La scelta dell’alimentazione per i dispositivi wireless remoti

Confrontando le differenze di prestazioni tra le batterie di tipo commerciale e quelle di livello industriale, è possibile identificare il tipo di alimentazione che offre i maggiori risparmi sui costi a lungo termine. Quello che stiamo vivendo è sicuramente un momento emozionante per la tecnologia wireless a distanza. Ciò è stato determinato dalla concomitanza di una serie di sviluppi favorevoli, tra cui il rapido emergere dell’Internet delle Cose a livello Industriale (IIoT), ed il continuo sviluppo di protocolli di comunicazione a bassa potenza quali ZigBee, Bluetooth, DASH7, INSTEON, e Z-Wave. I recenti progressi compiuti dalla tecnologia delle batterie al litio permette inoltre ad alcuni dispositivi wireless remoti di operare per oltre 40 anni senza bisogno di alcuna manutenzione!

Introduzione

Il fiorente settore dell’IIoT sta diffondendo la tecnologia wireless su una vasta gamma di applicazioni industriali. Queste comprendono: infrastruttura di misura automatizzata (AMI), reti wireless interconnesse (meshed networks), sensori strutturali, sistemi machine-to-machine (M2M), sistemi di controllo e acquisizione dati (SCADA), e data logger. La lista non finisce qui. La tecnologia wireless IIoT è stata applicata anche alla misurazione eseguita durante le perforazioni, alle misure oceanografiche, e alle attrezzature di emergenza/sicurezza, giusto per citare alcune applicazioni.

Progettare l'alimentazione ideale per un’applicazione di livello industriale è spesso molto più impegnativo, dal punto di vista tecnico, rispetto ad un analogo dispositivo consumer. La stragrande maggioranza dei dispositivi wireless remoti di livello industriale sono auto-alimentati da batterie al litio primarie (non ricaricabili). Tuttavia, alcune applicazioni potrebbero essere potenzialmente adatte all’utilizzo di tecnologie di energy-harvesting, combinate con l’impiego di batterie ricaricabili o supercondensatori, in grado di immagazzinare l'energia raccolta e rilasciare degli impulsi elevati quando richiesto. In questo articolo verranno esplorate entrambe le tecnologie.

Come scegliere l’alimentazione ideale

Un dispositivo wireless remoto è tanto affidabile quanto lo è la sua alimentazione, che deve essere ottimizzata in base ai requisiti specifici dell'applicazione. Il processo di valutazione e selezione della batteria comprende alcuni parametri fondamentali, tra cui: energia consumata durante il funzionamento attivo (includendo la dimensione, la durata, e la frequenza degli impulsi); energia consumata nella modalità sleep; tempo di immagazzinamento dei dati (che influisce sulla durata della batteria); condizioni di temperatura; tensione di cut-off (valore al di sotto del quale il sensore non può più operare); velocità di scarica della batteria (che può essere superiore alla corrente media assorbita dal sensore); come naturalmente alcune considerazioni sui costi. Il processo di selezione della batteria deve anche prendere in considerazione altri fattori, tra cui:

  • Affidabilità - i sensori remoti possono essere collocati in punti difficili da raggiungere, rendendo complessa la sostituzione della batteria. Questo fattore è particolarmente cruciale in situazioni in cui l'integrità dei dati non può essere compromessa dal prematuro fallimento della batteria.
  • Durata – la velocità di scarica della batteria può spesso superare l'effettiva domanda di energia di un dispositivo che assorbe poca corrente, richiedendo così l’utilizzo di una batteria ad elevata capacità.
  • Ampio range di temperatura – i dispositivi industriali operano spesso in climi molto freddi o molto caldi – in questi contesti non c'è quindi posto per le batterie di tipo commerciale, caratterizzate da un range di temperatura limitato.
  • Dimensioni ridotte – i dispositivi alimentati a batteria stanno diventando sempre più miniaturizzati, richiedendo delle batterie con un’elevata densità di energia.
  • Tensione - una batteria con tensione superiore, può presentare il vantaggio di ridurre il numero totale di celle richiesto.
  • Costi di esercizio - devono essere tenuti in considerazione i costi di sostituzione delle batterie, comprese le spese di manodopera che possono di gran lunga superare il costo delle batterie stesse.

I compromessi sono inevitabili, per cui preparare un elenco prioritario di caratteristiche desiderabili può aiutare a valutare quale soluzione di alimentazione è quella migliore.

Scelta della batteria al litio

I dispositivi wireless remoti che richiedono una lunga vita operativa sono prevalentemente alimentati con batterie al litio. Tuttavia, nei [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 27 settembre 2016

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