Progettare il banco di accumulo per un monitor galleggiante significa convertire l'architettura dell'articolo precedente in numeri concreti e in un pacchetto fisico che sopravviva all'acqua salata. Il progettista deve scegliere quante celle e in quale disposizione, quanta energia immagazzinata compra il numero target di giorni nuvolosi, come il pack fornisce gli impulsi di motore e radio senza cedimenti, come il regolatore di carica solare tratta un banco NiMH diversamente da uno al litio, e come l'intero assieme sia costruito per resistere a umidità, condensa e corrosione che distruggono i pack meno robusti in acqua. Questo secondo articolo elabora tali decisioni per il nichel-metallo idruro: tradurre un obiettivo di autonomia di sette giorni e un rail tipo dodici volt in un pack serie-parallelo, dimensionare il serbatoio di impulsi locale, impostare un regime di carica adeguato all'ambiente marino, selezionare celle a bassa autoscarica, progettare una costruzione anticorrosione e antivibrazione, e aggiungere la ridondanza e il monitoraggio che consentono a una boa di continuare a trasmettere dati idrologici affidabili anche quando una stringa o una cella inizia a invecchiare.
Il dimensionamento parte dal requisito di autonomia piuttosto che dal rail. Si prenda il carico mediato per ciclo in watt, si moltiplichi per ventiquattro ore e per il numero target di giorni nuvolosi – sette in molte boe commerciali, di più negli impieghi ad alta latitudine o monsonici – per ottenere i wattora che il banco deve erogare con ricarica trascurabile, quindi si divida per la profondità di scarica utilizzabile, il wattora per cella e un declassamento per temperatura e invecchiamento calendario. Il risultato è la capacità parallela minima; il numero in serie è fissato separatamente dal rail di sistema.
Un bus nominale di dodici volt si costruisce naturalmente con dieci celle NiMH in serie (10 per 1,2 V), con stringhe parallele aggiunte per capacità; i rail del logger a tensione più bassa usano meno celle con un convertitore. Poiché la tensione di fine scarica NiMH per cella è vicina a un volt, il progettista verifica che il regolatore funzioni ancora al fondo del pack, non al nominale. Inserire l'energia di una o due celle parallele extra costa meno di un viaggio in barca per soccorrere una boa che va in brownout nella sua prima settimana negativa.
I pack NiMH multicella vanno assemblati con celle abbinate, perché le stringhe in serie sono forti quanto il loro membro più debole: il disallineamento di capacità e impedenza fa sì che alcune celle raggiungano per prime il vuoto e altre assorbano una sovraccarica sproporzionata durante il rabbocco solare. Procurarsi celle abbinate e selezionate e usare interconnessioni saldate coerenti mantiene uniforme il comportamento delle stringhe. Il NiMH perdona più la sovraccarica rispetto allo ioni di litio, un vero vantaggio in un sistema di carica marino semplice, ma l'abbinamento definisce comunque la vita in cicli conseguibile.
Le stringhe parallele aumentano la capacità e offrono un degrado graduale – se una stringa si indebolisce le altre sostengono il carico –, mentre il numero in serie definisce la tensione. Il progetto del pack documenta orientamento delle celle, saldatura delle linguette, isolamento tra stringhe e punti di prova accessibili, così le stringhe che invecchiano possono essere diagnosticate durante le visite di manutenzione. Questa costruzione modulare e abbinata è ciò che fa sì che un banco per boa fornisca la sua autonomia nominale anno dopo anno e non solo da nuovo.
Il carico medio dimensiona il banco di energia, ma la corrente di spunto all'avvio di un motore di tergicristallo o di una pompa e l'impulso di trasmissione di una radio cellulare possono richiedere brevemente più volte quella media. Come nella progettazione dei nodi sensore, un serbatoio locale – un supercondensatore o un banco di condensatori a bassa ESR mantenuto al rail – fornisce l'impulso istantaneo mentre le stringhe NiMH lo ricaricano tra gli eventi. Il dimensionamento usa l'energia dell'impulso e l'abbassamento di tensione massimo ammissibile, e il serbatoio è posto fisicamente vicino al carico per minimizzare l'impedenza di anello.
Questo conta più su una boa che a terra, perché un segnale cellulare debole in riva all'acqua fa trasmettere la radio più a lungo e a potenza maggiore, proprio quando un pack NiMH freddo o parzialmente scarico ha la sua impedanza più alta. Un serbatoio correttamente dimensionato impedisce i reset del logger e i caricamenti falliti senza obbligare l'intero banco a essere sovradimensionato per un impulso che dura una frazione del ciclo, risparmiando peso e volume su una piattaforma in cui entrambi sono vincolati.
Un regolatore di carica marino per un banco NiMH differisce da un sistema di gestione della batteria al litio: non richiede la stretta limitazione di tensione per cella richiesta dagli ioni di litio, ma il regolatore deve comunque limitare la corrente di carica alla capacità delle celle, terminare o ridurre la carica completa tramite -delta-V, aumento di temperatura o un timer sicuro, impedire la corrente inversa notturna e gestire i frequenti rabbocchi superficiali che sono la condizione normale in acqua. Un profilo conservatore compensato in temperatura protegge il banco dal calore di un involucro galleggiante.
Poiché la piattaforma è ricaricata ripetutamente e in modo superficiale anziché ciclatamente duramente, il regolatore è tarato per mantenere il banco nella sua fascia mediana sana e trattare la carica completa come un evento occasionale piuttosto che un obiettivo quotidiano. Il blocco della carica a bassa temperatura è impostato sul limite nominale della cella; in particolare il NiMH può accettare un po' di carica sotto lo zero dove gli ioni di litio non possono, un vantaggio negli impieghi in acqua fredda approfondito nell'articolo sulle stazioni meteorologiche. Il regolatore riporta anche stato di carica e di salute così la piattaforma a terra può segnalare un banco degradato prima che causi un vuoto di dati.
Il pacchetto meccanico è il punto in cui i pack marini vivono o falliscono. Le celle siedono dietro la barriera dello scafo IP68 in un compartimento asciutto e drenato; le interconnessioni sono saldate anziché a molla per sopravvivere al movimento continuo; le sbarre e le linguette usano placcatura anticorrosione; ogni connettore è classificato per l'ambiente e protetto dalla condensa; e l'assieme è rivestito di conformazione o inglobato ove opportuno per fermare l'infiltrazione di sale. L'inglobamento fissa anche le celle contro le vibrazioni e conduce il calore verso lo scafo.
Il posizionamento termico evita di parcheggiare il pack contro superfici scure riscaldate dal sole, poiché il calore prolungato accelera l'invecchiamento calendario del NiMH, pur consentendo al modesto calore della carica di fuoriuscire. Barriere all'umidità, essiccante nel compartimento e uno sfiato che equalizza la pressione senza far entrare acqua completano il pacchetto. La disciplina è trattare corrosione e condensa come variabili di progettazione fin dal primo layout, non come problemi sul campo da scoprire dopo il dispiegamento.
Poiché una boa è costosa da visitare, la ridondanza è progettata all'origine: le stringhe parallele degradano gradualmente, una riserva separata può mantenere logger e ultimi dati noti durante un guasto, e il regolatore registra tensione e temperatura per stringa così una cella che invecchia è prevista anziché subita. Gli intervalli di manutenzione sono poi fissati in base a dati reali di stato di salute, con la lunga vita in cicli del banco NiMH che tiene lunghi tali intervalli.
Il piano di convalida riproduce uno scenario peggiore sul banco: una sorgente programmabile simula sette giorni solari fioca, carichi elettronici riproducono impulsi di sonda, tergicristallo e radio a temperature fredde e calde, e al pack è richiesto di mantenere il rail durante ogni caricamento e di riprendersi pienamente al ritorno dell'irraggiamento. Superare quella riproduzione – insieme alla qualificazione marina formale nell'ultimo articolo – è ciò che trasforma un insieme di celle in un banco di accumulo di cui un operatore può fidarsi in acqua per anni.
Weijiang Power progetta e produce celle nichel-metallo idruro sigillate e pack industriali abbinati per apparecchiature remote, off-grid e legate alla sicurezza, e supporta i partner OEM con file di prestazioni IEC 61951-2, evidenze di sicurezza IEC 62133-2, caratterizzazione dei carichi a impulsi, prove a ampio intervallo termico e co-convalida caricatore/pack. Ci dica ciclo di lavoro, corrente di picco, intervallo termico, obiettivo di autonomia e le norme che il suo prodotto deve soddisfare, e i nostri ingegneri specificheranno una combinazione cella-e-pack che protegge autonomia, affidabilità e vita utile. Esamini la gamma sulla pagina prodotti.
