Batterie per i dispositivi IoT: quali scegliere?

In questo articolo Luca Negri – Sales Manager di Sparq prende in esame alcuni dei fattori da tenere in considerazione nel momento in cui occorre scegliere le batterie più adatta per le applicazioni IoT.

L’IoT, infatti, è in rapida crescita e le previsioni sul numero di dispositivi connessi indicano la ragguardevole cifra di circa 29 miliardi entro il 2030. Questo trend sta mettendo sotto pressione gli sviluppatori di prodotto come anche i fornitori, entrambi coinvolti con vari componenti dedicati alle numerose applicazioni IoT. Senza dubbio, l’alta qualità dei componenti impiegati è importante quanto l’approccio sostenibile.  Inoltre, anche i costi rappresentano un aspetto estremamente delicato.
Dunque, buona lettura.

Quando si parla di dispositivi IoT non meno importante è l’alimentazione, infatti le batterie ricoprono un ruolo essenziale.

Nella scelta delle batterie vi sono molti aspetti che sono, in qualche modo, correlati fra loro in relazione alle caratteristiche specifiche. Ad ogni modo i fattori essenziali si possono suddividere in:

• Requisiti di alimentazione
• Chimica della batteria
• Dimensioni della batteria
• Requisiti ambientali di funzionamento
• Prezzo

Requisiti di alimentazione

Innanzitutto è necessario considerare quanta energia richiederà il dispositivo IoT e, a seconda di tutte le funzionalità in esso contenute, quanta autonomia avrà con una singola carica. Infatti, alcuni dispositivi richiedono molta più energia rispetto ad altri e, per praticità, sarebbe preferibile non dover caricare le batterie con frequenza costante. In questi casi è consigliata la scelta di una batteria con una potenza di uscita più elevata, sebbene (e lo vedremo in seguito) le dimensioni e il peso possano risultare più elevate.

Anche nelle batterie deve esserci “chimica”

Esistono diverse tipologie di prodotti chimici per la composizione delle batterie e ciascuno apporta differenti vantaggi. A seconda dell’applicazione IoT, la quale avrà un suo design unico e sarà destinata a un determinato utilizzo, vi sarà la tipologia di batterie più consona. Ad esempio, le batterie agli ioni di litio (Li-Ion) sono più comunemente utilizzate nei dispositivi IoT dove la densità energetica e la lunga durata del ciclo sono requisiti fondamentali per l’implementazione. Tuttavia, va anche considerato che il nichel-metallo idruro (NiMH) può essere più adatto per dispositivi che devono connettersi alle reti 5G/LPWA, oppure per dispositivi il cui funzionamento avviene all’interno di un ampio range di temperature.

Le dimensioni contano

L’internet delle cose è composto da numerosi devices, tra cui sensori intelligenti, smartwatch, serrature, ecc… Tutti questi dispositivi hanno una cosa in comune che è la loro dimensione. La costante ricerca verso la riduzione delle dimensioni è volta a conferire, ad esempio ai dispositivi wearable, comfort e praticità. Tuttavia, più le dimensioni sono ridotte più è necessario l’uso di una batteria che sia piccola, leggera e con determinate prestazioni. Anche sotto questo aspetto, l’opzione più comune è quella di utilizzare batterie a bottone al litio ricaricabili o altre tipologie di batterie a “moneta”. Tuttavia, alcuni dispositivi IoT possono prevedere l’opzione di batterie sostituibili; in questo caso possono essere utilizzate quelle agli ioni di litio, al litio polimeri o al nichel metallo idruro.

L’ambiente impatta sulle prestazioni

Qualora il dispositivo venga utilizzato a temperature estreme o in ambienti gravosi, potrebbe rendersi necessaria la scelta di una batteria progettata per resistere a queste condizioni. Ciò perché la batteria deve interagire con altri elementi in gioco e con l’ambiente circostante senza provocare interferenze che potrebbero causare malfunzionamenti o danni ai dispositivi IoT.

È chiaro che sia sufficiente un leggero cambiamento di temperatura per influire sulla capacità e sulla durata di una batteria. Pertanto, allo scopo di consentire un utilizzo adeguato ed efficace di uno specifico dispositivo, è necessario prendere in considerazione una batteria adatta a funzionare senza problemi entro valori di temperatura specifici. Ad esempio, valori di temperatura accettabili per il corretto funzionamento delle celle agli ioni di litio, sono compresi tra -20 °C e 60 °C.

Come per tutte le tipologie di batteria, ma in particolar modo per quelle Li-Ion, sia le alte che le bassissime temperature possono generare danni e malfunzionamenti e ne consegue:

• Il degrado più rapido della batteria dovuto dell’accelerazione del processo di invecchiamento.
• La perdita di potenza nelle batterie causata da un maggiore valore di resistenza interna.
• Un runaway termico con risultati disastrosi: un possibile incremento di temperatura genera condizioni che determinano un effetto a catena, ossia la velocità di reazione cresce in modo esponenziale all’aumentare della temperatura. Viene così a crearsi un rapido scostamento, purtroppo incontrollabile, delle condizioni di equilibrio della batteria. Questa escalation può arrivare ad innescare un problema serio alla batteria e non solo.

Prezzo delle batterie

Una volta scelta la tipologia di batteria, un altro fattore decisivo, è il relativo costo. Il consumatore solitamente tende a effettuare la scelta di una batteria valutando fra un prodotto più costoso e un’alternativa più economica.

Ma, quando si tratta dei dispositivi IoT, il discorso è differente poiché risulta più conveniente scegliere una tipologia che meglio si adatta a quello specifico dispositivo, a prescindere dal prezzo. Di conseguenza, il costo di una batteria appropriata è determinato dai seguenti fattori:

• La progettazione di un dispositivo IoT: più diventa complessa, più costoso può risultare lo sviluppo di un determinato tipo di batteria, la quale deve essere in grado di stoccare energia sufficiente per il perfetto funzionamento.
• Le dimensioni della produzione: a seconda dei volumi, una batteria più costosa potrebbe essere offerta a un prezzo inferiore a seconda della quantità richiesta.
• Le varie tipologie di batteria: i costi potranno essere variabili in relazione alle necessità di una chimica particolare e alle sue caratteristiche. Ancora una volta, prima di valutare i costi, va tenuto conto che una maggiore capacità della batteria e la relativa durata del ciclo di scarica, saranno sempre più vantaggiose rispetto a una batteria più economica ma con durata inferiore.

Scegliere la batteria giusta

Come abbiamo potuto comprendere, esiste un’ampia varietà di fattori che possono avere, piccola o grande che sia, un’influenza sulla selezione della giusta batteria per i dispositivi IoT. Ultimo ma non meno importante, è fondamentale affidarsi ad un fornitore di batterie che possieda tutte le competenze necessarie per essere in grado di consigliare la soluzione migliore in base alle esigenze e requisiti specifici.

Sparq, parte del Gruppo Cebon, ha numerosi uffici in tutta Europa e anche in Italia. Grazie a 35 anni di esperienza nel campo delle batterie, le sue soluzioni personalizzate consentono ai clienti una vasta scelta fra varie tipologie di batterie per qualsiasi applicazione, anche quelle destinate al mondo IoT. In Europa Sparq ha già all’attivo diversi progetti nell’ambito IoT e nelle applicazioni smart.