오랫동안 달성하기

Jun 27, 2023

수명이 매우 긴 리튬 배터리는 IIoT 전체에서 원격 무선 장치에 전원을 공급하며 특정 셀은 최대 40년까지 작동합니다. 이 기능은 원래 Automation 2023의 IIoT & Industry 4.0 버전에 나타났습니다.

수명 연장 배터리는 IIoT 전반에 걸쳐 사용되는 원격 무선 장치에 필수적이며, 배터리 교체 필요성을 줄이거나 제거하여 주요 비용 이점을 제공합니다. 수명이 매우 긴 배터리를 사용하면 배터리 자체 비용을 초과하는 배터리 교체 관련 인건비를 없애 원격 무선 애플리케이션에 상당한 비용 절감 효과를 가져올 수 있습니다. 이러한 비용 절감 이점은 배터리 액세스 비용이 매우 비싸고 때로는 불가능할 수 있는 원격 위치 및 적대적인 환경에 배포되는 원격 무선 장치에 특히 중요합니다.

저전력 장치에는 두 가지 유형이 있습니다. 이러한 장치의 대다수는 대부분 "대기" 상태에서 작동하며 양방향 무선 통신에 전력을 공급하기 위해 다중 암페어 범위의 펄스로 마이크로 암페어로 측정 가능한 평균 전류를 끌어옵니다. 이러한 애플리케이션은 일반적으로 산업용 등급의 ​​1차(비충전식) 리튬 배터리를 사용하며, 특히 배터리 접근이 제한되거나 열악한 환경에 있는 경우 더욱 그렇습니다. 배터리를 쉽게 교체할 수 있고 적당한 온도 범위 내에서 작동하는 경우 소비자 등급 배터리가 더 경제적인 솔루션으로 간주될 수 있습니다. 1차 배터리의 작동 수명을 단축하기에 충분한 평균 에너지를 소비합니다. 이러한 높은 소모량 애플리케이션에서는 수확된 에너지를 저장하기 위해 재충전 가능한 리튬 이온(Li-ion) 배터리와 함께 에너지 수확 장치를 사용해야 할 수 있습니다. 이제 최대 20년 동안 작동할 수 있는 산업용 등급 리튬 이온 배터리를 사용할 수 있습니다. 다양한 유형의 기본(비충전식) 화학 물질을 사용할 수 있으며 각 화학 물질은 고유한 성능 이점과 절충점을 제공합니다. 이러한 화학 물질에는 알칼리성, 이황산철(LiFeS2), 이산화망간리튬(LiMnO2), 염화티오닐리튬(LiSOCl2) 및 리튬 금속 산화물(표 1)이 포함됩니다. 표 1: 보빈형 LiSOCl2 배터리는 원격 무선에 사용하는 것이 좋습니다. 응용 프로그램. 이 셀은 더 높은 용량과 에너지 밀도, 최대 40년의 작동 수명, 가장 넓은 온도 범위를 제공하므로 접근하기 어려운 위치와 극한 환경에 이상적입니다. 이러한 기본 화학 물질 중에서 보빈형 LiSOCl2(그림 2) 더 높은 용량과 에너지 밀도, 더 넓은 온도 범위, 특정 셀의 경우 연간 1% 미만의 매우 낮은 연간 자체 방전율로 인해 원격 위치에서의 장기 배포에 압도적으로 선호됩니다.

IIoT 연결 장치는 양방향 무선 통신을 활용하므로 전문적인 전력 관리 솔루션이 필요합니다. 배터리 수명을 최대화하려면 이러한 장치는 저전력 통신 프로토콜(WirelessHART, ZigBee, LoRa 등), 저전력 칩셋 및 독점 기술을 포함한 다양한 에너지 절약 기술을 사용하여 에너지를 보존하도록 설계되어야 합니다. 장치가 "활성" 모드에 있을 때 에너지 소비를 최소화하도록 설계된 기술입니다. 매우 유용하지만 이러한 에너지 절약 기술은 연간 자체 방전과 관련된 에너지 손실에 비해 종종 왜소해집니다. 자체 방전은 모든 배터리에 공통적으로 발생합니다. 셀이 분리되거나 보관되는 경우에도 화학 반응이 발생하기 때문입니다. 배터리의 연간 자체 방전율은 화학, 셀 설계, 전류 방전 전위, 원자재의 품질 및 순도, 가장 중요한 부동태화 효과를 활용하는 능력에 따라 상당히 달라질 수 있습니다. LiSOCl2 배터리의 부동태화에는 사용하지 않는 동안 반응성을 제한하기 위해 리튬 양극 표면에 형성되는 염화리튬(LiCl)의 얇은 막이 포함됩니다. LiSOCl2 셀은 두 가지 방식으로 구성할 수 있습니다. 보빈형 셀은 반응 표면적이 적어 자체 방전을 줄이는 데 이상적입니다. 그러나 단점은 고속 에너지를 전달할 수 없다는 것입니다. LiSOCl2 배터리는 더 높은 에너지 흐름 속도를 허용하는 나선형 권선 구조로 만들 수도 있으며, 그 대신 더 높은 자체 방전으로 인해 작동 수명이 짧아집니다. 셀에 부하가 가해질 때마다 부동태화 층은 초기 방전 반응이 LiCl 층을 소멸시키기 시작할 때까지 높은 저항과 일시적인 전압 강하, 이 과정은 부하가 제거될 때마다 반복됩니다. 패시베이션 효과를 활용하는 셀의 능력은 현재 용량에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 저장 기간; 보관온도; 방전온도; 부분적으로 방전된 셀에서 부하를 제거하면 새 셀에 비해 부동태화 수준이 높아지기 때문에 이전 방전 조건도 포함됩니다. 숙련된 배터리 제조업체는 고품질 원자재 사용과 독점 제조 기술을 통해 부동태화 효과를 최적화할 수 있습니다. 패시베이션은 연간 자체 방전율을 줄이는 데 매우 유익할 수 있지만 에너지 흐름을 과도하게 제한하지 않도록 이 프로세스를 신중하게 활용해야 합니다.