严苛环境稳定运行：面向IoT应用的耐高温纽扣一次锂电池

适用于IoT应用的耐高温纽扣型一次锂电池

近年来，由于出生率下降和人口老龄化，发达国家正面临着日益严重的劳动力短缺问题。这一挑战在需要高强度现场作业的行业中尤为突出，例如工厂和生产装置、建筑、物流以及社会基础设施的维护等领域。

 

为应对上述问题，基于 IoT 的现场业务数字化转型正在不断推进。随着通信技术、云计算以及AI技术的发展，通过传感器进行持续监测，并基于数据开展预测性维护，即使在人力资源有限的情况下，也能够实现高生产效率。 

 

 工业IoT设备在耐候性方面面临的挑战

工业IoT设备属于精密仪器，不仅需要具备防水、防尘性能，还必须能够耐受高温和低温环境，以及突发性的温度变化。

 

此外，随着设备功能的不断提升，其处理负载也随之增加，电子元器件产生的发热量不断上升。在设备持续小型化的趋势下，内部热量更容易积聚，从而影响设备的运行稳定性。

 

因此，工业IoT设备在设计阶段就必须同时应对外部环境温度变化以及内部热量积累所带来的挑战。

 

工业物联网设备中需要耐候性的应用案例

户外基础设施监测用IoT设备

为应对桥梁、道路、大坝以及输水管道等社会基础设施老化问题，工程领域越来越多地引入应变传感器和振动传感器，用于检测结构劣化情况。

 

在防灾减灾领域，用于山体滑坡监测的加速度传感器和倾角传感器也备受关注。这类传感器需要具备宽广的耐温范围，以确保在严苛的室外环境下稳定运行，包括强烈日照下的高温环境以及严寒的低温环境。同时，还必须具备优异的防水性和耐湿性，以应对降雨、高湿度等自然条件。

 

图1：应用示例

桥梁应变/振动传感器、水管振动传感器及滑坡监测传感器

 

工厂设备监测用IoT设备

在发电厂、化工厂以及钢铁厂中，涡轮、炉体、锅炉和各类管道等设备通常在高温环境下运行。作为替代危险目视检查的一种更安全手段，用于测量温度、振动和流量的无线传感器正得到广泛应用。由于这些传感器通常直接安装在被监测设备上，因此必须能够在高温环境下长期、可靠地运行。

 

图2：管道及发电用涡轮上安装的IoT传感器应用示例

 

冷链物流用IoT设备

在药品、食品等温控要求严格的冷链物流中，GPS追踪器在位置管理方面发挥着重要作用，而温度传感器则用于监测货物状态。这些传感器需要具备高度可靠性，能够在低温环境下长时间稳定运行，并能够反复承受从冷冻环境转移到常温室外空气等情况下产生的大幅温差变化。

 

图3：冷链物流中 IoT 传感器的应用示例

 

IoT以外的其他应用领域

纽扣型电池还被广泛应用于服务器的印刷电路板（PCB），以及汽车ADAS／AD系统中，以便在主电源关闭时保留时间数据。近年来，随着AI的快速发展，PCB上的处理负载持续增加，发热问题愈发突出。因此，安装在这些电路板上的纽扣型电池，即使在高温环境下长期使用，也必须具备高度可靠性，并能够保持稳定的性能。

 

 

图4：主板上用于时间数据备份的纽扣型电池应用示例

 

松下新能源的耐高温纽扣型电池

松下新能源提供专为IoT应用设计的丰富纽扣型电池产品阵容。除标准型号（工作温度范围：–30°C～85°C）外，还包括耐高温型号（–40°C～125°C），可在不受安装环境或季节变化影响的各种严苛条件下，实现稳定可靠的运行。

 

表1：松下能源CR系列纽扣型一次锂电池产品阵容

 

图5和图6展示了标准CR纽扣电池与松下新能源耐高温型号在高温条件下的测试结果。

 

标准型号在125 °C环境下开始存放后，仅经过数十小时便出现内阻急剧上升、电压快速下降的情况，难以继续使用。

 

相比之下，松下新能源的耐高温产品在约200小时以上的测试过程中，内阻和电压变化极小，能够保持稳定运行。

 

 

图5：标准型号与松下新能源耐高温电池

在125 °C存放试验中的内阻变化情况

 

图6：标准型号与松下新能源耐高温电池

在125 °C存放试验中的电压变化情况

 

通常情况下，CR纽扣电池在高温环境下会因电池内部产生气体而发生性能劣化。

 

而松下新能源的耐高温型号采用了抑制电池内部气体生成的特殊技术，即使在严苛环境下也能实现稳定运行。

 

图7展示了标准CR纽扣电池与松下新能源耐高温电池在–20 °C条件下的脉冲放电特性。得益于特殊的负极材料配方，即使在放电深度达到 80%时，该产品依然能够保持与常温环境下相当的稳定电压性能，明显优于标准型号。

 

图7：常温及低温条件下的脉冲放电特性

 

如上所述，松下新能源的耐高温纽扣型电池在宽广的温度范围内展现出卓越的可靠性。此外，其先进的封装技术还赋予了电池优异的耐湿性能，使其成为在严苛环境中运行的IoT设备的理想电源解决方案。 

 

全球范围内稳定的供应链

松下新能源在电池材料的采购以及电芯和电池组的生产方面，布局了多个生产与供应据点。通过高效且稳定的全球供应链体系，能够在长期内，持续、可靠地向客户提供所需产品。

 

此外，松下新能源在全球范围内设有销售据点，能够与客户开展本地化、细致入微的沟通与支持。

 

松下新能源不仅通过消费类电池业务支持人们日常便利、舒适的生活，也为社会基础设施以及包括EV在内的汽车产业等广泛领域提供电池解决方案，致力于推动实现富足生活与环境责任和谐共存的可持续社会。