Batería para la fiabilidad del sensor de campo con condiciones de baja temperatura

Question

Estoy diseñando una helada de alarma para los agricultores. La idea básica es que el agricultor pone un sensor en algún lugar en su campo. Este sensor informa de la temperatura cada 10 minutos de una estación base con un enlace inalámbrico. Cuando una temperatura de cerca de 0 grados Centígrados, se detecta una alarma sonará y el agricultor puede guardar sus cultivos de las heladas.

Este sensor necesita ser muy fiable y de trabajo de al menos 6 meses sin necesidad de intervención. (Para una baja auto descarga de la batería es necesario.) Estoy pensando en usar un bajo poder microcontrolador AVR y un HopeRF RFM12BP 500mW (max) módulo de conexión inalámbrica.

¿Cuál es la mejor batería (tecnología) para este sensor? La mayoría de las baterías de realizar el mal bajo temperaturas bajas como -10 grados centígrados. Mi sensor debe aún trabajar bajo tal condición. Yo prefiero una batería recargable, el tamaño y el peso no son muy importantes.

Esto es lo que ya he encontrado sobre el rendimiento de la batería a bajas temperaturas:

• NiMH: Muy baja
• NiCd: ??
• VRLA (plomo-ácido selladas) ??
• Li-ion: Pobre
• Li-Po: Mejor
• LiFePO4: ??

Answer 1

Rápido: me gustaría tener una buena mirada en el GP ReCyko células como un buen punto de partida

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Algunas hipótesis:

• Para la temperatura de >> cero C una menor tasa de notificación se puede ACEPTAR. Es de suponer que la estación pueda transmitir a decir una vez por hora como confianza, PERO caer en "rápida" de modo cada vez que una disminución de la temperatura amenazado.
• Asume la total TX ciclo a 500 mW es de 1 segundo por cada 10 minutos.
• 1s/10mins x 500 mW = 5/6 mW. Suponga que 1 milivatio significa dibujar. Ajustar según sea necesario.
• Asumir ~~10V pack para conveniencia --> 0,1 mA significar el empate.
• 6 meses ~= 4000 horas o ~400 mAh de la entrega de la capacidad necesaria.
• Lo peor de los casos a los 6 meses de Otoño - Invierno - Primavera 3 veces a través de la provisión de capacidad de la batería para permitir que los efectos de la temperatura requiere alrededor de 1200 mAh. 4x = 1600 mAh. 5 x = 2000 mAh.

Así que pilas AA de 1200 mAh en muchos químicas probablemente de trabajo (ver más abajo).

Las células primarias no son una idea terrible. AA Alcalinas en 2500+ mAh y un factor de degradación de decir 3x promedio duraría alrededor de 2 años.

Solar de recarga se ve muy atractivo. 1 mW de potencia media = 24 mW.hora / día. es decir, 1 hora de carga, digamos de 50 mW de potencia sería suficiente para mantener la batería siempre cubierto. Eso es alrededor de un 1 pulgada cuadrada mono o poli cristalino panel solar expuestos a una "sunshine hora" de sol por día en promedio. Como una guía, que sería más adecuado en NY NY en enero (mes peor) , y 3 pulgadas cuadradas funcionaría en Moscú en Rusia a mediados de invierno.

En todos los temas relacionados con las baterías YMMV ampliamente la experiencia es, lamentablemente, la mejor guía en cuanto a cómo las reivindicaciones. Los resultados pueden ser muy dependiente del fabricante. En muchos casos, si usted no tiene el volumen para hacer sus propias investigaciones (y pocos lo hacen), la elección de una buena reputación de la marca que ha estado en el negocio durante un período sustancial y que es responsable de haber investigado el producto que venden y están detrás de los resultados.

Yo aceptaría una probabilidad de aproximadamente verdadera, técnicas de reclamaciones por los fabricantes Chinos BYD, BPI y GP (GoldPeak). También incorporar marcas como Sanyo (hacer sus propias células, por lo general muy competente) etc. La mayoría de los otros que me gustaría tratar con mucho más cuidado. Tenga en cuenta que GP son tanto éxito que no son Chinos clones de sus productos.

Tenga en cuenta que para 6 meses + vidas, el auto de la tasa de descarga de la batería utilizada se convierte en relevante. NimH es muy pobre, NiCd es pobre, de plomo ácido son buenas y de Iones de Litio y LiFePO4 son muy buenas. Autodescarga baja (LSD) de Nimh son muy buenas. Estos últimos están disponibles como por ejemplo Sanyo Eneloop y GP ReCyko. También ahora muchos más.

Para el uso general de la GP ReCyko son excelentes. Todavía no he encontrado datos sobre el funcionamiento a bajas temperaturas, pero yo conjeturar que, basándose en otros NimH datos que estaría bien decir -20C a una sensible reducción de su capacidad de decir el 33% de la nominal.

LiFePO4 usualmente son especificados como de funcionamiento a -20C. Ellos tienen una considerable pérdida de la capacidad a esta temperatura. Aquí está uno de los fabricantes de ejemplo. Los fabricantes de buena reputación son generalmente felices de proporcionar datos detallados para los auténticos investigadores.

Pérdida de la capacidad Ese gráfico es de alta Potencia grupo que parece ser una típica fabricante Chino. Toda esta información debe ser considerada como un punto de partida y la "debida diligencia" es sin duda necesario para cualquier cosa referente a las baterías.

GP de la tasa de sus baterías de NimH de funcionamiento a -20C. No tengo datos sobre esto pero es probable que estén disponibles. Aquí se muestra un ejemplo de GPn1500 mAh NimH hoja de datos , me gustaría esperar descenso de la capacidad de las baterías dentro de un determinado rango de tamaño que han mejorado un poco baja temperatura de funcionamiento, todo lo demás siendo igual. por ejemplo 1500 mAh AA mejor que 2500 mAh AA. Pero el aumento de la capacidad inicial puede cancelar este. (Mayor capacidad de las baterías de apriete en todos los posibles activo material a expensas de electrolito de volumen, etc).

Usted puede obtener de NimH y NiCd en especial de baja temperatura versiones. Aquí están algunos ejemplos de Lionik batería Co es otro típico buscando fabricante Chino.

Usted será capaz de obtener la marca y se vende a baja temperatura de las baterías. Estos casi siempre los Chinos hicieron. La elección de una buena reputación de marca norteamericana le da algo de confianza (o la esperanza) de que han hecho la debida diligencia requerida para garantizar que las reclamaciones de encuentro de la realidad.

Aquí un poco informal comparación de LiFePO4 con otras 4 batería de Litio de la química. Tenga en cuenta que en 3 de los casos Tmin es dado como -20C. Resulta poco pero vale la pena destacar.

Answer 2

Varias cosas. 6 meses no es mucho tiempo para la auto-descarga para la mayoría excepto las baterías de NiMH. Si esto es realmente en un campo, entonces usted debería ser capaz de extender la vida de manera significativa con una pequeña célula solar.

Un poco de sabor de la batería de litio debe ser capaz de hacer esto. Si usted realmente sólo necesita 6 meses de vida, luego de una batería primaria puede hacer esto. Nos fuimos a través de un concepto similar-etapa de análisis y decidir que nuestro aparatito que puede ser alimentado por 1 año a partir de dos AA células primarias. Iban a poder subir con menos frecuencia y enviar datos a través de un 802.15 enlace de radio para informar sobre los niveles de sulfuro de hidrógeno eminating de un relleno sanitario.

Con una celda solar, y de gran tamaño de la batería, el dispositivo debe ser capaz de vivir sin la intervención para la vida útil de la batería. 6 meses en realidad suena como un tiempo más bien corto para algo como esto.

Answer 3

una de las ventajas de la LiFePO4 de la química es su capacidad para trabajar a temperaturas inferiores a la de muchos otros. Nunca intente utilizar una cámara digital con las de NiMH en 32 ° F/0 ° C? O iniciar un coche (ácido de plomo) a continuación 0F? Todas las composiciones químicas de sufrir en algún aspecto de su rendimiento, pero creo que LiFePO4 para ser uno de los mejores en baja temperatura. Dicho esto, con su plan de dispositivo, usted no debe realmente necesita para extraer la energía suficiente para alguna de que eso importe mucho.

Tengo exactamente este tipo de arreglo de sensores. Mi dispositivo tiene la temperatura, la humedad, baro sensores y un anemómetro, que están conectados a un AVR y el uso RFM12B a transmitir en el interior. Incluso cuando el RFM12B es sobre todo el tiempo, la plataforma consume menos de 40mA. Tengo que dormir, que todo el dispositivo consume un poco menos de 2mA mayor parte del tiempo durmiendo. Se ejecuta en este (china) Tenergy LiFePO4, que se recargan mediante un pequeño panel solar. Ahora me doy cuenta de que usted dijo rfm12b*P, con mayor potencia de transmisión. Eso es diferente, pero no mucho; usted no debe tener la radio en muy mucho, y debería ser capaz de obtener su presupuesto de energía muy bajo.

Este invierno pasado tuvimos varias noches en una fila, con mínimos de 18F (-27C). Mi parche fielmente informado de sus datos (incluyendo nominal de la batería voltaje constante) sin un parpadeo.