遠程無線設備越來越需要工業級鋰電池來為從系統控制和數據自動化 （SCADA） 到自動化過程控制、人工智能和機器學習等應用提供長期電力。

使用低功耗通信協議（WirelessHART、ZigBee、LoRa 等）和低功耗芯片組（包括最新的“始終在線”）的電池供電遠程無線設備消耗少量電流（微安到毫安）可以持續更長時間“技術。然而，與電池自放電造成的能量損失相比，這些節能技術往往相形見絀。

特定應用的要求決定了理想的電源

平均電流為微安的遠程無線設備通常與工業級一次（不可充電）鋰電池配對。如果該設備消耗毫安級的平均電流（足以快速耗盡一次電池），那么它可能更適合與可充電鋰離子電池一起用于能量收集，以存儲收集到的能量。

在為遠程無線應用指定電池時，必須考慮許多因素，包括活動模式下消耗的電流量（包括脈沖的大小、持續時間和頻率）；在“待機”模式下消耗的能量（基極電流）；儲存時間（因為儲存期間的正常自放電會降低容量）；熱環境（包括存儲和現場操作）；設備截止電壓，隨著電池容量耗盡或在極端溫度下下降；以及電池的自放電率，可以超過每天實際使用所消耗的能量。

一次鋰電池的選擇

鋰電池具有比所有其他金屬更高的固有負電位。作為最輕的非氣態金屬，鋰提供了所有可用電池化學物質中最高的比能量（每單位重量的能量）和能量密度（每單位體積的能量）。鋰電池在 2.7 至 3.6V 的正常工作電流電壓 （OCV） 范圍內工作。鋰電池也是非水的，因此更能適應極端寒冷。

可用的原電池化學成分包括二硫酸鐵 （LiFeS 2 ）、二氧化錳鋰 （LiMnO 2 ）、亞硫酰氯鋰 （LiSOCl 2 ）、堿性電池和鋰金屬氧化物（見表 1）。

表 1. 一次鋰電池的比較。

超長壽命應用的首選化學物質是亞硫酰氯鋰 （LiSOCl 2 ），它有兩種構造方式：線軸型和螺旋纏繞。

線軸型 LiSOCl 2電池具有最高的容量和能量密度，以及極低的自放電（某些電池每年低于 1%），因此在某些低功率應用中可實現 40 年的電池壽命。這些電池還具有最寬的溫度范圍（-80 °C 至 125 °C）和卓越的玻璃對金屬密封，有助于防止泄漏。

特殊改良的繞線管型 LiSOCl 2電池在冷鏈中用于監測冷凍食品、藥品、組織樣本和移植器官在低至 -80 °C 的溫度下的運輸。這些電池還可以處理極端高溫，包括跟蹤醫療設備位置和狀態的有源 RFID 標簽，而無需在 125°C 高壓滅菌之前取出電池。

繞線管型LiSOCl 2電池的自放電率因制造方法和原材料質量而異。優質的線軸型 LiSOCl 2電池的自放電率為每年 0.7%，40 年后仍可保持其原始容量的 70% 以上。相比之下，較低質量的線軸型 LiSOCl 2電池每年的自放電率高達 3%，每 10 年損失 30% 的容量，無法實現 40 年的電池壽命。

更高的自放電率可能需要數年時間才能檢測到，而快速運行的測試數據可能具有高度誤導性。需要長壽命電源的應用，尤其是在極端環境中，需要進行徹底的盡職調查以正確評估電池供應商。

例如，AMR/AMI 公用事業計量應用中使用的儀表發射器單元 （MTU） 需要長壽命電池，因為大規模電池故障可能會對計費系統造成高度破壞，并禁用遠程啟動/關閉功能。對中斷和數據完整性受損的恐懼迫使公用事業公司投資數百萬美元過早更換 MTU 中的電池，以避免出現混亂中斷的風險。

高脈沖為雙向無線通信供電

需要周期性的高脈沖來為先進的雙向無線通信供電。標準線軸型 LiSOCl 2電池采用低倍率設計，不適合提供高脈沖，可以通過添加獲得專利的混合層電容器 （HLC） 來克服這一問題。標準線軸型 LiSOCl 2電池提供較低的日常背景電流，而 HLC 可存儲高達 15A 的脈沖。HLC 還具有獨特的壽命終止電壓平臺，可實現“低電量”狀態警報。

消費電子產品通常使用超級電容器以靜電方式而非化學方式存儲脈沖。由于固有的限制，超級電容器不適合工業應用，包括：短時功率；不允許使用所有可用能量的線性放電質量；容量低；低能量密度；和非常高的自放電（每年高達 60%）。串聯的超級電容器還需要電池平衡電路（這會增加成本和體積）并消耗額外的能量以進一步加速自放電。

能量收集的利基不斷增長

能量收集非常適合消耗毫安電流的遠程無線應用，足以過早耗盡一次電池。光伏 （PV） 面板是最流行和經過驗證的能量收集形式，在某些情況下會使用設備運動、振動、溫差和環境 RF/EM 信號。

例如，小型太陽能 （PV） 面板與工業級鋰離子電池相結合，以跟蹤無動力資產。太陽能/鋰離子混合系統還為停車收費表收費系統提供動力，并部署了支持人工智能的傳感器來識別開放的停車位。

如果設備易于使用，消費級可充電鋰離子電池通常就足夠了，最長使用壽命為 5 年，可充電 500 次，溫度范圍適中（0 - 40°C），并且沒有高脈沖要求（見表 2）。

表 2.消費鋰離子電池與工業鋰離子電池的比較。

相比之下，工業級鋰離子電池可以運行長達 20 年和 5，000 次完整充電循環，具有更大的溫度范圍（-40° 至 85°C），并且能夠為雙向無線通信提供高脈沖。

工業級電池可以降低部署在難以訪問的位置和極端環境中的遠程無線設備的擁有成本。在指定工業級電池時，請進行徹底的盡職調查，以確保電池供電解決方案的使用壽命與設備一樣長，從而最大限度地降低擁有成本。應要求所有接受評估的電池制造商提供記錄在案的長期測試結果、等效應用的現場性能數據以及多個客戶參考資料。

審核編輯：郭婷