I dispositivi di monitoraggio remoto richiedono batterie ad alte prestazioni a causa delle loro condizioni di lavoro e requisiti operativi unici. Questi dispositivi spesso richiedono periodi prolungati di alimentazione ininterrotta, a volte della durata di un anno o anche di più. Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente apprezzate per l'alta tensione, le dimensioni compatte, la leggerezza, l'impressionante densità di energia, la mancanza di effetto memoria, il rispetto dell'ambiente, l'autoscarica minima e il lungo ciclo di vita. Rispetto alle batterie al nichel-metallo idruro,batterie agli ioni di litiosono dal 30% al 40% più leggeri e vantano un rapporto energetico superiore del 60%.
Tuttavia, le batterie al litio presentano una buona dose di inconvenienti, che ruotano principalmente attorno a due aspetti chiave:
Sicurezza
Le batterie al litio sono state associate a problemi di sicurezza, causando occasionalmente esplosioni e altri difetti. In particolare, le batterie all'ossido di litio cobalto, spesso utilizzate come materiale dell'elettrodo positivo, presentano scarsa sicurezza se sottoposte a scariche ad alta corrente. Inoltre, quasi tutti i tipi di batterie al litio subiscono danni irreversibili in caso di sovraccarico o scarica eccessiva. Le batterie al litio sono altamente sensibili alla temperatura, poiché le alte temperature provocano la rottura dell'elettrolito, la combustione o addirittura esplosioni, mentre le basse temperature ne degradano le prestazioni, compromettendo la funzionalità del dispositivo. A causa delle variazioni nella produzione, la resistenza interna e la capacità di ciascuna cella della batteria differiscono. Quando più celle sono collegate in serie, ciò porta a velocità di carica e scarica incoerenti, riducendo l’utilizzo complessivo della capacità della batteria. Di conseguenza, le batterie al litio richiedono in genere sistemi di protezione specializzati per monitorarne lo stato di salute e gestirne l’utilizzo in modo efficace.
Manutenibilità
La scarsa ritenzione della capacità e la difficoltà nel prevedere i livelli della batteria alle basse temperature riducono la manutenibilità dei dispositivi alimentati da batterie al litio. Gli strumenti online a lungo termine richiedono la sostituzione regolare delle batterie, spesso in località remote, con conseguente notevole manodopera e costi elevati. Per alleviare gli oneri di manutenzione e ridurre i costi, un sistema di gestione della batteria deve stimare accuratamente lo stato di carica, consentendo sostituzioni tempestive e mirate della batteria. Inoltre, un basso consumo di energia nel sistema di gestione della batteria è essenziale per ridurre la frequenza di manutenzione e prolungare la durata della batteria. Pertanto, per gli strumenti di monitoraggio remoto che richiedono un’alimentazione prolungata, un sistema di gestione della batteria ben progettato gioca un ruolo cruciale nella manutenzione del dispositivo.
Tuttavia, allineare le caratteristiche operative degli strumenti di monitoraggio remoto con le caratteristiche intrinseche delle batterie al litio pone sfide considerevoli. Diversi fattori contribuiscono a questa complessità:
Innanzitutto, gli strumenti di monitoraggio remoto in genere alternano periodi di dormienza e veglia per risparmiare energia. Le loro correnti operative variano dinamicamente, con le fasi di veglia che richiedono livelli di corrente significativamente più elevati rispetto agli stati di sonno, ma queste fasi di veglia sono significativamente più brevi.
In secondo luogo, le curve di scarica della batteria al litio sono notevolmente piatte, con la maggior parte dell'energia concentrata al di sopra dei livelli di tensione di 3,6 V. Di conseguenza, gli strumenti remoti non possono fare affidamento sulla tensione della batteria per fornire avvisi di batteria scarica.
Infine, i tassi di autoscarica delle batterie al litio variano ampiamente con le variazioni di temperatura. Gli strumenti che operano all'aperto sono esposti a condizioni di temperatura estreme, complicando ulteriormente le previsioni accurate del livello della batteria. I sistemi di gestione delle batterie esistenti faticano a soddisfare queste esigenze funzionali e prestazionali.
In conclusione, lo sviluppo di sistemi di gestione delle batterie su misura per soddisfare i requisiti specifici degli strumenti di monitoraggio remoto, date le loro caratteristiche operative uniche e le sfide presentate dalle batterie al litio, rimane un compito arduo.
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