Internetul lucrurilor, sau tehnologiile IoT, ne însoțesc de ani de zile, desi, mulți dintre beneficiarii acestor dispozitive nu realizează cât de mult confort datorează acestor dispozitive mici, eficiente din punct de vedere energetic, care efectuează măsurători și calcule complexe în mediul nostru cotidian. Acestea ne permit să colectăm date precise despre trafic, vreme, calitatea aerului din orașe, starea noastră de sănătate – să eficientizăm expedierile prin curierat, să colectăm comenzi din depozite, să transportăm pe șosea, pe calea ferată și chiar pe calea aerului – și, mai mult, să asigurăm siguranța în casă și la locul de muncă. Și asta înainte de a ajunge la facilitățile oferite de dispozitivele smart: senzori de activitate, automatizare a casei etc. În centrul tuturor acestor tehnologii se află cipuri de comunicație wireless eficiente din punct de vedere energetic, bazate pe module Bluetooth BLE sau LoRa, alimentate de surse de energie miniaturizate, dar eficiente.
În prezent, în domeniul metodelor de alimentare mobilă are loc o revoluție tehnologică. Până de curând, principalul obstacol în calea progresului nu a fost reprezentat de capacitatea circuitelor integrate, ci de tehnicile de alimentare a acestora cu suficientă energie. Printre cele mai moderne metode de stocare se remarcă soluțiile miniaturale, care sunt utilizate în senzori la distanță sau în dispozitive personale purtabile (wearable). Sute de produse dedicate acestor aplicații sunt disponibile pe piețele mondiale, dar puține dintre ele se ridică la nivelul performanțelor oferite de bateriile litiu-ion Nichicon, grupate în seria SLB. Acestea se bazează pe tehnologia SCiB™, proprietatea Toshiba, utilizată în principal pentru stocarea energiei de curent ridicat. În forma miniaturizată, furnizată de Nichicon, acestea își păstrează performanțele electrice perfecte, cu toate că sunt încapsulate în dimensiunea unui condensator electrolitic mic.
Furnizorul japonez, specializat în construirea de componente pentru circuite de putere și de amplificare, a introdus seria SLB cu gândul la producătorii de dispozitive mobile, senzori industriali, precum și la bunurile de consum. Aceste baterii permit maximizarea eficienței de stocare a energiei în sistemele mici alimentate în mod tradițional sau prin metode de recoltare a energiei (energy harvesting).
Avantajele tehnologice ale acumulatorilor SLB de la Nichicon
Celule miniaturale din seria SLB în comparație cu dimensiunea unui stilou obișnuit.
Înainte de a ne concentra asupra posibilităților pe care le oferă bateriile din seria SLB, să ne uităm la caracteristicile acestora. În comparație cu soluțiile standard, dintre care celula medie în format 18650 poate fi luată ca exemplu, produsele Nichicon se remarcă în aproape toate domeniile. Acestea sunt create pentru a satisface exigențe ridicate nu numai în ceea ce privește dimensiunile, ci și în ceea ce privește performanța electrică și rezistența fizică.
Durată lungă de viață și siguranță
Celulele SLB oferă o durată de viață de 25.000 de cicluri de încărcare/descărcare. Acest lucru le face potrivite pentru utilizarea în circuite în care energia externă este furnizată neregulat, intermitent sau chiar sporadic. De exemplu, ar putea fi vorba de dispozitive care utilizează panouri fotovoltaice sau turbine eoliene miniaturale sau produse de consum, care sunt plasate pe un încărcător doar atunci când este convenabil pentru utilizator. Reîncărcarea repetată a bateriei în timpul zilei (de exemplu, din cauza acoperirii norilor sau a schimbării vântului) nu va afecta în mod semnificativ capacitățile de stocare de energie ale celulelor SLB.
Intensitatea curentului de încărcare și descărcare
Capacitățile actuale ale bateriilor Nichicon sunt demne de remarcat. Curentul lor de încărcare/descărcare atinge 20C, adică 20 de ori capacitatea bateriei împărțită la 1h. Acest lucru înseamnă că pentru modelul SLB12400L1511CV (150mAh), curentul furnizat și absorbit poate fi de 150mA * 20 = 3A. Cu o încărcare la acești parametri, saturarea completă a celulei cu energie se va produce după aproximativ 3 minute. În schimb, bateria poate furniza un curent mare pe o perioadă scurtă de timp, de exemplu, pentru a aprinde o lumină/alarmă, pentru a trimite un mesaj printr-un modul radio cu rază lungă de acțiune etc. În combinație cu o durată de viață lungă, această caracteristică permite construirea de dispozitive care vor fi: (a) încărcate doar periodic (în timpul întreținerii, la citirea valorii contorului), utilizând zilnic cu moderație energia acumulată; (b) sau încărcate treptat, de exemplu, cu ajutorul unei celule solare de mici dimensiuni, dar în anumite condiții capabile să activeze nu numai circuite electronice, ci și componente electromecanice, cum ar fi servomotoare, electrovalve etc.
Rezistența la mediu
După cum am menționat deja, multe dintre aplicațiile în care sunt și vor fi utilizate celulele din seria SLB implică condiții de mediu dure. Acest lucru se aplică atât senzorilor la distanță utilizați în agricultură, cât și dispozitivelor purtabile, precum brățările medicale, etichetele de localizare sau dispozitivele de tip smart watch. Prin urmare, o caracteristică deosebit de importantă a bateriilor litiu-ion de la Nichicon este toleranța termică a acestora. Aceste produse pot funcționa fără dificultate la temperaturi cuprinse între -30°C și 60°C. În plus, chiar dacă acești parametri sunt depășiți, bateriile au o probabilitate foarte scăzută de defecțiune, combustie spontană sau explozie. Aceasta va fi o caracteristică deosebit de importantă pentru producătorii de dispozitive de consum.
Energy harvesting – este timpul să îndeplinim visul lui Tesla
Una dintre cele mai populare povești despre începuturile electronicii este proiectul lui Nikola Tesla: o rețea la scară largă care avea ca scop distribuirea energiei electrice fără fir. Cu toate că proiectul nu a trecut niciodată de faza prototipurilor demonstrative, pe care astăzi le-am numi “proof of concept”, tehnologia modernă legitimează într-o oarecare măsură conceptul inventatorului sârb. Aici, în era circuitelor IoT (Internet of Things), eficiente din punct de vedere energetic, proiectarea de dispozitive alimentate “din aer” nu mai pare o himeră.
Tehnologiile grupate sub denumirea de “energy harvesting” includ o serie de metode de extragere a unor cantități mici de energie din mediul înconjurător. Acestea includ soluții “clasice”, cum ar fi celule fotovoltaice și turbine eoliene, dar și tehnici mai puțin convenționale. Pe lângă mișcarea cauzată de fenomenele atmosferice, energia poate proveni de fapt din orice flux de gaze și lichide, cum ar fi în conductele de apă, în cele de canalizare, în apropierea drumurilor sau în conductele de aer condiționat. Piezoelectricele sunt, de asemenea, utilizate pentru agregarea energiei, prin care tensiunea este generată prin variația presiunii (de exemplu, pe trotuare sau pe carosabil). Pe măsură ce tehnologia IoT se dezvoltă, se apelează din ce în ce mai mult și la surse termoelectrice, bazate pe fenomenul Peltier, pentru a exploata diferența de temperatură (de exemplu, între atmosferă și o sursă termică, o sursă de apă caldă sau chiar corpul uman) pentru a genera curenți electrici mici, dar eficienți pentru a alimenta, de exemplu, module Bluetooth de tip BLE. În cele din urmă, trebuie menționată aici metoda cea mai apropiată de ideea lui Tesla: recoltarea energiei din undele radio. RF harvesting utilizează semnalele radio omniprezente (WiFi, TV și chiar semnale de satelit) ca sursă de energie.
Bateriile Nichicon SLB oferă performanțe ideale pentru nevoile dispozitivelor care utilizează tehnologia “energy harvesting”. Deoarece pot fi încărcate atât prin curenți foarte mari, cât și foarte mici. (pentru modelul SLB03070LR351BS, acesta este de 3,5µA), ele pot fi implementate în circuite care utilizează soluțiile de mai sus. Acest lucru înseamnă construirea unui tip complet nou de dispozitiv electronic – autosuficient. Ca o consecință suplimentară, acest lucru înseamnă economii uriașe datorită reducerii necesităților de construcție și întreținere a infrastructurii de alimentare cu energie electrică, precum și posibilitatea de a construi rețele scalabile și complexe atât în industrie (de exemplu, comerț, depozitare, transport maritim), cât și în spațiul public (sisteme de gestionare a traficului, transport public, rețele de senzori meteorologici, seismici etc.). Balizele (beacons) sau senzorii de mediu alimentați de celulele SLB de la Nichicon (încărcate folosind surse de energie disponibile în mod obișnuit) reprezintă un alt pas spre un viitor computerizat, sigur și ecologic.
Text elaborat de Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.