Аккумуляторная батарея является важным компонентом, позволяющим поддерживать технологию дистанционного беспроводного датчика для обеспечения безопасности мостов и туннелей.
По SOL JACOBS, Вице-президент и генеральный директор, Батареи Tadiran, www.tadiranbat.com
Мост, туннель и железнодорожная инфраструктура в Америке вскоре будут нуждаться в обновлении с недавним прохождением федерального финансирования в размере 325 миллиардов долларов. Дистанционные беспроводные датчики будут играть важную роль в этом активизации, выявляя потенциально опасные условия и контролируя состояние критической инфраструктуры.
Недавно Конгресс США принял крупный закон о дорожном движении и финансировании перевозок, который санкционирует финансирование в размере 325 миллиардов долларов США для крупных проектов строительства и ремонта, необходимых для улучшения ухудшающейся инфраструктуры нашей страны.
По данным Американского общества инженеров-строителей (ASCE), эта работа крайне необходима, поскольку почти девять из десяти мостов нашей страны считаются структурно недостаточными. Электрическая сетка лонжеронов в Америке имеет одинаковую озабоченность, поскольку эта устаревшая сеть линий электропередачи, подстанций и трансформаторов была неудовлетворительной на протяжении десятилетий, а растущий спрос на энергию все более усиливает нагрузку на электрическую сеть страны, создавая угрозу для экономической безопасности нашей страны.
Беспроводная беспроводная технология с батарейным питанием будет играть важную роль во многих проектах строительства мостов и туннелей, предоставляя ценное представление о состоянии критически важной инфраструктуры в режиме реального времени. Потребность в более строгом беспроводном мониторинге была подчеркнута трагическим крахом моста I-35W в Миннеаполисе, штат Миннесота в 2007 году, в результате которого погибло 13 человек, было ранено еще 145 человек и были нарушены поездки по всему региону. Удаленные беспроводные датчики могут помочь предотвратить подобные трагедии, предоставив данные, предупреждающие о возможном структурном распаде, который обычно вызван температурой, влажностью, деформацией или деформацией давления.
Удаленные беспроводные датчики обеспечивают очень экономичное решение, устраняя дорогостоящие затраты на устройства жесткой проводки на электрическую сеть, стоимость которых может стоить до 100 долларов за линейный фут. Жесткая проводка также вводит непредсказуемые расходы, связанные с разрешениями и правилами, что может быть особенно проблематичным в экологически чувствительных местах.
Батарейные дистанционные беспроводные датчики также повышают безопасность работников, устраняя необходимость использования специальных жгутов и строительных лесов, необходимых для доступа к труднодоступным местам, поскольку расходы, связанные с такими работами по обслуживанию с высоким риском, намного превышают стоимость самой батареи.
Первичные литиевые батареи
Подавляющее большинство удаленных беспроводных устройств питаются батареями тионилхлорида лития (LiSOCl 2) типа бобины, которые особенно хорошо подходят для долговременных приложений, которые потребляют низкий среднесуточный ток. Химия LiSOCl 2 обеспечивает высокую производительность, высокую плотность энергии и расширенный температурный диапазон от -55 ° до + 85 ° C.
Батареи типа LiSOCl 2 также обеспечивают длительное время автономной работы и обеспечивают скорость саморазряда менее 1% в год, что позволяет до 40 лет работать на одной батарее. Тем не менее, такая долгая жизнь не является гарантированной гарантией, так как батареи меньшего класса LiSOCL 2 могут иметь годовой уровень саморазряда до 3%, что сокращает срок службы до 10 лет, что значительно увеличивает общую стоимость владения, Высокий уровень саморазряда может быть вызван использованием низкого качества сырья или процессами, используемыми для производства клетки.
Для усовершенствованных беспроводных коммуникаций требуются высокие импульсы
Стандартные батареи типа LiSOCl 2 типа катушки предназначены для приложений с низкой скоростью и не могут обеспечить высокие импульсы, необходимые для обеспечения расширенной двусторонней связи и / или дистанционного отключения. В результате эти батареи необходимо модифицировать, объединив их с гибридным конденсатором (HLC). Стандартная батарея LiSOCl 2 обеспечивает низкий непрерывный фоновый ток, требуемый для длительного срока службы, в то время как HLC работает как аккумулятор, обеспечивая высокие импульсы, необходимые для инициирования опроса и передачи данных.
Суперконденсаторы также могут использоваться для подачи высоких импульсов, но обычно не рекомендуются для применения в промышленных целях из-за присущих им ограничений, которые включают высокую скорость саморазряда (до 60% в год) и ограниченный диапазон температур (который запрещает их использование в экстремальных условиях). Суперконденсатор, состоящий из двух конденсаторов емкостью 2, 5 В, также требует балансировочных схем, что добавляет саморазряд и расходы.
Вот два примера в реальной жизни, использующие ячейки типа LiSOCl 2 типа катушки для питания удаленных устройств мониторинга беспроводной инфраструктуры:
Мониторинг напряжений на мостах
Сенсорные датчики SenSpot, производимые Resensys, собирают и передают жизненно важные данные, которые контролируют напряжение, наклон и другие условия, которые могут поставить под угрозу безопасность моста. Сенсорные датчики SenSpot требуют надежного источника питания, который может обеспечивать высокие импульсы для поддержки передовых беспроводных коммуникаций, а также обеспечивает огромную гибкость (поскольку никакие два моста не совпадают). Долгосрочная надежность также вызывает беспокойство, поскольку основные структурные элементы моста часто являются крайне недоступными, что делает его чрезвычайно дорогостоящим для доступа и замены батарей. Батарейные аккумуляторы LiSOCl 2 позволяют бессенсорным датчикам SenSpot работать в течение десятилетий без обслуживания, чтобы повысить безопасность критической инфраструктуры моста.
Рис.1: Сенсорные датчики SenSpot от Resensys, собирают и передают жизненно важные данные, которые контролируют напряжение и наклон. Долгосрочная эксплуатация и надежность батареи являются серьезной проблемой, поскольку мосты затрудняют доступ к датчикам.
Мониторинг туннелей для структурной целостности
Invocon производит несколько входных, крошечных, усовершенствованных беспроводных измерительных систем (MITE-WIS), которые представляют собой небольшие датчики / передатчики с автономным питанием, которые контролируют отремонтированные бетонные секции в туннелях. Блоки MITE-WIS встроены в бетонные ремонтные пластыри, что устраняет необходимость прохождения навязчивых силовых кабелей через бетон и создания слабых мест в основной туннельной стене. Единицы служат для выявления потенциальных структурных отказов путем определения изменений деформации через границы конкретных участков. Батареи LiSOCl 2 обеспечивают срок службы до двух лет с частотой дискретизации трех отдельных каналов в минуту. Каждый блок может хранить до трех месяцев данных, которые загружаются в течение ежемесячных процедур обслуживания.
Рисунок 2: Датчики с автономным питанием / датчики, которые контролируют отремонтированные бетонные секции в туннелях, встроены в исправления для ремонта бетона, чтобы выявить возможные структурные отказы и нужны батареи типа LiSOCl 2, которые могут обеспечить срок службы до двух лет.
Рост добычи энергии
В то время как первичные литиевые батареи чаще всего выбираются для питания беспроводных устройств, также имеются многочисленные приложения, которые могут хорошо обслуживаться устройствами сбора энергии, которые используют перезаряжаемые литий-ионные (литий-ионные) батареи для хранения собранной энергии.
Стандартные литий-ионные батареи потребительского класса плохо подходят для долгосрочного развертывания, поскольку они имеют относительно короткий срок службы 5 лет и 500 циклов перезарядки, а также ограниченный диапазон температур. Альтернативой является использование литий-ионного аккумулятора промышленного класса, который может работать до 20 лет и 5000 циклов перезарядки, а также предлагает более широкий температурный диапазон, чем стандартные перезаряжаемые литий-ионные батареи.
Эти промышленные литий-ионные батареи используются компанией Southwire для использования в линейных / соединительных датчиках, которые постоянно контролируют состояние линий электропередач. Датчик линии / разъема монтируется непосредственно на оголенный проводник передачи, где он измеряет температуру проводника, провисание на линии передачи и электрический ток на линии.
Энергия, собранная из магнитного поля электрической линии, обеспечивает достаточную энергию, поэтому показания могут передаваться каждые 30 секунд на базовую станцию с использованием радиочастотной связи 2, 4 ГГц. Датчик линии / разъема требует достаточного тока в линии для полной перезарядки, поэтому устройство для сбора энергии должно поддерживаться литий-ионной батареей промышленного класса размера AA, что позволяет примерно 45 дней непрерывной работы датчика даже в периоды, когда есть не создается ток или когда сила магнитного поля падает ниже порога, необходимого для сбора энергии. Использование 20-летнего литий-ионного аккумулятора промышленного класса приводит к высокоэкономичному, не требующему обслуживания, долгосрочному решению.
Для удаленных беспроводных устройств, для которых требуется надежное долгосрочное решение по управлению питанием, инженеры-конструкторы могут выбирать между батареями типа LiSOCl 2 типа бобины и литий-ионными батареями промышленного класса, чтобы обеспечить десятилетия бесперебойной работы, тем самым снижая общую стоимость владения.
SOL JACOBS, вице-президент и генеральный директор Tadiran Batteries, www.tadiranbat.com