CompactDAQ 디바이스용 배터리 선택하기

CompactDAQ 사용 분야마다 전원 요구사항이 다릅니다. 배터리를 선택하기 전에 다음과 같은 몇 가지 핵심 질문에 답해 보는 것이 중요합니다.

9 VDC~30 VDC 전원의 대체 전원이 있습니까?

때로는 배터리 전원이 해당 사용 분야의 유일한 옵션입니다. 그러나 배터리가 대체 전원을 보충하거나 백업 전원의 역할을 하는 경우도 있습니다. 예를 들어, 태양광 패널은 원격지, 실외 사용 시 일반적인 전원 솔루션입니다. 그러나 패널은 일정한 에너지원을 제공할 수 없으므로 태양광이 낮거나 없을 때 배터리가 전원을 공급할 수 있습니다. 대부분의 상용 태양광 패널 솔루션에는 배터리와 충전 회로가 미리 패키지로 제공됩니다. 공장 현장과 같은 다른 사용 분야의 경우 데이터 케이블 드롭보다 DC 전원에 더 쉽게 접근할 수 있습니다. 이러한 사용 분야에서는 대용량 배터리가 필요하지 않을 수 있습니다.

충전이 옵션입니까?

선택할 수 있는 배터리의 종류는 다양합니다(표 1 참조). 그러나 배터리는 1회용과 충전식이라는 두 가지 기본 종류로만 분류됩니다. 배터리 전원을 백업 전원으로 자주 사용하지 않으려는 경우 유비쿼터스 알카라인 AA와 같은 일회용 배터리를 사용하면 초기 비용이 적게 듭니다. 그러나 배터리를 주요 전원으로 사용하려는 경우에는 충전식 배터리를 사용하는 것이 장기적으로 더 경제적입니다.

배터리 전원으로 CompactDAQ 디바이스를 얼마나 오래 실행할 수 있어야 합니까?

고려해야 할 가장 중요한 요소 중 하나는 사용 분야에서 배터리로 실행 가능한 시간입니다. 이 시간에 따라 사용해야 하는 배터리의 종류와 크기가 달라집니다. CompactDAQ 디바이스는 사용하는 모델에 따라 중소형 배터리로 몇 시간에서 하루 종일 작동할 수 있습니다. 태양광 패널과 같이 충전하거나 주기적인 수리가 불가능한 경우 며칠 또는 몇 주씩 계속 실행해야 하는 사용 분야에는 훨씬 더 큰 배터리가 필요할 수 있습니다.

배터리는 여러 가지 방법으로 에너지를 저장하며, 모든 배터리가 동일하게 제조되는 것은 아닙니다. 오늘날 가장 널리 사용되는 배터리 종류 중 일부는 알카리, 리튬, 또는 니켈 금속 수소화물(NiMH) 기반입니다. 납산과 니켈 카드뮴(NiCd)은 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 오래된 기술이지만, 무게와 수명은 휴대용 DAQ 사용 분야에 적합하지 않을 수 있습니다.

알칼리: 일회용 배터리의 가장 일반적인 유형은 알칼리 배터리입니다. 대부분의 상용 AAA, AA, C, D 및 9 V 배터리는 알칼리 계열입니다. 이 배터리는 저렴하고 저장성이 뛰어나며 높은 에너지 밀도를 가질 수 있습니다. 그러나 대부분의 알칼리 배터리는 일반적으로 1.2 V~1.5 V의 비교적 낮은 전압을 가지고 있습니다. CompactDAQ 디바이스의 9 VDC~30 VDC 입력 범위에 전원을 공급하려면 적어도 배터리가 8개 필요합니다. 물론 9 V 배터리는 예외이지만, 용량이 훨씬 낮습니다.

NiMH: 소비재에 가장 일반적으로 사용되는 충전식 배터리 종류는 NiMH(니켈 금속 수소화물)일 것입니다. 알칼리(AAA, AA, C, D 등)와 동일한 표준 크기와 전압으로 제공되는 이 배터리는 유사하거나 약간 더 낮은 용량을 제공합니다. 알칼리에 비해 NiMH의 장점은 (재사용할 수 있다는 점 이외에) 배터리 수명 동안 전압 레벨이 더 일정하다는 점입니다. 또한 다른 충전식 배터리에 비해 저렴합니다. NiMH 배터리의 잠재적인 단점은 보관 기간이 짧다는 것입니다. 실온에서 NiMH 배터리의 자기 방전율은 1일 기준 1%에서 2% 정도인데 알칼리 배터리는 연간 2% 정도입니다. 배터리를 더 낮은 온도(심지어 영하)에 보관하면 자기 방전율을 줄일 수 있습니다.

리튬 이온: 노트북 및 휴대폰과 같은 많은 휴대용 전자 제품은 리튬 이온(Li-Ion) 또는 리튬 폴리머(Li-Poly) 배터리를 사용합니다. 이러한 화학 물질은 낮은 자기 방전율(월 5%)과 높은 에너지 밀도 때문에 널리 사용됩니다. 리튬 이온 배터리는 같은 용량의 알칼리 또는 NiMH 배터리보다 훨씬 가볍습니다. 무선 DAQ 사용 분야의 경우 전압 레벨이 더 높다는 이점도 있습니다(일반적으로 셀당 3.6 VDC 또는 3.7 VDC). 대부분의 리튬 이온 배터리는 업계 표준 18650 크기(AA와 유사함) 또는 평평한 사각형 셀(휴대폰 또는 카메라에 사용되는 것과 같음)로 제공됩니다. 그러나 리튬 이온 배터리는 구멍이 나거나 손상되면 불안정해질 수 있으므로, 대부분의 리튬 이온 배터리는 전류 조정 회로가 추가된 11.1 VDC 또는 18.5 VDC와 같은 일반적인 전압 레벨로 미리 포장되어 배송됩니다. 또한 리튬 이온 배터리는 다른 화학 물질보다 더 비싸고 일반적으로 리드(배송) 시간이 더 깁니다.

표 1. CompactDAQ 사용 분야의 경우 배터리의 종류에 따라 장단점이 있습니다.

배터리의 크기와 무게는 용량, 에너지 밀도, 전압 레벨에 따라 결정됩니다. CompactDAQ 사용 분야에서 연속적으로 실행되어야 하는 시간은 배터리 용량에 정비례합니다. 배터리 용량은 밀리암페어 시간(mAh) 단위로 측정됩니다. 예를 들어, 1000 mA 배터리는 1시간 동안 1 A, 2시간 동안 500 mA, 4시간 동안 250 mA의 전류를 제공할 수 있습니다. 에너지 밀도는 단위 질량당 용량을 킬로그램당 와트시(Wh/kg)로 지정하는 관련 메트릭입니다. 용량이 동일할 경우 리튬 이온과 같이 에너지 밀도가 높은 배터리는 NiMH와 같이 에너지 밀도가 낮은 배터리보다 가볍습니다. 또한 NiMH 또는 알칼리 배터리 8개는 리튬 이온 배터리 3개와 전압이 (거의) 같기 때문에 배터리 셀 전압 역시 전체 무게와 크기에 영향을 미칩니다.

배터리 용량 요구사항

배터리 솔루션의 전체 크기는 CompactDAQ 사용 분야의 요구사항, 즉 사용하는 C 시리즈 모듈, 실행 시간, 선택한 전압 레벨에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, NI 9234와 페어링되어 4개 채널 모두에서 최대 속도로 수집하는 cDAQ-9191을 생각해 보십시오. 배터리를 지정할 때는 피크 전류 사용량과 연속(또는 정격) 전류 사용량을 알아야 합니다. 모듈과 섀시를 이렇게 조합하는 경우 피크 돌입 전류는 1.67 A입니다. 그림 1은 12 VDC 전원 공급 장치에서 20초 후 약 220 mA의 정상 전류가 나타나는 시작 시퀀스를 보여줍니다. (이는 PXI-4110 프로그래밍 가능 전원 공급 장치를 사용하고 이더넷 연결 없이 WPA2 액세스 포인트로 인증하도록 cDAQ-9191을 설정하여 얻은 결과입니다.)

그림 1. NI 9234 부팅 시퀀스와 페어링된 NI cDAQ-9191은 12 VDC 전원 공급 장치 사용 시 약 220 mA의 정상 전류 사용량을 가진 전원 프로파일을 보여줍니다.

4개 채널 모두에서 최대 51.4 kS/s 속도로 수집할 때, NI 9234는 연속적으로 평균 290 mA를 소비합니다. 이 디바이스를 배터리로 8시간 동안 실행해야 하는 경우, 최소 2320 mA 용량의 배터리가 필요합니다.

여기에서 여러 셀 종류의 대략적인 배터리 수명은 간단하게 계산할 수 있습니다. 첫째, 모든 배터리 설정이 정확히 12 VDC인 것은 아니기 때문에, 와트(W)와 와트시(Wh)를 사용하는 것이 편리합니다. 위의 결과에 12 V를 곱하면 CompactDAQ 시스템의 연속 전력 사용량을 알 수 있습니다. 그런 다음 배터리의 Wh 용량(mA X 공칭 전압)으로 나눠 CompactDAQ 시스템이 몇 시간 동안 작동할 수 있는지 확인합니다.

배터리 설정의 예

NI 9234와 페어링된 cDAQ-9191의 예에 대해 다음과 같은 배터리 설정을 고려해 보십시오.

8x AA 알칼리 팩: 용량 2000 mA 및 평균 전압 1.2 V인 AA 크기 알칼리 배터리 셀 8개가 직렬로 연결되어 있습니다.

8x AA NiMH 팩: 직렬로 연결된 용량 2500 mA 및 공칭 전압 1.2 V인 AA 크기 NiMH 배터리 셀 8개

10x 4/3 A NiMH 팩: 직렬로 연결된 용량 4000 mAh 및 공칭 전압 1.2 V인 4/3 A 크기 NiMH 배터리 셀 10개

6x 18650 리튬 이온 팩: 3/2 구성(직렬로 연결된 3개 셀로 구성된 병렬 세트 2개)의 2400 mAh 용량 및 공칭 전압 3.7 V인 18650 크기 리튬 이온 배터리 셀 6개

위의 예에서, 시스템에 포함된 하나의 특정 C 시리즈 I/O 모듈(NI 9234)과 함께 CompactDAQ 섀시(cDAQ-9191) 중 하나만 고려하여 해당 사용 분야에 적합한 배터리 설정을 결정합니다. 그러나 시스템의 전력 소비는 위에 보이는 유사한 사용 분야와 C 시리즈 모듈 8개가 탑재된 8-슬롯 CompactDAQ 컨트롤러를 사용하는 사용 분야가 크게 다를 수 있습니다. 따라서 사용 분야에 맞는 배터리를 선택할 때 특정 설정에 필요한 전력 소비를 결정하기 위해 약간의 작업을 해야 합니다. 시스템의 전력 소비를 정확히 찾아내는 가장 좋은 방법 중 하나는 전원 커넥터에서 전류와 전압을 측정하고 특정 시스템이 소비하는 전력을 계산하는 것입니다. 이렇게 하면 특정 사용 분야에 필요한 배터리 크기를 결정할 수 있습니다. 시스템의 전력 소비량은 해당 시스템을 구성하는 개별 구성요소에 따라 완전히 달라지기 때문에 이는 매우 중요합니다. 더 자세한 내용은 CompactDAQ 섀시 및 컨트롤러 스펙 매뉴얼을 참조하십시오. 이러한 매뉴얼에는 배터리를 선택할 때 고려해야 할 요소와 일시적인 경우에도 시스템이 잠재적으로 소모할 수 있는 최악의 전력 소비를 제공하는 최대 전력 소비 스펙이 포함된 전원 요구사항 섹션이 있습니다. 이 섹션은 또한 시스템에 필요한 배터리의 크기를 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.

시스템의 배터리 크기를 결정할 때 추가적인 고려사항은 섀시 또는 컨트롤러의 C 시리즈 I/O 모듈과 같은 기타 시스템 구성요소입니다. 일부 C 시리즈 I/O 모듈은 시스템 전원과는 별도로 외부 전원을 모듈의 전면에 연결해야 합니다. 모듈이 끌어올 수 있는 전력량 및 전압 입력에 대한 정보는 개별 C 시리즈 I/O 모듈 스펙을 참조하십시오.

배터리 팩의 종류와 설정을 결정한 후에는 배터리를 CompactDAQ 섀시 또는 컨트롤러에 쉽게 연결할 수 있습니다. NI 9976(부품 번호 196739-01) 2-포지션 나사 터미널 액세서리 키트 또는 NI 9981(부품 번호 783529-01) 4-포지션 나사 터미널 액세서리 키트를 사용하여 CompactDAQ 시스템에 전원을 연결합니다. 충전을 위해 리드를 다른 커넥터에 연결해야 할 수도 있습니다.

하나의 배터리 팩이 모든 원격 또는 휴대용 전원 CompactDAQ 사용 분야에 맞을 수는 없습니다. 그러나 계획에 따라 특정 CompactDAQ 사용 분야에 맞는 맞춤형 배터리 솔루션을 선택할 수 있습니다.

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