これを読んでいるということは、おそらくセンサー ネットワークのトラブルシューティングに時間を費やしたことがあるでしょう。おそらくあなたは、気象観測所の切れたアルカリ電池を交換するために午前 2 時に辺鄙な現場を歩き回ったり、古い電源が追いつかないために田舎の水質センサーからのデータを何週間も待ったりしたことがあるかもしれません。当社のバッテリー パック会社では、同じ不満を抱えているセンサー ネットワーク オペレーターと毎日話をしています。彼らは、バッテリー寿命の短さ、手間とコストがかかる頻繁な交換、センサーのセットアップで一般的な変動する断続的な電力消費に対応できない電源装置などです。今日は、よく寄せられる質問について詳しく説明したいと思います。「12.8V 300Ah バッテリー パックはセンサー ネットワークで使用できますか?」簡単に言うと、答えは「はい」です。多くの場合、これは長年の問題点を解決する革新的な方法ですが、万能の解決策ではありません。このバッテリーがほとんどのセンサー ネットワークで機能する理由、セットアップに適合させる方法、そしてお客様から得た実際のメリットについて詳しく見ていきましょう。
まず、基本をしっかりと理解しましょう。 12.8V 300Ah リン酸鉄リチウム (LiFePO4) バッテリー パック - 当社が製造するものと同様、詳細については、当社の専用ウェブサイトをご覧ください。12.8V 300Ah バッテリーパックページ—は、小型の 12.8V バッテリーの単なる大型バージョンではありません。当社が産業用カート用に製造する 12.8V 24Ah トロリー バッテリーや、一貫した中量の消費量向けに構築された 12.8V 24Ah ゴルフ バッテリーとは異なり、300Ah パックは、長時間、低消費電力から中消費量の用途、つまりほとんどのセンサー ネットワークにとってまさにスイート スポット向けに設計されています。センサーは、農業用、環境監視用、産業資産追跡用、またはスマートシティインフラ用のいずれであっても、ほとんどの場合、低電圧 (通常は DC 3.3V ～ 24V) で動作し、データをサンプリングしているか、データを送信しているか、ソーラー パネルや GPS などの追加モジュールに電力を供給しているかに応じて、多くの場合ミリアンペアから数アンペアの範囲の小さな電流を流します。
12.8V 300Ah バッテリーの持続時間を計算するには、次の簡単な式を使用します。バッテリー寿命 (時間) = (バッテリー容量 (Ah) × 電圧) ÷ 総消費電力 (ワット)。一般的な例を使用してみましょう。0.5A (500mA) を連続的に消費する気象センサーです。数字を当てはめると: (300Ah × 12.8V) ÷ (0.5A × 12.8V) = 600 時間、または丸 25 日分の電力になります。これは、同じセンサーの場合約 48 時間しか持続しない 12.8V 24Ah バッテリーよりもはるかに長いです。 15 分ごとにのみデータをサンプリングし、1 時間に 1 回送信し、平均 0.01A (10mA) を消費するセンサーの場合、300Ah パックは 3 年以上という驚異的な 30,000 時間持続します。これは、3 年間バッテリー交換や人件費が発生せず、監視キャンペーン中にセンサーが故障したためにデータが失われることもなかったということです。これらの数字が、当社のディープ サイクル リン酸塩バッテリー パック ソリューションがセンサー オペレーターに非常に人気がある理由であり、12.8V 300Ah モデルはそのラインの主力製品です。
ここで、12.8V 300Ah の容量だけでなく、LiFePO4 の化学的性質がセンサー ネットワークに特に適している理由について話しましょう。アルカリ電池または鉛蓄電池は何十年も小型センサーの頼りになっていますが、大きな欠点があります。たとえば、鉛蓄電池のサイクル寿命は短く、容量が 80% に低下するまでに 200 ～ 500 回の完全な充放電サイクルしか持続せず、深く放電することはできません (容量が 50% 未満になると、永久に損傷してしまいます)。一方、LiFePO4 バッテリーは、容量が 20% まで深く放電された場合でも、2,000 ～ 6,000 サイクル持続します。太陽光発電で動作し、日中のみ充電するリモート センサーの場合、バッテリーが毎日または数日ごとにサイクルされることを意味します。これは鉛酸バッテリーでは困難ですが、12.8V 300Ah パックは簡単に処理できます。
もう 1 つの重要な要素はエネルギー密度です。 12.8V 300Ah LiFePO4 パックの重量は約 35 ～ 40 ポンドですが、同じ容量の 12V 鉛蓄電池の重量は 200 ポンドを超えます。これは、渓流の監視、畑のセンサー、スマート街路灯のセンサーなど、持ち運びが必要なセンサーのセットアップや、手の届きにくい場所に設置する必要があるセンサーのセットアップにとっては、大きな違いです。重いバッテリーを丘の上に運んだり、ポールに持ち上げたりする必要はもうありません。また、LiFePO4 バッテリーの自己放電率ははるかに低く、鉛蓄電池の 5 ～ 10% と比較して、1 か月あたりの容量の損失は 2 ～ 3% のみです。つまり、遠隔地にセンサーを設置して 6 か月間放置した場合、鉛蓄電池は機能しなくなるか、ほぼ機能しなくなりますが、バッテリーにはまだ容量のほとんどが残っています。
ただし、待ってください。これは、12.8V 300Ah バッテリーがあらゆるセンサー ネットワークに最適であると言っているわけではありません。制限について話しましょう。オペレーターが間違いを犯しているのはそこだと思います。まず、電圧の互換性です。ほとんどのセンサーは 3.3 V または 5 V で動作するため、バッテリーからの 12.8 V をセンサーに必要な電圧まで降圧するには、電圧レギュレーターまたは電源管理モジュールが必要です。これはシンプルで低コストのアドオンですが、計画する必要があります。次に、ビデオを送信するカメラや、モーターや高出力アクチュエーターを動作させる産業用センサーなど、センサー ネットワークに消費電力が大きい場合は、12.8V 300Ah パックは引き続き使用できますが、電力供給方法を検討する必要がある場合があります。たとえば、セットアップで継続的に 10A を消費する場合、バッテリーは約 36 時間持続します。これは短期プロジェクトでは管理可能ですが、長期のリモート監視では管理できません。その場合、バッテリーをソーラー パネル アレイと組み合わせて充電を維持したり、より小さなスペースでより多くの電力が必要な場合は、EV および産業用エネルギー ストレージ用の高電圧 76.8V バッテリーのような高電圧オプションを検討したりすることをお勧めしますが、これはほとんどの中小規模のセンサー ネットワークにとっては過剰です。
もう 1 つの考慮事項は、充電サイクル管理です。 LiFePO4 バッテリーは過充電や過放電に弱いため、パックを健全に保つにはバッテリー管理システム (BMS) が必要です。良いニュースは、12.8V 300Ah バッテリーには、過充電、過放電、短絡を防止する BMS が組み込まれているということです。この機能は、低コストの規制されていない鉛蓄電池や安価な無名 LiFePO4 パックには備わっていません。センサーのオペレーターにとって、これはメンテナンスの手間が減り、バッテリーの寿命が延びることを意味します。当社のお客様からは、12.8V 300Ah バッテリーが 4 年間、性能が低下することなく農業用土壌水分センサーを稼働させているとの報告をいただいています。これは、BMS と LiFePO4 の化学反応が連携して、ソーラー パネルからの変動する電荷と、センサーの低安定した消費電力を処理するためです。
これを具体的にするために、実際の例を見てみましょう。昨年、私たちは環境科学者のチームと協力して、太平洋岸北西部の河川の水質に対する山火事の影響を研究しました。彼らは、5 つの人里離れた渓流に 20 個のセンサーを設置する必要がありましたが、送電網へのアクセスはなく、データを収集するために現場に季節的にのみアクセスする必要がありました。当初、彼らは秋にわずか 6 週間しか持たない 12V 鉛蓄電池を使用していました。各電池を交換するには山を 8 マイル登らなければなりませんでした。数千ドルの人件費がかかり、次の訪問の間に電池が切れるとデータが失われてしまいました。彼らは、継続充電のために小型 50W ソーラー パネルと組み合わせた 12.8V 300Ah バッテリー パックに切り替えました。現在、バッテリーはサイト訪問までに 18 ～ 24 か月持続するため、メンテナンス コストが 90% 削減され、6 週間ではなく丸 2 年間の継続データが得られます。適切なバッテリーパックが与える影響はこのようなものです。
別の顧客は、ダウンタウン全域に大気質センサーを導入しているスマート シティ企業です。彼らは 3 か月ごとに交換する必要がある 12.8V の小型電池を使用していました。そのため、街灯やユーティリティ ボックスにアクセスするには市の職員と調整する必要がありました。当社の 12.8V 300Ah パックに切り替えたところ、バッテリーの寿命は 2 ～ 3 年になりました。また、余剰容量を利用して、15 分ごとではなく 1 分ごとにデータを送信する大気質センサーを追加し、バッテリーの消耗を心配することなく高解像度のデータを提供します。バッテリーが標準の街灯ユーティリティ ボックス内に収まるほどコンパクトであるため、設置が簡単で、BMS はバックアップ電源としても追加された小型ソーラー パネルからの過充電を防ぎます。
では、12.8V 300Ah バッテリーが適切な選択ではないのはどのような場合でしょうか?アクセスが簡単で消費電力が非常に低い小型のセンサー ネットワーク (毎年バッテリーを交換できる建物内の 1 つの温度センサーなど) がある場合は、当社の 12.8V 24Ah トロリー バッテリーのような小型で安価なバッテリーで十分な場合があります。大型モーターを使用した高出力センサーのセットアップや頻繁なビデオ送信がある場合は、高電圧または大容量のパックが必要になるか、12.8V 300Ah を大型の太陽光発電または風力電源と組み合わせることが必要になる場合があります。短期プロジェクトで予算が大きな制約となる場合、LiFePO4 パックの初期費用は鉛蓄電池よりも高くなる可能性がありますが、メンテナンスの軽減と寿命の長さによる長期的な節約は通常、それだけの価値があります。
ほとんどのセンサー ネットワーク オペレーター、特に遠隔地でアクセスしにくい場所で作業している場合、または頻繁に交換せずに長時間の電力を必要とする場合、12.8V 300Ah LiFePO4 バッテリーは優れた選択肢となります。これは、LiFePO4 化学の低メンテナンス性と長いサイクル寿命を、ほとんどのセンサーの低く安定した消費電力に合わせて調整された容量と組み合わせています。農業用 IoT センサー、環境監視ステーション、産業用資産トラッカー、スマート シティ デバイスのいずれを導入する場合でも、このバッテリーはオペレーターが直面する一般的な問題点の多くを解決します。
センサー ネットワークの電源オプションを評価している場合、または当社の 12.8V 300Ah バッテリーがどのようにセットアップに適合するかについて詳しく知りたい場合は、ぜひお問い合わせください。私たちのチームは、さまざまな業界のセンサーオペレーターと協力して、小規模な単一センサーのセットアップから大規模なネットワーク展開に至るまで、カスタム電源ソリューションを設計してきました。また、さまざまなニーズを満たすために、さまざまなディープ サイクル リン酸塩バッテリー パック ソリューションや 12.8V 24Ah ゴルフ バッテリーなどの小型 12.8V オプションも提供しているため、プロジェクトのニーズが何であれ、適切なものを見つけるお手伝いをいたします。特定の要件について話し合い、12.8V 300Ah バッテリー パックまたは関連ソリューションの見積もりを取得するには、今すぐ当社のチームにお問い合わせください。
参考文献
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- 米国標準技術研究所 (NIST)。 （2022年）。スマート農業アプリケーションにおける IoT センサー ネットワークの電力要件。 NIST 特別出版物 1800-30。
- チェン、L.ら。 （2020年）。オフグリッド用途向けのリン酸鉄リチウム電池のサイクル寿命と自己放電特性。再生可能エネルギー、155、789-797。
- センサー工業会。 （2023年）。リモート センサー ネットワークにおける電源選択のベスト プラクティス。 SIAテクニカルレポート2023-04。
