувилбар, гэхдээ бага хүчдэлтэй
NiMH (жишээ нь AA/AAA цэнэглэдэг) нь аюулгүй бөгөөд харьцангуй хэт ачаалалд тэсвэртэй боловч түүний хүчдэл нь нэг эсэд 1,2В байдаг тул олон эсийг цуваа холбох болон/эсвэл өргөлтийн хөрвүүлэгч шаарддаг.
Илүүдэл:
– Дахин цэнэглэдэг бөгөөд харьцангуй аюулгүй
- Байнга цэнэглэгддэг төхөөрөмжүүдэд тохиромжтой
Дутмаг:
– Өөрөө цэнэг алдах (гэхдээ өөрөө цэнэг алдах багатай хувилбарууд байдаг)
– Литиумаас бага эрчим хүчний нягтралтай
– Нэг эсэд бага хүчдэл
Тохиромжтой: тогтмол цэнэглэж болох ухаалаг гэрийн төхөөрөмжүүд, эсвэл боловсролын болон өөрөө хийх төхөөрөмжүүд.
Ерөнхий зөвлөмж: "Хамгийн сайн" нь нөхцөл байдлаас хамаарна
Илүү хялбар болгохын тулд хамгийн түгээмэл хэрэгцээнд үндэслэсэн сонголтын гарын авлагыг энд оруулав.
1. Батерей солихгүйгээр 5–10 жилийн турш ашиглах боломжтой
Li-SOCl₂-г сонгоно уу (ихэвчлэн оргил дамжуулалтын ачааллын хувьд конденсатор/HLC-тэй хослуулдаг).
2. Жижиг төхөөрөмжүүд, хэт бага хэрэглээ, ховор дамжуулалт (BLE дохио, энгийн мэдрэгч)
Маш хэмнэлттэй програм хангамжийн загвартай, Li-MnO₂ зоосны эс (CR2032/CR2450)-г сонгоно уу.
3. Дахин цэнэглэх (USB/нарны эрчим хүч), байнга дамжуулах эсвэл үүрэн сүлжээ ашиглах шаардлагатай байна
Лити-ион/Ли-Пол сонгоно уу. Зөв хамгаалалт болон цэнэглэх загварыг хангана уу.
4. Аюулгүй, удаан эдэлгээтэй (үйлдвэрлэлийн, гадаа, халуун) цэнэглэдэг батерей хэрэгтэй
LiFePO₄-г авч үзье.
5. Үнэ нь маш мэдрэмтгий бөгөөд төхөөрөмж нь батерейг солиход хялбархан хүрч болно.
Шүлтлэг хангалттай байж болох ч оргил гүйдэл болон температурын шинжилгээг хийнэ үү.
Илүү удаан эдэлгээтэй IoT батерейны дизайны зөвлөмжүүд
Хэрэв төхөөрөмжийг зөв зохион бүтээгээгүй бол хамгийн сайн батерей ч хурдан дуусдаг. Энд зарим практик зөвлөгөө байна:
– Ажлын мөчлөгийг оновчтой болгох: унтах хугацааг нэмэгдүүлэх, идэвхтэй цагийг багасгах.
– Үр ашигтай зохицуулагч ашиглах: нам гүм гүйдэлтэй buck/boost сонгоно уу.
– Дамжуулалтыг багасгах: өгөгдлийг үе үе цөөн давтамжтайгаар эсвэл үйл явдалд суурилсан байдлаар илгээх.
– Тэсрэлтийн үед конденсатор ашиглах: радио оргил гүйдэл шаардлагатай үед тусалдаг.
- Температурыг харгалзан үзнэ үү: үр дүнтэй батерейны багтаамж бага температурт огцом буурч болно.
– Бодит ертөнцийн туршилт: зөвхөн симуляци хангалтгүй; унтах болон дамжуулах үед гүйдлийн хэрэглээний туршилтыг гүйцэтгэнэ.
Хаах
IoT төхөөрөмжүүдийн хамгийн сайн батерей нь ашиглалтын хугацаа, эрчим хүчний хэрэглээний хэв маяг, орчны температур, засвар үйлчилгээний стратеги зэрэг үйл ажиллагааны хэрэгцээнд хамгийн сайн тохирсон батерей юм. Хүрэхэд хэцүү, удаан эдэлгээтэй IoT төхөөрөмжүүдийн хувьд Li-SOCl₂ нь ихэвчлэн илүүд үздэг сонголт байдаг. Өндөр эрчим хүчний шаардлага хангасан цэнэглэдэг төхөөрөмжүүдийн хувьд Li-ion/Li-Po эсвэл LiFePO₄ нь маш их уян хатан байдлыг санал болгодог. Үүний зэрэгцээ литийн зоосны эсүүд нь жижиг, хэт үр ашигтай төхөөрөмжүүдэд тохиромжтой бөгөөд шүлтлэг нь энгийн, хямд өртөгтэй хэрэглээнд хамааралтай хэвээр байна.
Техник хангамж болон програм хангамжийг оновчтой болгохын зэрэгцээ батерейны зөв химийн найрлагыг сонгосноор IoT төхөөрөмжүүд илүү удаан, илүү тогтвортой, илүү найдвартай ажиллах боломжтой бөгөөд энэ нь хэрэглэгчийн туршлагыг сайжруулахын зэрэгцээ үйл ажиллагааны зардлыг бууруулна.
