Beste LiPo-Batterie für IoT-Geräte: Wie man die richtige Stromlösung auswählt

Der beste LiPo-Akku für IoT-Geräte ist nicht unbedingt der mit der höchsten Kapazität. Eine geeignete Batterie muss die Betriebsspannung, den Standby-Verbrauch, die Kommunikationsspitzen, den verfügbaren Speicherplatz, die Lademethode und die erwartete Lebensdauer des Geräts berücksichtigen.

IoT-Produkte reichen von kompakten Asset-Trackern und tragbaren Sensoren bis hin zu smarten Schlössen, drahtlosen Monitoren, tragbaren Gateways und industriellen Datenerfassungsterminals. Obwohl diese Geräte meist wenig Strom verbrauchen, erleben viele kurze Stromspitzen, wenn ein Prozessor aufwacht, ein Sensor startet oder ein drahtloses Modul Daten überträgt.

Die Wahl der Batterie nach diesen realen Betriebsbedingungen hilft, kurze Betriebszeiten, instabile Kommunikation, unerwartete Neustarts, Aufwellungen und vorzeitigen Batteriewechsel zu verhindern.

Warum LiPo-Batterien in IoT-Produkten verwendet werden

Lithium-Polymer-Batterien, allgemein LiPo-Batterien genannt, verwenden in der Regel eine leichte Taschenstruktur. Ihr Hauptvorteil ist die Flexibilität des Designs. Sie können in dünnen, schmalen, gebogenen oder anwendungsspezifischen Maßen hergestellt werden, was sie für kompakte Elektronik geeignet macht, bei der zylindrische Zellen möglicherweise nicht passen.

Eine Standard-Einzell-LiPo-Batterie hat typischerweise eine Nennspannung von 3,7 V, während einige Hochspannungsversionen eine Nennspannung von 3,8 V oder 3,85 V haben. Die Ladespannung der Batterie muss mit der Zellspezifikation und dem Ladekreis übereinstimmen. Die Verwendung des falschen Ladegeräts kann die Batterielaufzeit verkürzen oder ein Sicherheitsrisiko darstellen.

LiPo-Akkus bieten zudem eine relativ hohe Energiedichte und ein geringes Gewicht. Diese Eigenschaften sind in tragbaren und tragbaren IoT-Geräten nützlich, wo jedes Gramm und jeder Millimeter das Endproduktdesign beeinflussen kann.

Beginnen Sie mit dem tatsächlichen Leistungsprofil des Geräts

Viele IoT-Produkte verbringen die meiste Zeit im Schlafmodus. Ihr durchschnittlicher Konsum mag sehr niedrig erscheinen, aber der durchschnittliche Strom allein erzählt nicht die ganze Geschichte.

Ein zellulärer Tracker zum Beispiel zieht während des Wartens möglicherweise nur einen kleinen Strom. Wenn er sich mit einem Netzwerk verbindet und Daten hochlädt, kann der Strom stark ansteigen. WLAN-, Bluetooth-, LoRa-, LTE-M-, NB-IoT- und GNSS-Module haben alle unterschiedliche Übertragungs- und Starteigenschaften.

Wenn die Batterie diese Spitzenlasten nicht unterstützt, kann die Spannung sinken und das Gerät neu starten oder die Verbindung verlieren. Das kann auch passieren, wenn die Batterie noch verbleibende Kapazität zeigt.

Vor der Auswahl einer Batterie sollten Ingenieure bestätigen:

• Schlaf- und Standby-Strom
• Durchschnittlicher Betriebsstrom
• Maximalimpuls und Dauerstrom
• Sendefrequenz und Dauer
• Sensor-Aufwärmanforderungen
• Prozessor- und Anzeigeverbrauch
• Erforderliche Laufzeit zwischen den Ladungen

Das Testen eines funktionierenden Prototyps liefert zuverlässigere Informationen als die bloße Schätzung des Verbrauchs anhand von Komponentendatenblättern.

Wählen Sie die Kapazität basierend auf Laufzeit und verfügbarem Speicherplatz aus

Die Batteriekapazität wird üblicherweise in Milliamperestunden angegeben. Eine größere Kapazität kann die Laufzeit verlängern, erhöht aber auch Größe, Gewicht, Kosten und Ladezeit.

Kleine tragbare Sensoren können Batterien unter 500 mAh verwenden, während tragbare Überwachungsgeräte und Kommunikationsanschlüsse mehrere tausend Milliamperestunden benötigen können. Es gibt keine universelle Kapazität, die für jedes IoT-Produkt am besten geeignet ist.

Das Design sollte außerdem Reservekapazität enthalten. Eine Batterie liefert selten unter allen Bedingungen ihre volle angegebene Kapazität. Niedrige Temperaturen, hoher Strom, Alterung, drahtlose Übertragungsspitzen und Ladelimits können die nutzbare Energie reduzieren.

Eine angemessene Reserve zu lassen, hilft dem Gerät beim Altern des Akkus weiter zu funktionieren und verhindert häufige Tiefentladung, was die Lebensdauer verkürzen kann.

Überprüfe die Batteriemaße, bevor du das Gehäuse finalisiert hast

Für kompakte IoT-Geräte ist die physische Integration oft schwieriger als die Auswahl von Spannung oder Kapazität.

Die Abmessungen der LiPo-Batterie werden in der Regel als Dicke, Breite und Länge angegeben. Ingenieure sollten außerdem den Schutzkreis, Laschen, Drähte, Steckverbinder, Klebstoff, Polstermaterialien und den Platz für natürliche Ausdehnung während der Nutzung berücksichtigen.

Das Gehäuse sollte nicht fest gegen die Beutelzelle drücken. Scharfe Kanten, Schrauben, Leiterplatten und bewegliche Teile müssen von der Batterieoberfläche ferngehalten werden. Das Kabel sollte einen kontrollierten Leitungsweg haben, damit es während der Montage und Wartung nicht wiederholt verbogen oder gezogen wird.

Eine maßgeschneiderte LiPo-Batterie kann entwickelt werden, wenn ein Standardakku den verfügbaren Platz nicht effizient nutzen kann. Das Batteriefach sollte jedoch dennoch mit angemessenem mechanischem Schutz und Fertigungstoleranzen konstruiert werden.

Schutzschaltung und Temperaturüberwachung

Der beste LiPo-Akku für IoT-Geräte sollte Schutz bieten, der für das Produkt und das Ladesystem geeignet ist.

Ein Schutzkreis kann helfen, Überladung, Überstrom und Kurzschlüsse zu verhindern. Manche Projekte benötigen auch einen NTC-Thermistor, damit das Gerät oder Ladegerät die Batterietemperatur überwachen kann.

Schutzeinstellungen sollten nicht unabhängig von der Anwendung gewählt werden. Ein Stromkreis mit zu niedrigem Stromlimit kann während der drahtlosen Übertragung abgeschaltet werden. Eine zu hohe Grenze bietet möglicherweise nicht den beabsichtigten Schutz.

Batterielieferanten sollten vor der Bestätigung der Schutzlösung den Normalstrom, den Pulsstrom, die Ladegerätspezifikation, die Steckverbinderdefinition und den Betriebstemperaturbereich des Geräts erhalten.

Wählen Sie den richtigen Stecker und die richtige Verkabelung

Ein kleiner Stecker kann eine Hauptursache für Feldausfall werden, wenn seine Stromanzahl, Polarität oder Verriegelungsfestigkeit ungeeignet sind.

Der Stecker muss exakt zur Gerätebuchse passen, einschließlich Pitch, Gehäusetyp, Klemmenausrichtung sowie positiver und negativer Polarität. Die Drahtdicke und die Kabellänge sollten den erwarteten Strom unterstützen, ohne unnötigen Spannungsverlust zu verursachen.

Bei Produkten, die Bewegung oder Vibration ausgesetzt sind, kann ein Verriegelungsstecker zuverlässiger sein als ein Reibungspass-Design. Tragbare und häufig handhabbare Geräte benötigen möglicherweise zusätzliche Belastungsentlastung an der Batterieleitungs-Steckdose.

Die Polarität sollte immer mit Zeichnungen oder physischen Proben bestätigt werden. Ähnlich aussehende Steckverbinder verwenden nicht immer dieselbe Drahtfolge.

Betrachten Sie die Gebührenmethode und das Verhalten der Nutzer

Die meisten wiederaufladbaren IoT-Geräte werden über USB-C, Micro-USB, Docking-Kontakte oder ein kabelloses Ladesystem geladen. Die interne Ladeschaltung muss für die gewählte Batteriechemie, Kapazität und maximale Ladespannung ausgelegt sein.

Ein höherer Ladestrom kann die Ladezeit verkürzen, aber die Hitze erhöhen und die Batterie stärker belasten. Für unbeaufsichtigte Sensoren oder Geräte, die über längere Zeit mit Strom verbunden bleiben, werden Laderegelung und thermische Überwachung besonders wichtig.

Designer sollten auch berücksichtigen, wie sich das Produkt beim Laden verhalten wird. Einige Geräte übertragen weiterhin Daten, versorgen Displays oder laufen während des Ladens mit Sensoren. Diese zusätzliche Last kann die Ladezeit und die Wärmeerzeugung beeinträchtigen.

Wenn LiPo vielleicht nicht die beste Wahl ist

LiPo eignet sich sehr gut für wiederaufladbare, kompakte IoT-Produkte, ist aber nicht immer die ideale Lösung.

Ein Fernsensor, der voraussichtlich viele Jahre ohne Laden betrieben wird, eignet sich möglicherweise besser für eine primäre Lithiumbatterie. Geräte, die eine extrem lange Lebensdauer, höhere thermische Stabilität oder häufigen Hochstrombetrieb benötigen, können von einem anderen Lithiumchemie- oder Zellformat profitieren.

Außen- und Industrieprodukte benötigen möglicherweise auch ein robustes Gehäuse, niedrige Temperaturleistung, wasserdichte Bauweise oder eine austauschbare Batteriearchitektur.

Die richtige Wahl sollte auf dem gesamten Betriebsszenario basieren und nicht auf der Beliebtheit eines einzelnen Batterietyps.

Individuelle LiPo-Batterieoptionen für IoT-Projekte

Eine maßgeschneiderte Batterielösung kann die erforderliche Kapazität, Abmessungen, Drahtlänge, Steckverbinder, Schutzschaltung, Thermistor, Etikett, Verpackung und Ladespezifikationen umfassen.

Für eine effiziente Entwicklung sollte der Batteriehersteller den Gerätetyp, verfügbaren Batterieplatz, Ziellaufzeit, Betriebsstrom, Impulsstrom, Ladespannung, Ladestrom, Umweltbedingungen, jährliche Nachfrage und Zertifizierungsanforderungen erhalten.

Eine frühe Zusammenarbeit zwischen Gerätedesigner und Batterieingenieur kann Gehäuseänderungen reduzieren, die Laufzeit verbessern und Kompatibilitätsprobleme während der Massenproduktion vermeiden.

Schlussfolgerung

Die beste LiPo-Batterie für IoT-Geräte ist diejenige, die zum kompletten System passt. Die Kapazität ist wichtig, aber Spannungskompatibilität, Pulsstromfähigkeit, Schutzeinstellungen, Abmessungen, Steckverbinderdesign, Laderegelung und Umweltbedingungen sind ebenso wichtig.

Durch das Testen des realen Leistungsprofils und die frühzeitige Bestätigung der mechanischen sowie elektrischen Anforderungen können IoT-Entwickler Produkte mit vorhersehbarer Laufzeit, sichererem Laden und weniger Feldausfällen erstellen.

Welche Spannungs-LiPo-Batterie wird häufig in IoT-Geräten verwendet?

Viele kompakte IoT-Geräte verwenden eine einzellige 3,7V-LiPo-Batterie. Hochspannungszellen von 3,8 V oder 3,85 V sind ebenfalls erhältlich, aber Ladegerät und Geräteschaltung müssen die korrekte maximale Ladespannung unterstützen.

Wie berechne ich die erforderliche Batteriekapazität für ein IoT-Gerät?

Missen Sie den Strom des Geräts während Schlaf, Sensoren, Verarbeitung und drahtloser Übertragung und berechnen Sie dann den Verbrauch über einen vollständigen Betriebszyklus. Fügen Sie Reservekapazität für Temperaturschwankungen, Alterung, Getriebeversuche und den Einsatz in der Praxis hinzu.

Warum startet ein IoT-Gerät während der drahtlosen Übertragung neu?

Das Kommunikationsmodul kann einen Stromimpuls ziehen, den die Batterie, die Verkabelung oder die Schutzschaltung nicht unterstützen. Dies kann zu einem vorübergehenden Spannungsabfall führen und den Prozessor zurücksetzen, selbst wenn der Akku noch nicht leer ist.

Braucht jeder IoT LiPo-Akku einen Schutzschaltkreis?

Die meisten wiederaufladbaren IoT-Produkte sollten einen geeigneten Batterieschutz verwenden. Die spezifischen Schutzfunktionen und Schwellenwerte sollten mit Zelle, Ladegerät, Strombedarf und Gerätesicherheit übereinstimmen.

Kann die Größe und der Anschluss einer IoT LiPo-Batterie individuell angepasst werden?

Ja. LiPo-Batteriemaße, Kapazität, Steckverbinder, Polarität, Kabellänge, Schutzschaltung, Thermistor und Beschriftung können an das Gerät und die Produktionsanforderungen angepasst werden.