Работа GSM и радио систем при отрицательных температурах на примере "Кситал GSM"

Работа GSM и радио систем при отрицательных температурах на примере "Кситал GSM".​

В этой статье мной на примере Кситал GSM рассмотрено как можно и как нельзя использовать GSM системы морозе.

Само оборудование системы Кситал GSM штатно работает до минус 35*С. Проблемы возникают только при использовании на морозе аккумуляторов и батарей, а также при появлении конденсата на оборудовании. Ну, и при использовании фальсифицированных и некачественных аккумуляторов и батарей.

Аккумуляторы резервного питания к блоку Кситал GSM.

В системах Кситал GSM, также как и во многих других аналогичных системах обычно используют свинцово-кислотные AGM аккумуляторы. Они - удобны, компактны, широко распространены и относительно недороги. Например, Delta DT 1207. Это – 12-ти-вольтовый аккумулятор емкостью 7 Ампер-часов. При комнатной температуре он обеспечивает резервное питание оборудования (включая датчики, подключенные к центральному блоку) в течение многих часов.
Однако, в документации на аккумулятор указано, что даже при слабых морозах он уже не будет заряжаться. Минимальная температура заряда -10*С, а разряда -20*С. Это значит, (сеть, подразумевается, отключена) что при температуре ниже -10*С аккумулятор разрядится, а после этого (когда напряжение в сети восстановится) зарядиться уже не сможет. А это – верный способ вывода аккумулятора из строя. Т.е., минимальная температуры работы такого аккумулятора - минус 10*С.
При этом, еще надо понимать, что при пониженных температурах все аккумуляторы имеют несколько пониженную емкость по сравнению с номинальной (чем ниже Т, тем ниже ёмкость). Этому понижению также может «способствовать» предварительный недозаряд аккумулятора от сети, т.к. при низких температурах для полного заряда ему требуется повышенное напряжение в режимах, как усиленного (циклического) заряда, так и в режиме поддержки.
Идеальной температурой эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов является Т=+10*С. Такая температура обеспечивает максимальные срок жизни аккумулятора (в буферном режиме) и минимальное снижение ёмкости от номинальной.
Насколько я знаю, все аналогичные AGM аккумуляторы имеют примерно такие же температурные характеристики, как и описанный выше. По крайней мере, мне не удалось найти ни одного AGM, или гелевого аккумулятора, который бы мог работать даже при -20*С.
Впрочем, мне попадалась pdf-документация с более низкими температурами, однако при проверке по документации с сайта производителя выяснялось, что это – банальная подтасовка.

Что делать при низких температурах (ниже -10*С).
Есть два варианта:
1. Использовать аккумуляторы, которые могут работать при низких температурах. Например, жидкостные: мотоциклетные, автомобильные...
Если рассматривать только небольшие по размеру аккумуляторы, то можно взять, например, российский ТЮМЕНЬ 6МТС-9 Лидер (9 Ач), однако, они выпускаются сухо-заряженными и их перед эксплуатацией необходимо залить электролитом, который продается в авто-магазинах. Только не забрызгайте одежду электролитом, иначе на ней от малейших капелек будут сквозные дырки…
Также можно купить японский аккумулятор - YUASA YB3L, имеющий емкость 3 Ач. Скорее всего, он тоже сухой.
Ну, и, конечно, подойдут и стартерные аккумуляторы обычного размера, автомобильные. Разве, что они не поместятся в щиток со всей системой, но их вполне можно установить на полу, под системой, соединив с ней обычным кабелем с коническими клеммами, продающимися в любых авто-магазинах. Правда, тут надо учитывать, что зарядные устройства GSM систем обычно имеют маленький зарядный ток, поэтому большие аккумуляторы надо, как минимум, полностью зарядить перед использованием, а, как максимум, правильно соединить с "правильным" автоматическим зарядным устройством. Ну, или периодически проверять степень их заряда.
К сожалению, все стартерные аккумуляторы очень недолго работают в буферном режиме. Впрочем, есть «ходы», которые могут несколько продлить их срок службы.
2. Утеплить щиток в котором установлен аккумулятор и организовать там систему термостатического подогрева. Однако, думаю, понятно, что экономически состоятельный подогрев будет только при наличии сети. Так, что этот вариант весьма сомнителен, к тому же - не дешев. А вот перегрев аккумуляторов приводит к быстрой их деградации.

Литиевые батареи для радио-датчиков на примере Varta CR17345.

Низкая температура.
В радио -термодатчиках Кситал-GSM (это – ТД433), как и во многих других беспроводных системах используются литиевые батареи потому, что они имеют намного большую емкость, чем алкалиновые и другие.
Вот характеристики Varta CR17345, которыми (или - аналогичными) могут комплектоваться датчики ТД433:

Как видно на нижнем графике напряжение при -20*С настолько сильно снижено, что система может очень скоро сообщить Вам о разряде батарейки.
Да и реальная емкость при отрицательных температурах сильно снижается.
В общем, при сильных и даже средних морозах такие литиевые батареи не годятся.
Впрочем, есть вариант: штатно вставить в ТД433 проводной термодатчик Кситала, который не сложно загерметизировать, а сам ТД433 разместить в более теплом месте. Показания тогда будут идти от проводного датчика, а не от внутреннего. Конечно, это возможно не во всех жизненных ситуациях.

Литий-тионил хлоридные батареи (Li-SOCl2) на примере Robiton ER-17335.
Такие батареи работают до -55*С.
Но, у этой технологии есть особенность: при малых токах в них происходит пассивация, которая как бы снижает её емкость. Впрочем, эта пассивация легко ликвидируется по относительно простой технологии, которая указана в документации и ниже в этой статье.
В документации на батарею Robiton ER-17335 срок до очередного процесса депассивации обозначен, как 1 год. Почти дословно: "Депассивация необходима после 1 года хранения." (В ТД433 маленький ток потребления, поэтому режим его работы эквивалентен режиму "хранение").
Т. е., если после покупки батареи один раз провести депассивацию, то целый год она будет работать в штатном режиме. Мало того: на морозе скорость пассивации сильно падает. При этом, если через год снова провести депассивацию, то батарея, скорее всего, еще сколько-то проработает.
Ну, а лично я бы просто менял батареи после сигнала о разряженности от Кситала, т.к. предельный срок их работы в ТД433 - 2 года. А с учетом снижения скорости пассивации на морозе батареи скорее всего проработают заметно больше года.
Кстати, система Кситал GSM сама сообщает, что батарея в ТД433 разряжена.
Причем, на морозе напряжение этой батареи, в отличие, от упомянутой выше Варты при малых токах снижается очень слабо. Емкость тоже падает (пока холодно), но тоже не так сильно.
Правда у Robiton ER-17335 напряжение питания - 3,6 В, вместо 3,2 В положенных для ТД433, но я не думаю, что из-за этого узел будет работать не штатно. Это, кстати, дает дополнительный запас по напряжению до момента, когда ТД433 сообщит о разряде батареи.
Депассивацию этой батареи необходимо делать резистором 100 Ом, 0,5-2 Вт в течение 15 минут. Не пассивирующий ток - около 10 мА.
Документация на Robiton ER-17335 приложена.
Также, выпускаются литий-диоксид марганцевые элементы (LiMnO2), работающие (по документам) от -30-40*С, однако, у них номинальное напряжение около 3 Вольт при комнатной температуре и всего 2,8 В при -20*С, причем это - без нагрузки. А с нагрузкой (в импульсе, она, несомненно, заметная) - еще меньше. Все это, видимо, не позволит их использовать в указанных мной системах. Впрочем, проверка никогда не помешает.

Конденсат.
Поскольку все радиодатчики потребляют крайне маленький ток и имеют малоёмкие батарейки, то наличие конденсата на его элементах питания приводит к довольно быстрому разряду батареек.
К счастью, есть простое и хорошее решение: плотно завернуть, весь радио датчик в полиэтиленовый пакет. Например, ТД433 можно поместить в тот же пакетик с застежкой, в которых он поставляется.

СИМ карты.

Обычные СИМ карты работают до температуры -25*С, однако, надо понимать, что они стоят внутри систем, где температура несколько выше наружной. Практика показывает, что она (у Кситал-GSM) выше уличной не менее, чем на 4 градуса в зависимости от количества включенных реле. При этом, надо знать, что термодатчик внутри Кситала стоит внизу платы (при вертикальном монтаже блока), а СИМ карты - сверху. Это значит, что температура СИМ карты заведомо выше, чем показывает встроенный в Кситал термодатчик.
В общем, СИМ карты, думаю, будут работать при любой реальной температуре внутри дома.
Подробней о температурных режимах СИМ карт и о специализированных СИМ картах можно прочитать здесь: Температурные диапазоны СИМ карт и др. параметры карт типа "Термо".

Чтобы не купить фальсификат.
Для этого рекомендую покупать аккумуляторы (да и любые дорогие и критичные устройства) так:
- Заходите на сайт производителя в раздел "Где купить" и там выбираете продавца.
- Также ищете на их сайте страницу с примерным названием "Остерегайтесь подделок" и руководствуетесь её рекомендациями.