長寿命バッテリーの電力を最大化するにはどうすればよいですか？

バッテリー寿命は、ワイヤレスセンサーノードの開発が重要な考慮事項であり、モノのインターネット（IIoT）を構成します。多くのアプリケーションでは、サービスはもちろんのこと、センサーノードをアクセスできない場所に設置する必要があります。エネルギーニーズのセンサーノード無料です。コストが高すぎるため、電力を供給したり、保守担当者に定期的にバッテリーを交換させたりすることが困難です。

電子製品は低消費電力で処理されるだけでなく、バッテリー自体も非常に長い時間（最大20年）をサポートできる必要があります。多くのバッテリーの化学的性質は、サポートしていても、それほど長い耐用年数をサポートしていません。それらの自己放電率のために特別な低エネルギー電子製品の。

しかし、塩化スルフリルリチウム化学は自己放電率が非常に低い可能性があるため、化学ははるかに長い寿命を提供し、最高のエネルギー自律性を見ることができ、iotセンサーノードやその他の小型の重要な機器に適しています。 40年、塩化スルフリルリチウム化合物の耐用年数が確認されました。20年以上の耐用年数で実用的な機器のAaサイズのバッテリー。

ただし、適用範囲拡大の長寿命バッテリー電源システムとして、塩化スルフリルリチウムの機能が非常に重要であると考えてください。センサーノードへの無線通信が追加され、ガスまたは液体バルブの開閉能力などの実行機能が向上します。バッテリーのピーク電流。

マイクロコントローラーの一般的なセンサーノードまたはメータリングアプリケーションは、ほとんどの時間休止状態にあり、通常の時間間隔でデータを読み取り、ローカルメモリに保存します。短い時間間隔内で、コントローラーはワイヤレス通信をアクティブにします。モジュール、およびゲートウェイまたはサーバーにデータパケットを送信します。ワイヤレスインターフェイス送信、電流は500ミリ秒ですが、数百ミリ秒しか必要ありません。

バッテリーの電力は短期間のピーク電流をサポートしているようですが、経年劣化の影響は避けられず、生命の分野では減少する可能性があります。バッテリー容量は、自己放電率だけでなく、大量に生成することによっても影響を受けます。電流パルスインピーダンスの増加。

異なるサイズの電流パルス画像の影響。


図1：時間の経過に伴う電圧に対するさまざまなサイズの電流パルスの影響。連続パルス電位の累積効果を示しています。一定の低電流を使用すると、電圧レベルが回復します。

リチウムスルフリルクロリド電池の化学自己放電率は非常に低く、主に不動態化層のときに形成されるアノード表面放電のリチウムイオンが原因です。絶縁層は電流の流れを制限しますが、電池に負荷をかけることによって落下する可能性がありますただし、化学プロセスのパッシベーション層を通る経路を形成するため、遅延があります。これは過渡電圧降下の兆候であり、一定の負荷電圧の下でゆっくりと上昇します。

過渡的な電圧降下は、パッシベーション層の厚さと密度に依存します。放電電流が大きいほど、電圧が低くなります。部分放電の場合、負荷を取り除くとパッシベーションの量が増える傾向があり、電圧を上げると減少して遅延します。

Tadirantl-5134 / Pなどのdサイズのバッテリーが、約50 mu Aの連続負荷を徐々に解放すると、10年以上のA期間で定格電圧に近い電流を供給し続けますが、必要に応じてTadiranの実験によると、同じDサイズのセルを使用し、それを使用して現在の150 maのパルスを転送することにより、約2年後に同じセルが3ボルトのままになることが示されています。低下すると、電圧は5年後に徐々に1.5 Vに低下します。回路設計では、1.5 Vを超えると予想される電圧は、10または20ではなく5年でバッテリーを完全に放電するように見えました。ただし、バッテリーにはまだ十分なストレージ充電があります。システムがそれを使用することができれば、10年間エネルギーを供給し続けることもできます。

リチウム電池を使用して耐用年数を延長する塩化スルフリルは、大電流パルスを生成しないように、電流需要を排除するための鍵です。エネルギーを提供するためにパルスエネルギーバッファデバイスを使用する必要性、一定の電荷の流れを提供するための電池バッファ回路。

制御されたエネルギーバッファの方法を提供するには、大きなコンデンサと、Texas InstrumentsTPS62740などのDC / DCコンバータを使用して、コンデンサへの電荷を調整します。数百マイクロ秒のワイヤレスリンクを実行するのに十分な電荷を確保するために、2層コンデンサまたはスーパーキャパシタが適切な選択を提供します。

テキサスインスツルメンツのTPS62740マイクロコントローラーの使用。


図2：電源のスーパーキャパシタ電圧にTPS62740を備えたシングルチップマイクロコンピュータ制御を使用。

DC / DCコンバータの出力抵抗を使用してスーパーコンデンサへの電流を制限すると同時に、TadiranXTRAシリーズに見られるような元のセルの大容量から抽出された電流を使用する回路設計。電流需要を維持するために抵抗を選択する必要があります。長い耐用年数に応じて、抵抗器を介してメインバッテリーがコンデンサーに接続されますが、DC / DCコンバーターを使用すると、出力電圧を動的に調整して抵抗器のエネルギー損失を減らすことができるという利点があります可能な限り。

TPS62740などのプログラム可能なDC / DCコンバータは、スーパーキャパシタの充電容量として、出力電圧の増分を増やすことができます。提案の要約は、30秒または60秒ごとに100mvの増加です。合計充電時間はさらに長くなる可能性があります。ただし、この間、電源電圧が徐々に上昇するため、抵抗の減少は常に100 mv未満になります。バッテリーの需要は急激に増加しますが、電圧が上昇するたびに、必要な電流は2〜4になります。ママ、それは内部抵抗にあまり悪影響を与えません。

DC / DCコンバータの電源電圧範囲は、コンデンサ電圧の下流で提供されるマイクロコントローラの必要性とスーパーコンデンサの最大電圧（通常は2.5 V〜2.7 Vの範囲）の2つの要因に制限されます。組み込みマイクロメータは電圧範囲を期待する場合がありますしたがって、DC / DCコンバータは動作範囲内で1V〜2.7 Vと予想され、シングルチップマイクロコンピュータとスーパーコンデンサの選択に依存する可能性があります。

起動時に、スーパーキャパシタはマイクロコンピュータによって目的の電圧レベルまで充電する必要があります。この段階では、大きな抵抗を使用してスーパーキャパシタへの電流を適切に制限できます。初期電圧の目標に達すると、それを小さくすることができます。抵抗器は最小損失に変換されます。これは、並列に接続された2つの抵抗器によって実現できます。通常はシングルチップのコンピュータ操作スイッチで構成されているため、起動プロセスでより高い抵抗パスを使用できます。電圧レベルを達成した後、マイクロコントローラは低抵抗パスに切り替えます。

DC / DCコンバータスイッチと電流制限抵抗変換のために多少の損傷がありましたが、カスケードの動作は全体的な効率を90％近く維持するのに役立ちます電力制御戦略の結果はリチウム塩化スルフリルバッテリーを最大化することです回路の寿命。

充電の過程で、電圧値を徐々に上げていきます。

図3：充電の過程で、無線モジュールがアクティブな場合、充電の過程で、電圧のステップ電圧フェーズ。

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