為遠(yuǎn)程無線設(shè)備供電：了解您的電池和應(yīng)用

IIoT 連接的設(shè)備正在變得真正無線，以監(jiān)控難以訪問和離網(wǎng)的環(huán)境。在需要電池供電解決方案的應(yīng)用中，有兩種主要類型的工業(yè)遠(yuǎn)程無線設(shè)備。

一種類型的平均能量（包括背景電流和脈沖）以微安為單位進(jìn)行測量，通常由工業(yè)級一次（不可充電）鋰電池供電。另一種類型的應(yīng)用消耗的平均能量（包括背景電流和脈沖）以毫安為單位進(jìn)行測量，通常由能量收集設(shè)備與鋰離子 (Li-ion) 可充電電池組合供電。

了解各種原電池（不可充電）絕大多數(shù)遠(yuǎn)程無線設(shè)備由原電池供電。有多種化學(xué)物質(zhì)可供選擇，包括二硫酸鐵 (LiFeS 2 )、二氧化錳鋰 (LiMnO 2 )、亞硫酰氯鋰 (LiSOCl 2 ) 和鋰金屬氧化物（表 1）。

表 1：電池類型比較（來源：Tadiran Batteries）

鋰電池因其高固有負(fù)電位而成為工業(yè)無線應(yīng)用的首選，超過所有其他金屬。作為最輕的非氣態(tài)金屬，鋰提供了所有可用電池化學(xué)物質(zhì)中最高的比能量（每單位重量的能量）和能量密度（每單位體積的能量）。鋰電池在 2.7 至 3.6 V 的正常工作電流電壓范圍內(nèi)運(yùn)行?；瘜W(xué)物質(zhì)也是非水性的，因此在極端溫度下不太可能凍結(jié)。

筒管型 LiSOCl 2電池主要用于極端環(huán)境中的長期部署，包括 AMR/AMI 計(jì)量、M2M、SCADA、儲罐液位監(jiān)控、資產(chǎn)跟蹤和環(huán)境傳感器等。筒管型 LiSOCl 2電池具有任何化學(xué)物質(zhì)中最高的容量和能量密度，以及最低的年自放電率（某些電池每年低于 1%），可實(shí)現(xiàn)長達(dá) 40 年的電池壽命。這些電池還具有盡可能寬的溫度范圍（–80°C 至 125°C），使其成為難以接近的位置和極端環(huán)境的理想選擇。

了解電池自放電所有電池都會經(jīng)歷一定程度的自放電，這種自放電會自然發(fā)生，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)會消耗能量，即使在電池?cái)嚅_連接或存儲時(shí)也是如此。自放電受電芯當(dāng)前放電電位、原材料純度和質(zhì)量以及鈍化效果的影響。

鈍化是 LiSOCl 2電池所獨(dú)有的，涉及在鋰陽極表面形成的氯化鋰 (LiCl) 薄膜以限制反應(yīng)性。當(dāng)在電池上放置負(fù)載時(shí)，鈍化層會導(dǎo)致初始高電阻和電壓暫時(shí)下降，直到放電反應(yīng)開始消散 LiCl 層——每次移除負(fù)載時(shí)都會重復(fù)這一過程。

鈍化效應(yīng)有幾個(gè)影響，包括電流容量、儲存時(shí)間、儲存溫度、放電溫度和之前的放電條件。相對于新電池時(shí)，從部分放電的電池中移除負(fù)載會增加鈍化水平。鈍化可延長電池壽命，但過多會過度限制能量流動(dòng)。

其他因素會影響電池的自放電，包括電池的電流放電電位、制造方法以及原材料的質(zhì)量。例如，高質(zhì)量的繞線管型 LiSOCl 2電池的自放電率每年可低至 0.7%，40 年后仍可保持其原始容量的 70%。相比之下，質(zhì)量較低的線軸型 LiSOCl 2電池每年的自放電率高達(dá) 3%，每 10 年損失 30% 的初始容量，使電池壽命無法達(dá)到 40 年。

適應(yīng)高脈沖應(yīng)用越來越多的無線設(shè)備主要在“待機(jī)”模式下運(yùn)行，消耗最少的電流，并且需要周期性的高脈沖來為雙向無線通信供電。

標(biāo)準(zhǔn)線軸型 LiSOCl 2電池由于其低倍率設(shè)計(jì)而無法提供高脈沖。這可以通過添加獲得專利的混合層電容器(HLC) 來克服。

標(biāo)準(zhǔn)線軸型 LiSOCl 2電池提供低日常背景電流，而 HLC 處理周期性高脈沖。獲得專利的 HLC 還具有特殊的壽命終止電壓平臺，可以解釋為提供自動(dòng)低電池狀態(tài)警報(bào)。

電池壽命可以比作比賽您的應(yīng)用程序是否需要速度（更高的流速）或距離（延長電池壽命）？這類似于短跑與長跑：

高倍率電池：以安培測量的少量高脈沖快速上坡行駛，電池壽命最長可達(dá)五年。

中速電池：以較小的傾斜度運(yùn)行，可測量數(shù)百毫安的脈沖，電池壽命最長可達(dá) 10 年。

超長壽命電池：在幾乎平坦的軌道上運(yùn)行，有許多小障礙/脈沖可測量到數(shù)十毫安，從而創(chuàng)造了 40 年電池壽命的潛力。

具有周期性高速脈沖的超長壽命電池：在幾乎平坦的軌道上運(yùn)行，具有大量可測量高達(dá)數(shù)十安培的更高障礙/脈沖，從而創(chuàng)造了 40 年電池壽命的潛力。

（來源：塔迪蘭電池）

其他因素會影響工業(yè)級原鋰電池的選擇，包括活動(dòng)模式下消耗的電流量（以及脈沖的大小、持續(xù)時(shí)間和頻率）、待機(jī)或睡眠模式下消耗的能量（基極電流）、儲存時(shí)間（儲存期間的正常自放電會降低容量）和預(yù)期溫度（儲存和現(xiàn)場操作期間）。其他考慮因素包括設(shè)備截止電壓（當(dāng)電池容量耗盡時(shí)，或在極端溫度下，電壓可能會下降到傳感器無法運(yùn)行的低點(diǎn)），以及電池的年自放電率（可能接近從平均日常使用中汲取的電流）。

短期測試結(jié)果無法預(yù)測馬拉松式的高自放電率的長期影響可能多年后才會顯現(xiàn)出來，預(yù)測實(shí)際電池壽命的理論方法通常低估了鈍化效應(yīng)以及長期暴露的重要性到極端溫度。

如果您的應(yīng)用需要長壽命電源，您必須仔細(xì)評估潛在供應(yīng)商，要求提供完整記錄的長期測試結(jié)果以及從類似負(fù)載和環(huán)境條件下的可比設(shè)備獲取的長期現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)。了解您的電池和您的應(yīng)用要求將有助于提高設(shè)備的性能并延長電池壽命，從而降低擁有成本。

審核編輯 黃昊宇