Fernüberwachungsgeräte erfordern aufgrund ihrer besonderen Arbeitsbedingungen und betrieblichen Anforderungen Hochleistungsbatterien. Diese Geräte benötigen oft längere Zeiträume unterbrechungsfreier Stromversorgung, manchmal sogar ein Jahr oder sogar länger. Lithium-Ionen-Batterien erfreuen sich aufgrund ihrer hohen Spannung, ihrer kompakten Größe, ihres geringen Gewichts, ihrer beeindruckenden Energiedichte, ihres fehlenden Memory-Effekts, ihrer Umweltfreundlichkeit, ihrer minimalen Selbstentladung und ihrer langen Lebensdauer großer Beliebtheit. Im Vergleich zu Nickel-Metallhydrid-BatterienLithium-Ionen-Batteriensind 30 bis 40 % leichter und verfügen über einen um 60 % höheren Energiewert.
Allerdings haben Lithiumbatterien auch einige Nachteile, die vor allem auf zwei Hauptaspekte zurückzuführen sind:
Sicherheit
Lithiumbatterien werden mit Sicherheitsbedenken in Verbindung gebracht, was gelegentlich zu Explosionen und anderen Defekten führt. Insbesondere Lithium-Kobaltoxid-Batterien, die oft als positives Elektrodenmaterial verwendet werden, weisen eine geringe Sicherheit auf, wenn sie Hochstromentladungen ausgesetzt werden. Darüber hinaus erleiden fast alle Arten von Lithiumbatterien bei Überladung oder Tiefentladung irreversible Schäden. Lithiumbatterien sind sehr temperaturempfindlich. Hohe Temperaturen führen zum Zusammenbruch des Elektrolyten, zu Verbrennungen oder sogar zu Explosionen, während niedrige Temperaturen ihre Leistung verschlechtern und die Gerätefunktionalität beeinträchtigen. Aufgrund von Fertigungsunterschieden unterscheiden sich der Innenwiderstand und die Kapazität jeder Batteriezelle. Wenn mehrere Zellen in Reihe geschaltet sind, führt dies zu inkonsistenten Lade- und Entladeraten, was die Gesamtauslastung der Batteriekapazität verringert. Daher benötigen Lithiumbatterien in der Regel spezielle Schutzsysteme, um ihren Zustand zu überwachen und ihre Nutzung effektiv zu verwalten.
Wartbarkeit
Die schlechte Kapazitätserhaltung und die Schwierigkeit, den Batteriestand bei niedrigen Temperaturen vorherzusagen, beeinträchtigen die Wartbarkeit von Geräten, die mit Lithiumbatterien betrieben werden. Langzeit-Online-Instrumente erfordern einen regelmäßigen Batteriewechsel, oft an abgelegenen Standorten, was zu erheblichem Arbeitsaufwand und hohen Kosten führt. Um den Wartungsaufwand zu verringern und die Kosten zu senken, muss ein Batteriemanagementsystem den Ladezustand genau einschätzen, um einen rechtzeitigen und gezielten Batteriewechsel zu ermöglichen. Darüber hinaus ist ein geringer Eigenstromverbrauch im Batteriemanagementsystem unerlässlich, um die Wartungshäufigkeit zu verringern und die Batterielebensdauer zu verlängern. Daher spielt bei Fernüberwachungsinstrumenten, die eine längere Stromversorgung erfordern, ein gut konzipiertes Batteriemanagementsystem eine entscheidende Rolle bei der Gerätewartung.
Die Anpassung der Betriebseigenschaften von Fernüberwachungsinstrumenten an die inhärenten Eigenschaften von Lithiumbatterien stellt jedoch erhebliche Herausforderungen dar. Zu dieser Komplexität tragen mehrere Faktoren bei:
ErstensFernüberwachungsinstrumente wechseln typischerweise zwischen Ruhe- und Wachphasen, um Energie zu sparen. Ihre Betriebsströme variieren dynamisch, wobei Wachphasen deutlich höhere Stromstärken erfordern als Schlafzustände, diese Wachphasen sind jedoch deutlich kürzer.
ZweitensDie Entladekurven von Lithiumbatterien sind bemerkenswert flach, wobei sich der Großteil der Energie über Spannungsniveaus von 3,6 V konzentriert. Folglich können sich Fernmessgeräte nicht auf die Batteriespannung verlassen, um Warnungen vor niedrigem Batteriestand auszugeben.
SchließlichDie Selbstentladungsraten von Lithiumbatterien schwanken stark je nach Temperaturschwankungen. Instrumente, die im Freien betrieben werden, sind extremen Temperaturbedingungen ausgesetzt, was genaue Vorhersagen des Batteriestands zusätzlich erschwert. Bestehende Batteriemanagementsysteme haben Schwierigkeiten, diese Funktions- und Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung von Batteriemanagementsystemen, die auf die spezifischen Anforderungen von Fernüberwachungsinstrumenten zugeschnitten sind, angesichts ihrer einzigartigen Betriebseigenschaften und der Herausforderungen, die Lithiumbatterien mit sich bringen, weiterhin eine gewaltige Aufgabe bleibt.
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