Một khi đã hiểu rõ cấu hình phụ tải của một nút cảm biến môi trường, việc thiết kế bộ pin trở thành một phép cân bằng giữa ba đại lượng kéo theo các hướng khác nhau: năng lượng phải được tích trữ để sống sót qua giai đoạn không thu hoạch dài nhất dự kiến, công suất tức thời mà bộ phát vô tuyến cần để truyền đi, và dòng điện yếu, gián đoạn mà một bộ thu hoạch nhỏ thực tế có thể cung cấp. Bộ pin chỉ tối ưu cho năng lượng có thể sụt xuống dưới xung truyền; bộ pin chỉ tối ưu cho xung có thể bị thừa kích thước và thiếu sạc bởi một nguồn mặt trời yếu; một mạch sạc giả định một bộ đổi nguồn mạnh sẽ không bao giờ bơm đầy bộ pin từ một vệt quang điện trong nhà hoặc mùa đông. Bài viết thứ hai này triển khai sự cân bằng đó cho niken-kim loại hydrua, bao gồm định dạng tế bào và cấu hình mắc nối tiếp, định cỡ dung lượng theo một mục tiêu tự chủ trong bóng tối xác định, bể chứa tụ điện gánh loạt phát vô tuyến, quản lý sạc được điều chỉnh cho các nguồn yếu và gián đoạn, vai trò của các hóa chất tự xả thấp, cùng các quyết định về thời tiết lạnh và bố trí phân biệt một nút bền bỉ với một nút chỉ chạy trên bàn thí nghiệm.
Yêu cầu dung lượng được ấn định bởi khoảng thời gian dài nhất mà bộ thu hoạch về cơ bản không cung cấp gì – những ngày mây liên tiếp cho nút quang điện, bị bám bẩn hoặc vùi lấp cho các bộ thu hoạch khác – nhân với phụ tải trung bình theo chu kỳ và một biên độ an toàn. Khi các thiết kế phao và trạm đã công bố thường quy định bảy ngày tự chủ trở lên mà không cần sạc lại, kỷ luật tương tự áp dụng ở quy mô nhỏ hơn: xác định cửa sổ tự chủ bằng giờ, nhân với dòng điện trung bình và điện áp hệ thống để ra oát-giờ, chia cho độ sâu xả có thể sử dụng, và thêm biên độ cho tổn thất dung lượng ở nhiệt độ thấp và lão hóa.
NiMH chịu được chu kỳ sâu tốt hơn nhiều hóa chất sạc lại nhưng sống lâu nhất khi không bị lặp đi lặp lại xả cạn; do đó thiết kế nên nhắm tới độ sâu xả trung bình nông trên suốt cửa sổ tự chủ, thay vì định cỡ tới ngưỡng cắt tuyệt đối. Vì tế bào có định mức 1,2 vôn, số lượng mắc nối tiếp được chọn để vượt qua ngõ vào tối thiểu của bộ điều áp và bộ vô tuyến qua điện áp cuối xả; một viên AA hoặc AAA phù hợp các hệ thống dưới 1,8 V và các bộ pin hai hoặc ba tế bào cấp cho đường nguồn 2,4 V hoặc 3,6 V qua một tầng buck-boost khi bộ vô tuyến cần 3 vôn trở lên.
Ngay cả một tế bào NiMH trở kháng thấp cũng hưởng lợi từ một bể chứa cục bộ khi xung truyền ngắn và gắt. Một tụ điện – siêu tụ điện cho các loạt lớn hơn hoặc một dãy tụ gốm nhiều lớp cho các nút gọn – được duy trì ở điện áp bộ pin giữa các lần truyền và xả vào bộ vô tuyến trong loạt 50 đến 150 mA. Việc định cỡ tuân theo Q bằng C nhân delta-V: tụ phải giữ đủ điện tích với mức sụt áp chấp nhận được để cung cấp năng lượng xung, sau đó tế bào NiMH nạp lại chậm trong suốt khoảng ngủ dài.
Chính sự phân chia công việc này làm cho dung lượng NiMH nhỏ trở nên khả thi. Tế bào không bao giờ phải trực tiếp cung cấp toàn bộ dòng truyền, nên tốc độ xả hiệu dụng của nó vẫn gần mức trung bình thấp, hiệu suất cải thiện và nhiệt cùng sụt áp được giảm thiểu. Đánh đổi là thời gian nạp lại và dòng rò: bể chứa phải được bơm lại trong khoảng ngắn nhất giữa các loạt, và dòng rò của nó trở thành một phần ngân sách ngủ. Một so sánh động giữa thiết kế chỉ-tế bào và tế bào-cộng-bể chứa cho thấy thiết kế sau duy trì điện áp phẳng hơn rõ rệt qua loạt với cùng dung lượng tế bào định mức.
Một tấm pin mặt trời nhỏ trên nút môi trường chẳng giống bộ đổi nguồn lưới chút nào: đầu ra của nó thay đổi theo mây, góc và bụi bẩn, sụp đổ về không mỗi đêm và trung bình cả ngày có thể chỉ cung cấp vài mili oát. Do đó, tầng quản lý sạc phải thực hiện trích năng lượng kiểu điểm công suất tối đa với mức tiêu thụ rất thấp, bắt đầu sạc ở ngưỡng đầu vào thấp, ngăn dòng ngược vào ban đêm và không bao giờ áp đặt một cấu hình sạc mà tế bào NiMH không thể chấp nhận từ một vệt yếu đến vậy.
NiMH ở đây dung thứ một cách hữu ích: một chế độ sạc dòng không đổi có kiểm soát với kết thúc bù nhiệt hoặc một trần sạc nhỏ giọt bảo thủ rất hợp với các lần nạp nông, gián đoạn, và hóa chất dung thứ được mức sạc quá mức vừa phải mà một bộ điều áp thu hoạch đơn giản có thể áp đặt, tốt hơn nhiều so với tế bào lithium-ion dung thứ một chế độ không kiểm soát. Các nhà thiết kế vẫn quy định một cửa sổ nhiệt độ sạc, giới hạn dòng khớp với dung lượng tế bào và kết thúc -delta-V hoặc dT/dt cho bất kỳ lần sạc nhanh đáng kể nào, kèm các lớp bảo vệ hẹn giờ và nhiệt độ. Kết quả là một bộ pin hấp thụ bất cứ thứ gì bộ thu hoạch đưa ra mà không đòi hỏi kỷ luật sạc chính xác như lithium-ion.
Tự xả là tổn thất bậc một trong một thiết bị có thể nằm nhiều ngày giữa các lần sạc đáng kể, và đó là lý do NiMH dung lượng cao thông thường về mặt lịch sử gây thất vọng trong các vai trò chờ dùng năng lượng mặt trời. Các công thức tự xả thấp – chính công nghệ mà các tờ thông số đánh giá giữ được khoảng 75 phần trăm điện tích sau mười hai tháng – thay đổi phép tính đó bằng cách giữ năng lượng thu hoạch được qua các khoảng tối kéo dài. Dung lượng định mức mỗi tế bào thấp hơn một chút của chúng thường là sự đánh đổi xứng đáng cho tổn thất theo lịch nhỏ hơn nhiều ở một nút có chu kỳ nhiệm vụ thấp.
Mô hình cân bằng năng lượng phải đưa tự xả vào như một phụ tải song song, chứ không phải chú thích cuối trang: trong tuần mùa đông tồi tệ nhất, bộ pin mất cả năng lượng phụ tải lẫn một hạng mục rò rỉ theo lịch, và bộ thu hoạch phải bù cả hai. Chọn loại LSD, giữ bộ pin ở trạng thái sạc vừa phải khi có thể và tránh nhiệt độ cao kéo dài làm giảm hạng mục ký sinh này và khiến dự báo tự chủ khớp với hành vi thực địa.
Các nút môi trường sống ngoài trời, và dung lượng cùng điện áp NiMH giảm khi điện trở trong tăng trong giá lạnh; tác động vừa phải gần mức đóng băng nhưng trở nên đáng kể dưới khoảng âm mười đến âm hai mươi độ C. Các biện pháp thiết kế gồm định cỡ thêm dung lượng cho tháng lạnh nhất, đặt bộ pin trong vỏ đệm nhiệt thay vì để hở trên cột, dùng bể chứa tụ để bù các xung lạnh khi trở kháng tế bào cao nhất, và – khi một địa điểm tiến gần giới hạn thực tế của NiMH – hoặc thêm khối nhiệt hoặc chọn hóa chất có dải nhiệt rộng hơn cho các trạm khắc nghiệt nhất.
Bố trí cơ khí cũng quan trọng như thiết kế điện: các tế bào cần được giữ chặt chống rung và giãn nở nhiệt, các tab hàn hoặc giá đỡ đã kiểm chứng thay vì tiếp điểm lò xo ở các địa điểm rung cao, một cảm biến nhiệt gần tế bào để kết thúc sạc, và tách khỏi các mạch vô tuyến sinh nhiệt. Lớp phủ bảo vệ và vỏ kín được đánh giá cho địa điểm giữ hơi ẩm ngưng tụ và muối tránh xa bộ pin, điều này nối trực tiếp thiết kế bộ pin với chương trình bảo vệ chống xâm nhập được bàn trong bài kiểm định.
Việc tập hợp các yếu tố tuân theo một trình tự lặp lại được: ấn định cửa sổ tự chủ và phụ tải trung bình; chọn số lượng mắc nối tiếp từ điện áp đường nguồn; suy ra dung lượng từ năng lượng, độ sâu xả và giảm định mức lạnh; thêm và định cỡ bể chứa xung từ năng lượng truyền và mức sụt cho phép; ghép bộ sạc thu hoạch với nguồn thực tế yếu nhất; chọn tế bào LSD; và bố trí bộ pin cho sự vững chắc về nhiệt và cơ khí. Mỗi bước tạo ra một con số kiểm chứng theo phép đo, thay vì một khuyến nghị chung chung.
Sau đó việc xác nhận diễn lại thiết kế trước chu kỳ nhiệm vụ thực trên bàn: một thiết bị nguồn-đo hoặc tải lập trình diễn lại dạng sóng ngủ-lấy mẫu-truyền, một bộ mô phỏng mặt trời hoặc nguồn lập trình diễn lại các ngày mùa đông tốt và xấu, và thiết kế được đánh giá dựa trên việc đường nguồn có ở trên ngưỡng cắt qua từng loạt và trạng thái sạc có đóng mỗi cân bằng tuần tồi tệ nhất ở mức không âm. Các thiết kế vượt qua lần diễn lại đó – và kiểm định chính thức trong bài cuối – là những thiết kế sống sót nhiều năm trên cột, phao hoặc trạm giám sát từ xa.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất các tế bào niken-kim loại hydrua kín và các bộ pin công nghiệp được ghép phù hợp cho thiết bị từ xa, ngoài lưới và gắn với an toàn, đồng thời hỗ trợ các đối tác OEM bằng hồ sơ hiệu năng IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-2, đặc tính hóa phụ tải xung, thử nghiệm dải nhiệt rộng và đồng xác nhận bộ sạc/bộ pin. Hãy cho chúng tôi biết chu kỳ nhiệm vụ, dòng đỉnh, dải nhiệt, mục tiêu tự chủ và các tiêu chuẩn sản phẩm của bạn phải đáp ứng, và các kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định một tổ hợp tế bào-và-bộ pin bảo vệ thời gian chạy, độ tin cậy và tuổi thọ. Xem lại dải sản phẩm trên trang sản phẩm.
