Akkumulátorválasztás az IoT tervezéshez

Akkumulátorválasztás az IoT tervezéshez

29 Juli 2019 0 Von admin

IoT -projekt készítésekor az akkumulátor kiválasztása nagyon fontos. Az akkumulátorok az autonómiát, a méretet, az árat és a használati feltételeket jelentik.

Nincs univerzális megoldás a készülék táplálására, a megfelelő akkumulátor valóban az Ön igényeitől függ. A megfelelő áramellátási megoldás megtalálásához bizonyos számú paramétert kell figyelembe vennie. Ebben a bejegyzésben megpróbáljuk felsorolni a legtöbbet. Ez a bejegyzés nem teljes: nem vagyok akkumulátor szakértő. Ez a bejegyzés a saját tapasztalataimon alapul, és ezt kiindulópontnak tekintheti, nem pedig megoldásnak.

dimenziós kritériumok

Az akkumulátor mérete az egyik első kritérium, amely független az IoT -eszközök gyártásakor. Ezzel kezdem, mert a dimenzió az első kritériumok egyike, amely korlátozza az önállósággal kapcsolatos elvárásait. Ha nincs helyszűke, akkor szerencsés! Az akkumulátor kiválasztása könnyebb lesz.

Alapvetően különböző típusú akkumulátorokkal rendelkezünk (nem kimerítő):

  • Gombelemek: ezek az akkumulátorok többnyire lítium technológián alapulnak, és 3 V feszültséget javasolnak. Akár 1000 mAh -t is találhat kompakt formatervezéssel. Általában nem képesek erős áramot szolgáltatni, és LPWA esetén szuperkapacitással kell használni őket az átviteli energia ellátásához.
  • Hengeres cellák: itt találja a legtöbb elemet és technológiák keverékét. Az AAA formatervezési módban a választási lehetőségek kissé korlátozottak, de az AA -tól (vagy 14500 -tól) sok megoldást talál. A technológiák széles választékának köszönhetően 1 cellából indul, amely akár 3,7 V feszültséget biztosít az eszköz tápellátásához.
  • Köbös cellák: a köbös megoldások többsége Li-Po technológián alapul. Bármilyen méretet találhat a keresett kapacitástól függően. Mivel a Li-Po képes nagy áramerősségű képeket szolgáltatni, ez az energiaellátó megoldás hatékony és alacsony költségű az apró eszközök számára.

Az akkumulátor méretének kiegészítéseként figyelembe kell vennie az akkumulátor csatlakoztatásának módját a készülékhez / tárgyhoz. Sok időt töltöttem ezzel a témával, mivel a mechanikai megfontolás gyorsan kissé összetett lehet.

Az elemtartó használata valóban egyszerűbb, de gyorsan drága, és sok hely szükséges, ha több cellája van. A vezetékes akkumulátor csatlakozójának használata jó kompromisszum.

Mivel nincs szabvány a csatlakozóra / polaritásra, ezt meg kell adnia az elemek rendelésekor. Amikor elemeket rendelt az alibabáról, ez a pont nem jelentett problémát, még kis mennyiségben is el tudják készíteni azt, amit akarnak. Ez csak stressztényező, amíg az akkumulátor nincs a kezében.

a feszültség kérdése

A feszültség kérdése közvetlenül kapcsolódik a méretkérdéshez. Ez nemcsak az akkumulátorhoz, hanem az áramkör kialakításához is kapcsolódik. Általában az MCU -t 3.3V -on kell táplálni; ebből a feszültségből többet vagy kevesebbet tudunk biztosítani az elemekből.

fokozatos megközelítés

Fokozatos megközelítés esetén az akkumulátorforrás 3,3 V-nál alacsonyabb lesz, és a fokozó áramkör 3,3 V-ra növeli a feszültséget. Ez hasznos lehet lúgos cellák (1,5 V) NiMh (1,2 V) áramellátásához … egy vagy két cellával tud táplálni, és biztosítja a várt feszültséget. A cellák száma csökken, ahol az ár és a méret kritériumok számítanak. A celláknak több áramot kell szállítaniuk. Az aktuális kép növekszik a cella feszültségének csökkenésével. a feszültségcsökkenés kockázata a cella élettartama végén nagy.

lépjen le

Ez a leggyakoribb megközelítés, az akkumulátorforrás magasabb lesz, mint 3,3 V, és a lekapcsolási áramkör csökkenti a feszültséget a 3,3 V-ra. A legtöbb lítiumoldat magasabb, mint 3,3 V. Ez lehetővé teszi cellák hozzáadását is a nagyobb kapacitás elérése érdekében. A technológiától függően nem ajánlott párhuzamosan használni az akkumulátort, mivel fennáll annak a veszélye, hogy az egyik cellát egy másikból tölti fel. Ez károsíthatja a sejteket. Ha az akkumulátort sorozatba helyezi, ez elkerülhető.

A nagy feszültségtartományban működő leállítási áramkör választása nagyobb választási lehetőséget kínál az akkumulátor / önállóság tekintetében. Példaként választhat 3 × 1,5 V olcsó elemeket (4,5 V – 8,4 W) vagy 3 × 1,2 V olcsó NiMh újratölthető cellákat (3,6 V – 7,2 W). Akár 3x3V LiMnO2 cellákat (9V-18W) vagy 3 × 3,6V LiSOCl2 (10,8V-24W) is kaphat. 3 -szoros tényezőt lát az energiasűrűségben. Ugyanazon kötetért háromszoros autonómiát kaphat. Ez egy érdekes lehetőség, amelyet megenged az ügyfélnek: ár vs önállóság.

lépés semmi közeledés

Ebben az esetben közvetlenül csatlakoztatja az akkumulátort a készülékhez feszültségváltás nélkül. Ez azt jelenti, hogy az akkumulátor valóban a 3.3V közelében szállít valamit. Ha 3 V -os lítium elemet használ, ez a megoldás életképes. 3,7 V -os lítium oldat esetén nem ajánlom. Mindenesetre meg kell vizsgálnia az akkumulátor specifikációit:

  • A jelzett feszültség a feszültségplató, nem a maximális. Tehát egy 3,7 V-os Li-Po akkumulátor esetében a kiindulási pont 4,2 V-nál van. Ez általában meghaladja az áramkörök határait.
  • A feszültség az akkumulátor élettartama alatt csökken, a technológiától függően 1% vagy 50% lehet. Például egy 1,5 V-os lúg lineárisan 0,8 V-ra csökken.

az elektromos áram kérdése

A különböző akkumulátor -technológiák különböző mennyiségű áramot hajtanak. Ez nem jelent problémát, ha nincs szüksége áramra, és nincs csúcsa. Ez a kérdés kulcsfontosságú, amint magas ribizli csúcsra van szüksége. Ez általában jellemző az LPWAn IoT eszközök gyártásakor. Ez szinte kritikus, ha olyan zónában dolgozik, ahol az átviteli sebesség> 20dB.

Az olyan technológiák, mint az alkáli, a LiPo… képesek nagy elektromos áramot szolgáltatni, és nem jelentenek problémát ezen a ponton. Az olyan technológiák, mint a LiSoCl2 vagy a gombelemek, nem képesek ilyen teljesítményre. A szuperkapacitású áramkör használata megold egy ilyen helyzetet. Egy ilyen áramkör -kiegészítés befolyásolja az eszköz költségeit. Ezt is az objektumtervezés fázisában kell eldönteni.

akkumulátor-kapacitás

Az akkumulátor kapacitása kulcsfontosságú tényező a készülék autonómiája szempontjából. Ezen a ponton nagyon óvatosnak kell lennie azzal kapcsolatban, hogy mi van az akkumulátoron. Ez különösen igaz a névtelen akkumulátorokra, de a márkás akkumulátorokra is. A legkomolyabb akkumulátor-szolgáltatók adnak Önnek egy adatlapot az akkumulátor specifikációival és lemerítési görbéivel. Ez az információ nem elegendő az akkumulátor kiválasztásához, de segít abban, hogy megbízzon a megadott kapacitásban.

Adatlap hiányában ne bízzon abban, ami az akkumulátorra van nyomtatva !!

Ennek illusztrálására különböző akkumulátorokat próbáltam ki:

  • Egy LiFePo4, 900 mAh -ig. Ebből az akkumulátorból maximum 400 mAh -t tudtam felvenni.
  • Egy lítium-ion, 2800 mAh-ig. Ezzel az akkumulátorral maximum 350 mAh -t tudtam felvenni.

Ilyen hibaarány mellett megengedem, hogy elképzelje, mi lesz az ügyfelek elégedettsége, ha 1 éves autonómiát követel, és csak egy hónap múlva kell cserélnie az akkumulátort.

Valóban azt javaslom, hogy ellenőrizze az akkumulátor kapacitását néhány lemerítésével. Válassza ki a különböző terheléseket, és hozzon létre saját dokumentációt a használt akkumulátorról. A olyan eszköz, mint az OTII sokat fog segíteni ebben.

iot specifikus tényező a kapacitás és az autonómia tekintetében

Az IoT terület valóban az akkumulátorokra jellemző: van egy mély alvó periódusunk, ahol a fogyasztás több tízezer uA, amit erős kommunikációs áramerősség követ. A kép körülbelül 50mA Európában, 120mA Észak -Amerikában a legtöbb LPWAn esetében.

Az akkumulátor adatlapjának olvasásakor információkat kap az állandó áramfelvétel alapján. Ezen adatok extrapolálása a fogyasztás valóságához veszélyes.

A legjobb, ha a lehető legnagyobb mértékben szimulálja az eszköz viselkedését. Vannak szimulációs eszközök (de mi a valóság?). Használhat (ismét) egy olyan eszközt, mint az OTII, hogy hozzon létre egy fogyasztási profilt, és futtassa azt az akkumulátorán. A probléma az, hogy a termék forgalomba hozatala előtt nem lehet valósan végrehajtani 10 éves mérést. Tehát két módszert látok erre:

  • Az első módszer egy fogyasztási profil létrehozása valós képekkel, majd egy rövid mély alvási időszak. Csak annyit kell tennie, hogy az akkumulátor kicsit aludjon. Így néhány napon belül lemerítheti az akkumulátort. Ezt tekinthetjük a legrosszabb esetnek.
  • A másik módszer az, hogy az elvárható átlagos terhelés körül különböző terhelés alapján hozzon létre különböző ürítési profilokat. Futtatod egy pár napot / hetet. Ezután alkalmazza a valós eszközfogyasztást, és megnézi, hogy melyik szimulált profil egyezik a valós fogyasztásával. Így soha nem lesz teljes lemerítési forgatókönyv, de látni fogja a képek hatását az akkumulátor kapacitására.
AA Lúgos cella csúcsok és folyamatos áram által hajtva

Példaként ezen a képen láthatja a különbséget a folyamatosan hajtott és a csúcsokkal hajtott egyenértékű teljesítmény között

Ez a lépés az egyik legösszetettebb az akkumulátor kiválasztásában, és itt működik a kristálygömb előrejelzése /tapasztalata. Azt javaslom, hogy soha ne kötelezze el magát az autonómia mellett, amíg nincs valódi szimulációja vagy tapasztalata. Ha ezt meg kell tennie, fontolja meg a nagy tartalékot.

környezeti feltételek

Ezen felül figyelembe kell venni a környezeti feltételeket. Nagy hatással lesznek az akkumulátor kiválasztására és kapacitására.

alacsony hőmérsékletű hatás

Az alacsony, 0 ° C alatti hőmérséklet eltérő hatással lesz az IoT -eszközre. Mivel készüléke mélyen alszik, ébredéskor az óra több időt szán a helyes ébredésre. Ha ilyen állapotnak van kitéve, nagyobb fogyasztást érhet el, ha hosszabb ideig integrál a firmware -be valamilyen bemelegítő kódot futtató szoftvert. Ez mellékhatás. A hideg hatása elsősorban az akkumulátorokra lesz hatással. Csökkenthető az akkumulátor kapacitása az aktuális kép leadására. Az akkumulátor feszültsége is csökkenthető (növelve az áramképet). Mindez közvetlenül befolyásolhatja rádióadásának minőségét.

Tehát az alacsony hőmérsékletnek kitett eszköz esetében valóban létre kell hoznia egy akkumulátorprofilt a legalacsonyabb hőmérsékleten, és valóban ellenőriznie kell, hogy mi történik a jelenlegi képekkel ilyen körülmények között. Ön azonosíthatja a kapacitás és a feszültség hatását.

meleg hőmérséklet hatása

A 40 ° C feletti meleg hőmérséklet hatással lesz az akkumulátorokra is. A fő hatás az akkumulátor technológiájától függően tűz- vagy robbanásveszély. Nagyon fontos, hogy tartsuk be a hőmérsékleti korlátokat, és ez alapján válasszuk ki az akkumulátor technológiáját.

Nagyon fontos figyelembe venni minden olyan akkumulátort, amely kívülről van kitéve, közvetlen napsugárzásnak kitéve> 50 ° C. Mivel a legtöbb hőmérsékleti határérték 60 ° C, a kapacitás robbanásveszélyes.

A múltban tettem egy bejegyzést a Li-Po akkumulátorról és a hőmérsékletről, elolvashatod.

elsődleges vagy másodlagos sejtek

Az elsődleges cella előnye, hogy nagyobb kapacitást javasol, mint a másodlagos cellák. Emellett (általában) stabilabbak a hőmérsékletüknél, és alacsonyabb a tárolási kisülésük, mint a másodlagos celláknak.

Alapvetően, ha igazán hosszú autonómiát keres, az elsődleges sejtek jobb választás. A legjobb teljesítményt nyújtják, és csökkentik az emberi beavatkozások számát. A másodlagos cellák használatának gazdaságos egyenlete nem lesz érdekes.

Ha készüléke nagy áramfogyasztású lesz, és az akkumulátor élettartama nem haladhatja meg a 6 hónapot, akkor a másodlagos cellák használata érdekes lesz a felhasználó számára. A készülék 6 havonta történő feltöltése kisebb hatással lesz rá, mint az elemkészlet kezelése. Ez különösen akkor igaz, ha olyan drága akkumulátort választott, mint a lítium.

A másodlagos akkumulátorok lemerülése nagyobb lesz, ha tárolják. Ez is valóban összefügg az akkumulátor technológiával. Ezt a tényezőt is figyelembe kell vennie, amikor az eszközöket naplózási időre készletre állítja, mielőtt eladná őket. Ha az akkumulátor csatlakoztatva van, vagy nincs csatlakoztatva, akkor a tároló kisülésére is hatással lesz. Ezt a pontot meg kell határozni és figyelembe kell venni.

szállítási szempontok

A lítium elemeket tartalmazó eszközök szállításának módja is kulcsfontosságú tényező, amelyet figyelembe kell venni. A lítium sok korlátozást alkalmaz a tűz és robbanás veszélye miatt. Ez a termék értékesítésének költségeinek tényezője lehet. Ezenkívül a felhasználás korlátozásának tényezője lehet ügyfele számára.

Következésképpen először fel kell sorolnia az összes szállítási helyzetet, amelyen készüléke életének különböző lépéseiben lesz, hogy biztosítsa a megfelelő technológia kiválasztását.