Los dispositivos de monitoreo remoto exigen baterías de alto rendimiento debido a sus condiciones de trabajo y requisitos operativos únicos. Estos dispositivos a menudo requieren períodos prolongados de energía ininterrumpida, que a veces duran un año o incluso más. Las baterías de iones de litio son ampliamente favorecidas por su alto voltaje, tamaño compacto, naturaleza liviana, densidad de energía impresionante, falta de efecto memoria, respeto al medio ambiente, autodescarga mínima y ciclo de vida prolongado. En comparación con las baterías de hidruro metálico de níquel,baterías de iones de litioson entre un 30% y un 40% más ligeros y cuentan con un ratio energético un 60% mayor.
Sin embargo, las baterías de litio tienen una buena cantidad de inconvenientes, que giran principalmente en torno a dos aspectos clave:
Seguridad
Las baterías de litio se han asociado con problemas de seguridad, lo que en ocasiones provoca explosiones y otros defectos. En particular, las baterías de óxido de litio y cobalto, utilizadas a menudo como material de electrodo positivo, presentan poca seguridad cuando se someten a descargas de alta corriente. Además, casi todos los tipos de baterías de litio sufren daños irreversibles cuando se sobrecargan o descargan en exceso. Las baterías de litio son muy sensibles a la temperatura: las altas temperaturas provocan roturas de electrolitos, combustión o incluso explosiones, mientras que las bajas temperaturas degradan su rendimiento y afectan la funcionalidad del dispositivo. Debido a las variaciones en la fabricación, la resistencia interna y la capacidad de cada celda de batería difieren. Cuando se conectan varias celdas en serie, esto genera tasas de carga y descarga inconsistentes, lo que reduce la utilización de la capacidad general de la batería. En consecuencia, las baterías de litio suelen requerir sistemas de protección especializados para controlar su estado y gestionar su uso de forma eficaz.
Mantenibilidad
La escasa retención de capacidad y la dificultad para predecir los niveles de la batería a bajas temperaturas disminuyen la capacidad de mantenimiento de los dispositivos alimentados por baterías de litio. Los instrumentos en línea de larga duración requieren reemplazos regulares de baterías, a menudo en ubicaciones remotas, lo que genera una mano de obra sustancial y altos costos. Para aliviar las cargas de mantenimiento y reducir los costos, un sistema de gestión de baterías debe estimar con precisión el estado de carga, permitiendo reemplazos de baterías oportunos y específicos. Además, un bajo consumo de energía propia en el sistema de gestión de la batería es esencial para disminuir la frecuencia del mantenimiento y prolongar la vida útil de la batería. Por lo tanto, para los instrumentos de monitoreo remoto que requieren un suministro de energía prolongado, un sistema de administración de baterías bien diseñado juega un papel crucial en el mantenimiento del dispositivo.
Sin embargo, alinear las características operativas de los instrumentos de monitoreo remoto con las características inherentes de las baterías de litio plantea desafíos considerables. Varios factores contribuyen a esta complejidad:
En primer lugar, los instrumentos de monitoreo remoto generalmente alternan entre períodos de inactividad y vigilia para conservar energía. Sus corrientes operativas varían dinámicamente, y las fases de vigilia exigen niveles de corriente significativamente más altos que los estados de sueño, pero estas fases de vigilia son significativamente más cortas.
En segundo lugar, las curvas de descarga de las baterías de litio son notablemente planas, con la mayor parte de la energía concentrada por encima de niveles de voltaje de 3,6 V. En consecuencia, los instrumentos remotos no pueden depender del voltaje de la batería para proporcionar advertencias de batería baja.
Por último, las tasas de autodescarga de las baterías de litio fluctúan ampliamente con las variaciones de temperatura. Los instrumentos que funcionan al aire libre están expuestos a condiciones de temperatura extremas, lo que complica aún más las predicciones precisas del nivel de batería. Los sistemas de gestión de baterías existentes luchan por satisfacer estas demandas funcionales y de rendimiento.
En conclusión, el desarrollo de sistemas de gestión de baterías diseñados para cumplir con los requisitos específicos de los instrumentos de monitoreo remoto, dadas sus características operativas únicas y los desafíos que presentan las baterías de litio, sigue siendo una tarea formidable.
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