Alimentación en equipos IoT
En esta nueva entrada en el blog de EdcoDisseny queríamos hablar acerca de la alimentación en equipos IoT mediante baterías.
Aunque es algo muy frecuente en equipos de consumo como juguetes, controles remotos, teléfonos móviles, en fin cualquier dispositivo electrónico que podemos encontrar por casa, también lo es para alimentar dispositivos Iot.
Existen muchos tipos de baterías y pilas, cada una con distintas características. Algunas de ellas son; Botón, Alcalinas (AA), Acído-Plomo, Níquel, Iones de litio (LiIon), Polímero de litio (LiPo) etc…
Características LiPo
- Gran vida útil (alrededor de 500 cargas completas)
- Adaptables. Distintas formas, tamaños y poco peso.
- Buena eficiencia.
- Alta tasa de descarga. Pueden proporcionar mucha corriente en corto tiempo. Lo que resultat útil si el sistema comunicación requiere bastante energía, por ejemplo Wifi.
- Apilables. Conectando varias celdas consigues diferentes tensiones.
Baterías LiPo
Las solemos asociar a teléfonos móviles y a drones pero también las podemos utilizar en equipos de Iot, para leer sensores y transmitir información. Al ser un sistema de alimentación recargable nos dará cierto margen para su uso y el consumo del equipo será menos importante que en otro tipo de aplicaciones, pero esto implicará construir un Battery Management System (BMS) en nuestro circuito electrónico para controlar la carga de las baterías. A continuación explicaremos algunos de los puntos importantes a tener en cuenta en el BMS de las LiPo.
Battery Management System
- El rango de operación de las baterías LiPo va entre 3V y 4,2V y su voltaje nominal habitualmente es de 3,7V.
- Es importante que el elemento que carga la batería no supere nunca los 4,2V a riesgo de quemar la batería si se carga a más tensión.
- También es importante controlar la carga para que no baje de 3,5V, la descarga de la batería no es lineal y es entonces cuando la tensión de la batería cae drásticamente.
- Una batería LiPo con tensión por debajo de 3V es difícilmente salvable. A continuación adjuntamos una imagen conceptual de la variación en tensión de una LiPo
El sistema de carga de la batería variará en función de la aplicación. Para instalaciones autónomas al aire libre una buena opción son los paneles solares. Otra posibilidad es con cable alimentando con una fuente externa o incluso con carga inalámbrica añadiendo al circuito el sistema de carga con una bobina.
La alimentación proporcionada por cualquiera de estos sistemas deberá ser gestionada comúnmente con algún IC que regule la tensión de entrada al máximo de 4,2V permitido por las LiPO, un ejemplo es la familia BQ2404x de Texas Instruments.
Como cualquier componente electrónico, las baterías tienen una rango de temperaturas en el que operan, con el agravante, de que estas pueden dañar al resto de componentes del circuito incluso todo el sistema si llegan a quemarse, por eso es importante y recomendable prestar atención al rango de operación de estas y controlar su temperatura.
Protección NTC
Algunas baterías incorporan sondas NTC (Negative Temperature Coefficient) para controlar la temperatura de la batería. Debajo tenemos un cuadro con el rango de temperaturas de una LiIon, que es muy parecido al de las Lipo.
Las sondas NTC son termistores que varían su resistencia interna en función de la temperatura. Con la resistencia de la NTC a 25ºK y la Beta podemos calcular el valor de la resistencia interna en función de la temperatura, en el siguiente enlace encontrareis una calculadora NTC.
Conclusión
La alimentación con baterías LiPo es muy adecuada para equipos que requieran de una alimentación autónoma y a la vez recargable. Será importante prestar especial atención al sistema de carga de la batería para alargar la vida útil de la batería proteger bien todo el equipo.