¿Cómo se maximiza la potencia de una batería de larga duración?

La duración de la batería es el desarrollo de nodos de sensores inalámbricos es una consideración importante, constituirá el Internet de las cosas (IIoT). En muchas aplicaciones, los nodos de sensores deben instalarse en un lugar inaccesible, sin mencionar el servicio. es gratis, porque su costo es demasiado alto, es difícil darles energía, o hacer que el personal de mantenimiento cambie la batería de forma regular.

Además de que los productos electrónicos se procesan con un bajo consumo de energía, la batería en sí también debe poder soportar un tiempo muy largo, puede ser de hasta 20 años.Muchos productos químicos de la batería no admiten una vida útil tan larga, incluso en soporte de productos electrónicos especiales de baja energía debido a su tasa de autodescarga.

Sin embargo, la química del cloruro de sulfurilo de litio puede tener una tasa de autodescarga muy baja. Por lo tanto, la química proporciona, con mucho, la vida más larga y puede ver la mayor autonomía energética, es adecuada para nodos de sensores iot y otros equipos importantes de tamaño pequeño. 40 años, se confirmó la vida útil de los compuestos de cloruro de sulfurilo de litio. Baterías de tamaño AA en un instrumento práctico con una vida útil de más de 20 años.

Sin embargo, como el sistema de suministro de energía de batería de larga duración de la expansión del alcance de la aplicación, considere que las características de cloruro de sulfurilo de litio son muy importantes.Se agrega comunicación inalámbrica a los nodos del sensor y la función ejecutiva, como la capacidad de apertura y cierre de la válvula de gas o líquido, aumenta la corriente máxima de las baterías.

Un nodo de sensor típico o aplicaciones de medición en microcontrolador estará inactivo la mayor parte del tiempo, leerá los datos en los intervalos de tiempo normales, los almacenará en la memoria local.En un corto intervalo de tiempo, el controlador activará la comunicación inalámbrica módulo, y a la puerta de enlace o el servidor envía paquetes de datos.Transmisión de interfaz inalámbrica, la corriente es de 500 ma; pero solo necesita unos pocos cientos de milisegundos.

A pesar de que la potencia de la batería parece soportar la corriente máxima a corto plazo, y los efectos del envejecimiento son inevitables, pueden reducirse en el campo de la vida.La capacidad de la batería no solo está influenciada por la tasa de autodescarga, sino también por producir una gran cantidad de la impedancia del pulso de corriente eléctrica aumenta.

La influencia de diferentes tamaños de imagen de pulso de corriente eléctrica.


Figura 1: la influencia de diferentes tamaños de pulso de corriente en el voltaje con el tiempo, que muestra el efecto acumulativo del potencial de pulso continuo El uso de la corriente baja constante restaurará el nivel de voltaje

La tasa de autodescarga química de la batería de cloruro de sulfurilo de litio es muy baja, en gran parte debido a la descarga de iones de litio en la superficie del ánodo que se forma cuando se forma una capa de pasivación.La capa de aislamiento limita el flujo de corriente eléctrica, pero al colocar la carga en la batería, puede caer Sin embargo, debido a que se forma un camino a través de la capa de pasivación para el proceso químico, hay un retraso. Este es un signo de caída de voltaje transitoria, y luego el aumento lento es bajo voltaje de carga constante.

La caída de voltaje transitoria depende del grosor y la densidad de la capa de pasivación. Cuanto mayor sea la corriente de descarga, proporcionada por el voltaje más bajo. En el caso de descarga parcial, eliminar la carga tiende a aumentar la cantidad de pasivación, aumentar el voltaje para reducir y retrasar.

Si las baterías de tamaño d, como Tadirantl - 5134 / P, liberan gradualmente la carga continua de aproximadamente 50 mu A, continuarán proporcionando una corriente cercana a la tensión nominal en un período de más de diez años. Cualquier batería proporciona un pulso de corriente mayor, va a cambiar. Al usar las mismas celdas de tamaño D y usarlas para transferir el pulso actual de 150 ma, los experimentos de Tadiran muestran que las mismas celdas en aproximadamente 2 años permanecerán en 3 voltios. para disminuir, el voltaje, después de 5 años disminuyó gradualmente a 1,5 V.En el diseño del circuito, el voltaje esperado superior a 1,5 V parecía descargar completamente la batería en cinco años, no en 10 o 20. Las baterías, sin embargo, todavía tienen suficiente carga de almacenamiento, si el sistema es capaz de utilizarlo, también puede seguir proporcionando la energía durante los 10 años.

El cloruro de sulfurilo que usa una batería de litio para extender la vida útil es la clave para eliminar la demanda actual, a fin de no producir un gran pulso de corriente.La necesidad de usar un dispositivo de búfer de energía de pulso para proporcionar energía, la batería para proporcionar un flujo constante de carga en el circuito de amortiguación.

Para proporcionar un método de búfer de energía controlado, se utiliza un condensador grande y convertidores dc / dc, como Texas instruments TPS62740, para ajustar la carga en el condensador.Con el fin de garantizar suficiente carga para ejecutar un enlace inalámbrico cientos de microsegundos, condensador de doble capa o el supercondensador proporciona una opción adecuada.

Uso del microcontrolador Texas Instruments TPS62740.


Figura 2: uso de control de microordenador de un solo chip con TPS62740 para voltaje de supercondensador de la fuente de alimentación.

Diseño de circuito que utiliza una resistencia de salida del convertidor dc / dc para limitar la corriente en el supercondensador, al mismo tiempo, la corriente extraída de la alta capacidad de las celdas originales, como las que se encuentran en la serie TadiranXTRA. Es necesario elegir una resistencia para mantener la demanda actual. de acuerdo con una larga vida útil.Aunque puede a través de la resistencia, la batería principal está conectada al condensador, pero el uso de un convertidor CC / CC tiene la ventaja de que puede ajustar dinámicamente el voltaje de salida, para reducir la pérdida de energía de la resistencia. tan lejos como sea posible.

Un convertidor CC / CC programable, como el TPS62740, puede, como capacidad de carga de un supercondensador, aumentar su incremento de voltaje de salida. Un resumen de una propuesta es un aumento de 100 mv cada 30 o 60 segundos. El tiempo total de carga puede ser en más Sin embargo, durante este período, debido a que el voltaje de suministro aumenta gradualmente, la resistencia reducida siempre será inferior a 100 mv. Aunque la demanda de la batería aumentará drásticamente, pero cada aumento del voltaje, el requisito de corriente eléctrica es de dos a cuatro ma ma, no causará demasiado efecto adverso a la resistencia interna.

El rango de voltaje de la fuente de alimentación del convertidor CC / CC se limitará a dos factores: el microcontrolador debe proporcionarlo aguas abajo del voltaje del capacitor y el voltaje máximo del supercondensador, generalmente en el rango de 2.5 V a 2.7 V El microcontrolador integrado puede esperar un rango de voltaje de 1 a 2 voltios Por lo tanto, se espera un convertidor CC / CC de 1 V a 2,7 V dentro del alcance de la operación, puede depender del microordenador de un solo chip y la selección del supercondensador.

Al inicio, el supercondensador debe cargarse al nivel de voltaje deseado por el microcontrolador.En esta etapa, se puede usar una gran resistencia para limitar adecuadamente la corriente en el supercondensador.Una vez que se alcanza el objetivo del voltaje inicial, puede ser más pequeño La resistencia se convierte en una pérdida mínima.Esto se puede lograr mediante las dos resistencias conectadas en paralelo.Por lo general, consta de un interruptor de funcionamiento de computadora de un solo chip que puede garantizar el uso de rutas de mayor resistencia en el proceso de arranque.Después de alcanzar el nivel de voltaje, el microcontrolador para interruptor en ruta de baja resistencia.

Debido al interruptor del convertidor CC / CC y la conversión de la resistencia limitadora de corriente causaron algunos daños; Sin embargo, el funcionamiento de la cascada puede ayudar a mantener la eficiencia general cercana al 90%. El resultado de la estrategia de control de potencia es maximizar la batería de cloruro de sulfurilo de litio vida del circuito.

En el proceso de carga, aumente gradualmente la cifra de voltaje.

Figura 3: en el proceso de carga, cuando el módulo de radio está activo, en el proceso de carga, la fase de voltaje de paso en voltaje.

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