Gdy profil obciążenia środowiskowego węzła czujnikowego jest już zrozumiany, projekt pakietu staje się aktem równowagi między trzema wielkościami ciągnącymi w różne strony: energią, którą trzeba zmagazynować, by przetrwać najdłuższy oczekiwany okres bez zbioru, mocą chwilową, której radio potrzebuje do nadawania, oraz słabym, przerywanym prądem, jaki mały zbieracz realnie dostarczy. Pakiet zoptymalizowany tylko pod energię może ugiąć się pod impulsem nadawania; pakiet zoptymalizowany tylko pod impuls może być przewymiarowany i niedoładowany przez słabe źródło słoneczne; obwód ładowania zakładający mocny adapter nigdy nie uzupełni pakietu z wewnętrznego lub zimowego śladu fotowoltaicznego. Ten drugi artykuł przepracowuje tę równowagę dla niklu-wodorku metalu, obejmując format ogniw i konfigurację szeregową, wymiarowanie pojemności względem zdefiniowanego celu autonomii w ciemności, zbiornik kondensatorowy niosący burst radiowy, zarządzanie ładowaniem dostosowane do słabych i przerywanych źródeł, rolę chemii niskosamorozładowczych oraz decyzje dotyczące mrozu i rozmieszczenia, które oddzielają wytrzymały węzeł od działającego tylko na stole.
Wymóg pojemności wyznacza najdłuższy przedział, w którym zbieracz nie dostarcza zasadniczo nic – kolejne pochmurne dni dla węzła fotowoltaicznego, zarośnięcie lub zasypanie dla innych zbieraczy – pomnożony przez uśrednione cyklicznie obciążenie i margines bezpieczeństwa. Gdy opublikowane projekcie boi i stacji zwykle określają siedem lub więcej dni autonomii bez doładowania, ta sama dyscyplina obowiązuje w mniejszej skali: zdefiniuj okno autonomii w godzinach, pomnóż przez średni prąd i napięcie systemu, by uzyskać watogodziny, podziel przez użyteczną głębokość rozładowania i dodaj margines na stratę pojemności w niskiej temperaturze i starzenie.
NiMH znosi głębokie cykle lepiej niż wiele ładowalnych chemii, ale żyje najdłużej, gdy nie jest wielokrotnie spłaszczany; projekt powinien więc celować w płytką średnią głębokość rozładowania w oknie autonomii, zamiast wymiarować do bezwzględnego odcięcia. Ponieważ ogniwo ma 1,2 wolta nominalnego, liczbę w szeregu wybiera się tak, by zapewnić minimalne wejście regulatora i radia przez napięcie końca rozładowania; pojedyncza AA lub AAA pasuje do systemów poniżej 1,8 V, a pakiety dwu- lub trzyogniwowe zasilają szyny 2,4 V lub 3,6 V przez stopień buck-boost, gdy radio wymaga 3 woltów lub więcej.
Nawet niskooporowe ogniwo NiMH korzysta z lokalnego zbiornika, gdy impuls nadawania jest krótki i ostry. Kondensator – superkondensator dla większych burstów lub bank wielowarstwowych kondensatorów ceramicznych dla kompaktowych węzłów – jest utrzymywany na napięciu pakietu między nadawaniami i rozładowuje się do radia podczas burstu 50 do 150 mA. Wymiarowanie wynika z Q równe C razy delta-V: kondensator musi pomieścić dość ładunku przy dopuszczalnym spadku napięcia, by dostarczyć energię impulsu, po czym ogniwo NiMH powoli go doładowuje podczas długiego przedziału uśpienia.
Ten podział pracy sprawia, że mała pojemność NiMH staje się wykonalna. Ogniwo nigdy nie musi bezpośrednio oddawać całego prądu nadawania, więc jego efektywna szybkość rozładowania pozostaje bliska niskiej średniej, sprawność rośnie, a ciepło i spadek napięcia są minimalizowane. Kompromis to czas doładowania i upływ: zbiornik trzeba uzupełnić w najkrótszym przedziale między burstami, a jego prąd upływu staje się częścią budżetu uśpienia. Animowane porównanie konstrukcji tylko-ogniwo i ogniwo-plus-zbiornik pokazuje, że ta druga utrzymuje wyraźnie bardziej płaskie napięcie przez burst przy tej samej nominalnej pojemności ogniwa.
Mały panel fotowoltaiczny na węźle środowiskowym w niczym nie przypomina zasilacza sieciowego: jego moc zmienia się z zachmurzeniem, kątem i zarośnięciem, każdej nocy spada do zera i może dostarczać średnio w ciągu dnia tylko miliwaty. Stopień zarządzania ładowaniem musi więc realizować pobór energii typu punkt mocy maksymalnej przy bardzo niskim własnym poborze, zaczynać ładowanie przy niskim progu wejściowym, zapobiegać prądowi zwrotnemu w nocy i nigdy nie narzucać profilu ładowania, którego ogniwo NiMH nie może przyjąć z tak słabego śladu.
NiMH jest tu w użyteczny sposób wyrozumiałe: kontrolowane ładowanie prądem stałym z terminacją kompensowaną temperaturowo lub konserwatywnym pułapem ładowania podtrzymującego dobrze pasuje do płytkich, przerywanych doładowań, a chemia znosi umiarkowane przeładowanie, jakie może zastosować prosty regulator zbierający, znacznie lepiej, niż ogniwo litowo-jonowe znosi niekontrolowane. Projektanci i tak określają okno temperatury ładowania, limit prądu dopasowany do pojemności ogniwa i terminację -delta-V lub dT/dt dla każdego istotnego szybkiego ładowania, z zabezpieczeniami czasowymi i temperaturowymi. Efektem jest pakiet, który pochłania to, co oferuje zbieracz, bez wymagania precyzyjnej dyscypliny ładowania, jakiej wymaga lit-jon.
Samorozładowanie jest stratą pierwszego rzędu w urządzeniu, które może dniami czekać na znaczące doładowanie, i to dlatego zwykły wysokopojemny NiMH historycznie zawodził w rolach słonecznego czuwania. Receptury niskosamorozładowcze – ta sama technologia, którą karty katalogowe oceniają jako zachowującą około 75 procent ładunku po dwunastu miesiącach – zmieniają ten rachunek, utrzymując zebraną energię przez długie, słabe świetlnie przedziały. Ich nieco niższa pojemność nominalna na ogniwo jest zwykle opłacalną wymianą za znacznie mniejszą stratę kalendarzową w węźle o niskim cyklu pracy.
Model bilansu energii musi uwzględniać samorozładowanie jako obciążenie równoległe, a nie przypis: w najgorszym zimowym tygodniu pakiet traci zarówno energię obciążenia, jak i składową upływu kalendarzowego, a zbieracz musi pokryć obie. Wybór gatunku LSD, utrzymywanie pakietu w umiarkowanym stanie naładowania, gdy możliwe, i unikanie długotrwałej wysokiej temperatury zmniejszają ten pasożytniczy człon i sprawiają, że prognoza autonomii pasuje do zachowania w terenie.
Węzły środowiskowe żyją na zewnątrz, a pojemność i napięcie NiMH spadają wraz ze wzrostem oporu wewnętrznego na mrozie; efekt jest skromny blisko zera, ale staje się znaczący poniżej około minus dziesięciu do minus dwudziestu stopni Celsjusza. Reakcje projektowe obejmują wymiarowanie dodatkowej pojemności na najzimniejszy miesiąc, umieszczenie pakietu w termicznie buforowanym korpusie zamiast eksponowania na maszcie, użycie zbiornika kondensatorowego do pokrycia zimowych impulsów, gdy impedans ogniwa jest najwyższa, oraz – gdy miejsce zbliża się do praktycznej granicy NiMH – dodanie masy termicznej lub wybór chemii o szerszym zakresie temperatur dla najbardziej ekstremalnych stacji.
Rozmieszczenie mechaniczne liczy się tak samo jak projekt elektryczny: ogniwa potrzebują mocowania przeciw wibracjom i rozszerzaniu termicznemu, zgrzewane wyprowadzenia lub sprawdzony uchwyt zamiast styków sprężynowych w miejscach silnie wibrujących, czujnik temperatury blisko ogniw do terminacji ładowania i separację od wydzielających ciepło układów radiowych. Powłoka ochronna i uszczelniony korpus oceniony pod miejsce utrzymują kondensację i sól z dala od pakietu, co wiąże projekt pakietu bezpośrednio z programem ochrony przed wnikaniem omówionym w artykule kwalifikacyjnym.
Zebranie elementów razem podlega powtarzalnej sekwencji: ustalić okno autonomii i średnie obciążenie; wybrać liczbę szeregową z napięcia szyny; dobrać pojemność z energii, głębokości rozładowania i obniżenia na mrozie; dodać i wymiarować zbiornik impulsów z energii nadawania i dopuszczalnego spadku; dopasować ładowarkę zbierającą do najsłabszego realistycznego źródła; wybrać ogniwo LSD; i rozmieścić pakiet pod wytrzymałość termiczną i mechaniczną. Każdy krok daje liczbę sprawdzalną względem pomiaru, zamiast ogólnej rekomendacji.
Walidacja następnie odtwarza projekt względem rzeczywistego cyklu pracy na stole: jednostka źródło-mierz lub programowalne obciążenie odtwarza przebieg uśpienie-próbka-nadawanie, symulator słoneczny lub programowalne źródło odtwarza dobre i złe zimowe dni, a projekt ocenia się tym, czy szyna pozostaje powyżej odcięcia przez każdy burst i czy stan naładowania domyka każdy bilans najgorszego tygodnia nieujemnie. Konstrukcje przechodzące to odtworzenie – i formalną kwalifikację w ostatnim artykule – to te, które przetrwają lata na maszcie, boi lub zdalnej stacji monitorującej.
Weijiang Power projektuje i wytwarza uszczelnione ogniwa nikiel-wodorek metalu i dopasowane pakiety przemysłowe dla urządzeń zdalnych, poza siecią i związanych z bezpieczeństwem, oraz wspiera partnerów OEM plikami wydajności IEC 61951-2, dowodami bezpieczeństwa IEC 62133-2, charakteryzacją obciążeń impulsowych, badaniami szerokiego zakresu temperatur i wspólną walidacją ładowarka/pakiet. Poinformuj nas o cyklu pracy, prądzie szczytowym, zakresie temperatur, celu autonomii i normach, które Twój produkt musi spełnić, a nasi inżynierowie dobiorą kombinację ogniwo-i-pakiet chroniącą czas pracy, niezawodność i żywotność. Przejrzyj asortyment na stronie produktów.
