La scelta delle batterie: come selezionare la batteria ottimale per il proprio progetto

La scelta e le considerazioni sulle batterie durante lo sviluppo di dispositivi wireless per l’Internet of Things sono spesso molto impegnative e coinvolgono elementi quali fattore di forma, capacità, corrente di picco, autoscarica, durata del prodotto, costi, eccetera, tutti aspetti dettati principalmente dai requisiti del prodotto e dai casi d’uso.

Lo scopo di questo articolo è in primo luogo quello di fornire una guida agli sviluppatori di sensori IoT su come selezionare la batteria ottimale identificando i requisiti del prodotto e i casi d’uso; in secondo luogo renderli edotti sui parametri chiave, le caratteristiche e il comportamento delle batterie più diffuse e, infine, fornire  informazioni su come determinare quale sia la giusta batteria necessaria per l’applicazione che si intende realizzare.

Requisiti del prodotto e casi d’uso

Una delle fasi iniziali nella selezione di una batteria è l’identificazione dei requisiti minimi e dei casi d’uso dell’applicazione. Di seguito è riportato un elenco di esempio di requisiti di prodotto e dei casi d’uso che hanno un impatto diretto sulla considerazione dei parametri della batteria:

  • Dimensioni fisiche – spazio disponibile all’interno del prodotto
  • Parametri elettrici – Intervallo di tensione di alimentazione, consumo di corrente di picco
  • Profilo operativo – Frequenza e durata della trasmissione, ricezione, Misura e Sleep
  • Aspettativa di vita – Shelf life e Service life
  • Ambiente – Temperature di conservazione e funzionamento, presenza d’acqua e umidità
  • Altre considerazioni – Costi, ricaricabilità e smaltibilità

Parametri chiave delle batterie

Il passo successivo potrebbe essere l’analisi complessiva di tutti i parametri delle batterie e la conseguente applicazione ai requisiti del prodotto da realizzare e ai casi d’uso.

  • Chimica delle batterie

La maggioranza delle batterie sono costituite da due elettrodi ed un elettrolita. La combinazione dei materiali usati per realizzare questi componenti è ciò che determina la chimica della batteria. La chimica della batteria è un importante parametro perché ne definisce le proprietà, come tensione, corrente di carico, capacità, temperatura di funzionamento, autoscarica, ecc. 

  • Batterie non ricaricabili

Le batterie non ricaricabili sono note come batterie primarie. Le batterie primarie sono costituite da celle elettrochimiche che producono una reazione chimica non reversibile. Di conseguenza, queste batterie non possono essere ricaricate e devono essere sostituite quando la loro carica si è esaurita.

Questo tipo di batterie ha generalmente una elevata energia specifica ed i dispositivi in cui vengono utilizzate sono generalmente progettati per un basso assorbimento, il che permette alle batterie di durare il più a lungo possibile.

Le più diffuse tra le batterie primarie sono quelle al Litio, Alkaline, e Zinco-Carbone. Questo gruppo ha una elevata energia specifica oltre ad essere ecocompatibili e sostenibile. Tuttavia, la bassa corrente di carico di queste batterie limita la loro applicazione a dispositivi aventi requisiti di corrente limitati, come telecomandi, allarmi antincendio, elettrodomestici e dispositivi portatili per entertainment.

  • Batterie ricaricabili

Le batterie ricaricabili sono anche note come batterie secondarie, dato che possono essere ricaricate quando la loro energia sia stata esaurita. In questo caso, le reazioni elettrochimiche sono reversibili applicando una data tensione alla batteria nella direzione opposta.

Queste batterie rappresentano la sorgente standard di energia per le apparecchiature odierne, in particolare quelle portatili, come fotocamere, laptop, computer, tablet e telefoni cellulari. I vantaggi ambientali derivanti dalle batterie ricaricabili sono persino più importanti. Proprio per la loro caratteristica di essere ricaricabili, l’utilizzo di queste batterie riduce significativamente i rischi chimici potenziali con cui l’ambiente potrebbe entrare in contatto.

Sebbene il costo iniziale per entrare in possesso di batterie ricaricabili sia più elevato rispetto alle batterie primarie, nel lungo termine diventano economicamente più vantaggiose.

Le batterie secondarie possono essere ulteriormente classificate in diversi altri tipi in base alla loro chimica. Ciò è molto importante, dato che la chimica determina alcune delle loro caratteristiche importanti, tra cui l’energia specifica, cycle life, shelf life e prezzo. I tipi di chimica più diffusi tra le batterie ricaricabili sono Ioni di Litio (Li-ion), Nickel Cadmio (Ni-Cd), Nickel-Metallo Idruro (Ni-MH), e Piombo-Acido.

  • SuperCondensatori

ATTENZIONE: quello che hai appena letto è un estratto dell'articolo. Per continuare la lettura registrati oppure effettua l'accesso.


A cura di Srinivas Naik,
RF Systems Application Engineer
resso Semtech Corporation.

 

 

Post correlati

Commenta questo articolo