Как максимально увеличить мощность аккумулятора с длительным сроком службы?

Время автономной работы является важным фактором при разработке беспроводных сенсорных узлов, он будет представлять собой Интернет вещей (IIoT). Во многих приложениях сенсорные узлы необходимо устанавливать в недоступном месте, не говоря уже об услугах. бесплатно, потому что его стоимость слишком высока, их сложно подавать на питание или заставлять обслуживающий персонал менять батарею на регулярной основе.

В дополнение к тому, что электронные продукты обрабатываются с низким энергопотреблением, сама батарея также должна иметь возможность поддерживать очень долгое время, может быть, до 20 лет. Многие химические элементы батареи не поддерживают такой долгий срок службы, даже в поддержке специальных низкоэнергетических электронных продуктов из-за их скорости саморазряда.

Однако химический состав сульфурилхлорида лития может иметь очень низкую скорость саморазряда. Таким образом, химический состав обеспечивает самый долгий срок службы и обеспечивает высочайшую энергетическую автономность, он подходит для узлов датчиков iot и другого важного оборудования небольшого размера. Подтвержден срок службы соединений сульфурилхлорида лития 40 лет. Аккумуляторы типоразмера Aa в практическом приборе рассчитаны на срок службы более 20 лет.

Однако в связи с расширением области применения системы электропитания от батарей с длительным сроком службы очень важно учитывать особенности сульфурилхлорида лития. Добавляется беспроводная связь с узлами датчиков, а исполнительные функции, такие как открытие и закрытие клапана для газа или жидкости, увеличиваются. пиковый ток для батарей.

Типичный сенсорный узел или измерительные приложения в микроконтроллере большую часть времени будут бездействовать, он будет считывать данные в обычные временные интервалы, сохранять их в локальной памяти. Через короткий промежуток времени контроллер активирует беспроводную связь. модуль, а на шлюз или сервер отправляет пакеты данных. Беспроводная передача интерфейса, ток составляет 500 мА; Но для этого требуется всего несколько сотен миллисекунд.

Несмотря на то, что мощность батареи, кажется, поддерживает кратковременный пиковый ток, и эффекты старения неизбежно могут уменьшиться в области жизни. Емкость батареи зависит не только от скорости саморазряда, но и от производства большого количества Импеданса электрического тока увеличивается.

Влияние разной величины изображения импульса электрического тока.


Рисунок 1: влияние различных величин импульса тока на напряжение во времени, демонстрирующее кумулятивный эффект непрерывного импульса. Использование постоянного низкого тока восстановит уровень напряжения.

Уровень саморазряда литий-сульфурилхлоридных аккумуляторов очень низок, в основном из-за литий-ионных ионов в поверхностном разряде анода, образующегося при пассивировании слоя. Изоляционный слой ограничивает прохождение электрического тока, но при установке нагрузки на аккумулятор может выпасть. Однако из-за образования прохода через пассивирующий слой для химического процесса возникает задержка. Это признак переходного падения напряжения, которое затем медленно возрастает при постоянном напряжении нагрузки.

Переходное падение напряжения зависит от толщины и плотности пассивирующего слоя. Чем выше ток разряда, тем ниже напряжение. В случае частичного разряда снятие нагрузки приводит к увеличению степени пассивации, увеличению напряжения для уменьшения и задержки.

Если батареи размера d, такие как Tadirantl - 5134 / P, постепенно высвобождают постоянную нагрузку около 50 мкА, они будут продолжать обеспечивать ток, близкий к номинальному напряжению, в течение периода более десяти лет. Однако, если вам это нужно. Любые батареи, обеспечивающие больший импульс тока, будут изменены. Используя те же элементы размера D и используя их для передачи тока 150 мА, импульса, эксперименты Тадирана показывают, что в тех же элементах примерно через 2 года останется 3 вольта. чтобы снизиться, напряжение через 5 лет постепенно снизилось до 1,5 В. В схемотехнике ожидаемое напряжение выше 1,5 В казалось, что батарея полностью разряжается за пять лет, а не через 10 или 20 лет. если система способна его использовать, она также может продолжать обеспечивать энергией в течение 10 лет.

Сульфурилхлорид с использованием литиевой батареи для продления срока службы является ключом к устранению потребности в токе, чтобы не производить большие импульсы тока. Необходимость использования буферного устройства энергии импульса для обеспечения энергии, батареи для обеспечения постоянного потока заряда в буферная схема.

Для обеспечения метода контролируемого буфера энергии используется конденсатор большой емкости и преобразователи постоянного / постоянного тока, такие как Texas Instruments TPS62740, для регулировки заряда в конденсаторе. Чтобы обеспечить достаточный заряд для работы беспроводной линии в течение сотен микросекунд, конденсатор с двойным слоем или суперконденсатор обеспечивает подходящий выбор.

Использование микроконтроллера Texas instruments TPS62740.


Рисунок 2: использование однокристального микрокомпьютера с TPS62740 для суперконденсатора напряжения источника питания.

Конструкция схемы с использованием выходного резистора преобразователя постоянного / постоянного тока для ограничения тока в суперконденсаторе, в то же время, тока, извлекаемого из большой емкости исходных ячеек, таких как в серии TadiranXTRA. Необходимо выбрать резистор для поддержания требуемого тока в соответствии с длительным сроком службы.Хотя через резистор может быть основная батарея подключена к конденсатору, но использование преобразователя постоянного / постоянного тока имеет то преимущество, что он может динамически регулировать выходное напряжение, чтобы уменьшить потери энергии резистора так далеко, насколько возможно.

Программируемые преобразователи постоянного тока в постоянный ток, такие как TPS62740, могут в качестве зарядной емкости суперконденсатора увеличивать приращение выходного напряжения. Краткое изложение предложения - увеличение на 100 мВ каждые 30 или 60 секунд. Общее время зарядки может составлять более Однако в течение этого периода из-за постепенного увеличения напряжения питания уменьшенное сопротивление всегда будет меньше 100 мВ. Несмотря на то, что потребность в батареях резко возрастет, но при каждом увеличении напряжения потребность в электрическом токе составляет от двух до четырех ma ma, это не вызовет слишком большого отрицательного воздействия на внутреннее сопротивление.

Диапазон напряжения источника питания преобразователя постоянного / постоянного тока будет ограничен двумя факторами: необходимостью микроконтроллера, обеспечиваемой выходным напряжением конденсатора, и максимальным напряжением суперконденсатора, обычно в диапазоне от 2,5 В до 2,7 В. Встроенный микроконтроллер может рассчитывать на диапазон напряжений. от 1 до 2 В. Следовательно, преобразователь постоянного тока в постоянный ожидается в пределах от 1 В до 2,7 В. Это может зависеть от однокристального микрокомпьютера и выбора суперконденсатора.

При запуске суперконденсатор должен заряжаться микроконтроллером до желаемого уровня напряжения. На этом этапе можно использовать большое сопротивление для правильного ограничения тока в суперконденсаторе. После достижения целевого значения начального напряжения оно может быть меньшим. Резистор преобразуется в минимальные потери.Этого можно достичь за счет двух резисторов, подключенных параллельно.Обычно состоит из рабочего переключателя на однокристальном компьютере, который может обеспечить использование путей с более высоким сопротивлением в процессе запуска.После достижения уровня напряжения микроконтроллер переключиться на путь с низким сопротивлением.

Из-за переключателя преобразователя постоянного / постоянного тока и токоограничивающего резистора преобразование вызвало некоторые повреждения; однако работа каскада может помочь поддерживать общий КПД, близкий к 90%. Результатом стратегии управления мощностью является максимальное использование литий-сульфурилхлоридной батареи. жизнь схемы.

В процессе зарядки постепенно увеличивайте показатель напряжения.

Рисунок 3: в процессе зарядки, когда радиомодуль активен, в процессе зарядки, ступенчатое напряжение фазы по напряжению.

Страница содержит содержимое машинного перевода.