为远程无线设备供电：了解您的电池和应用

IIoT 连接的设备正在变得真正无线，以监控难以访问和离网的环境。在需要电池供电解决方案的应用中，有两种主要类型的工业远程无线设备。

一种类型的平均能量（包括背景电流和脉冲）以微安为单位进行测量，通常由工业级一次（不可充电）锂电池供电。另一种类型的应用消耗的平均能量（包括背景电流和脉冲）以毫安为单位进行测量，通常由能量收集设备与锂离子 (Li-ion) 可充电电池组合供电。

了解各种原电池（不可充电）绝大多数远程无线设备由原电池供电。有多种化学物质可供选择，包括二硫酸铁 (LiFeS 2 )、二氧化锰锂 (LiMnO 2 )、亚硫酰氯锂 (LiSOCl 2 ) 和锂金属氧化物（表 1）。

表 1：电池类型比较（来源：Tadiran Batteries）

锂电池因其高固有负电位而成为工业无线应用的首选，超过所有其他金属。作为最轻的非气态金属，锂提供了所有可用电池化学物质中最高的比能量（每单位重量的能量）和能量密度（每单位体积的能量）。锂电池在 2.7 至 3.6 V 的正常工作电流电压范围内运行。化学物质也是非水性的，因此在极端温度下不太可能冻结。

筒管型 LiSOCl 2电池主要用于极端环境中的长期部署，包括 AMR/AMI 计量、M2M、SCADA、储罐液位监控、资产跟踪和环境传感器等。筒管型 LiSOCl 2电池具有任何化学物质中最高的容量和能量密度，以及最低的年自放电率（某些电池每年低于 1%），可实现长达 40 年的电池寿命。这些电池还具有尽可能宽的温度范围（–80°C 至 125°C），使其成为难以接近的位置和极端环境的理想选择。

了解电池自放电所有电池都会经历一定程度的自放电，这种自放电会自然发生，因为化学反应会消耗能量，即使在电池断开连接或存储时也是如此。自放电受电芯当前放电电位、原材料纯度和质量以及钝化效果的影响。

钝化是 LiSOCl 2电池所独有的，涉及在锂阳极表面形成的氯化锂 (LiCl) 薄膜以限制反应性。当在电池上放置负载时，钝化层会导致初始高电阻和电压暂时下降，直到放电反应开始消散 LiCl 层——每次移除负载时都会重复这一过程。

钝化效应有几个影响，包括电流容量、储存时间、储存温度、放电温度和之前的放电条件。相对于新电池时，从部分放电的电池中移除负载会增加钝化水平。钝化可延长电池寿命，但过多会过度限制能量流动。

其他因素会影响电池的自放电，包括电池的电流放电电位、制造方法以及原材料的质量。例如，高质量的绕线管型 LiSOCl 2电池的自放电率每年可低至 0.7%，40 年后仍可保持其原始容量的 70%。相比之下，质量较低的线轴型 LiSOCl 2电池每年的自放电率高达 3%，每 10 年损失 30% 的初始容量，使电池寿命无法达到 40 年。

适应高脉冲应用越来越多的无线设备主要在“待机”模式下运行，消耗最少的电流，并且需要周期性的高脉冲来为双向无线通信供电。

标准线轴型 LiSOCl 2电池由于其低倍率设计而无法提供高脉冲。这可以通过添加获得专利的混合层电容器(HLC) 来克服。

标准线轴型 LiSOCl 2电池提供低日常背景电流，而 HLC 处理周期性高脉冲。获得专利的 HLC 还具有特殊的寿命终止电压平台，可以解释为提供自动低电池状态警报。

电池寿命可以比作比赛您的应用程序是否需要速度（更高的流速）或距离（延长电池寿命）？这类似于短跑与长跑：

高倍率电池：以安培测量的少量高脉冲快速上坡行驶，电池寿命最长可达五年。

中速电池：以较小的倾斜度运行，可测量数百毫安的脉冲，电池寿命最长可达 10 年。

超长寿命电池：在几乎平坦的轨道上运行，有许多小障碍/脉冲可测量到数十毫安，从而创造了 40 年电池寿命的潜力。

具有周期性高速脉冲的超长寿命电池：在几乎平坦的轨道上运行，具有大量可测量高达数十安培的更高障碍/脉冲，从而创造了 40 年电池寿命的潜力。

（来源：塔迪兰电池）

其他因素会影响工业级原锂电池的选择，包括活动模式下消耗的电流量（以及脉冲的大小、持续时间和频率）、待机或睡眠模式下消耗的能量（基极电流）、储存时间（储存期间的正常自放电会降低容量）和预期温度（储存和现场操作期间）。其他考虑因素包括设备截止电压（当电池容量耗尽时，或在极端温度下，电压可能会下降到传感器无法运行的低点），以及电池的年自放电率（可能接近从平均日常使用中汲取的电流）。

短期测试结果无法预测马拉松式的高自放电率的长期影响可能多年后才会显现出来，预测实际电池寿命的理论方法通常低估了钝化效应以及长期暴露的重要性到极端温度。

如果您的应用需要长寿命电源，您必须仔细评估潜在供应商，要求提供完整记录的长期测试结果以及从类似负载和环境条件下的可比设备获取的长期现场测试数据。了解您的电池和您的应用要求将有助于提高设备的性能并延长电池寿命，从而降低拥有成本。

审核编辑 黄昊宇