Klasické Li-ion/“Li-pol” 18650 sú fajn, pokiaľ zariadenie býva v izbovej teplote. Vonku, v reálnom CZ/SK počasí, sa však rýchlo ukáže ich limit, hlavne teraz, keď ide zima: pod nulou ich bezpečne nenabiješ, už okolo 0 °C hrozí „plating“ a trvalá degradácia, pod -10 °C začína kapacita (aj výkon) prudko padať a pri -20 °C sú už prakticky nepoužiteľné. Pre odľahlé IoT/MeshCore uzly je to problém – zima príde, panel dá krátke špičky, batéria to „nezožerie“, repeater omdlie a výjazd kvôli výmene článku je drahší než samotná batéria. Preto má zmysel pozrieť sa na dve alternatívy: Sodium-ion a LTO.
Sodium-Ion
Sodíkovo-iónové (ja sa sústredím v tomto článku na klasickú veľkosť 18650) fungujú podobne ako Li-ion, len miesto lítia pracujú so sodíkom. To prináša nižšiu materiálovú cenu a nečakane slušnú nízkoteplotnú prevádzku. V praxi držia kapacitu v mrazoch, kde sa Li-ion zosype, a zvládajú aj opatrné nabíjanie pod nulou. Pre IoT to znamená, že krátke zimné slnko vie článok reálne dobiť bez toho, aby si ho zničil. Bezpečnosť je plus – tepelná stabilita je lepšia než pri Li-ion a pri správne nastavenom max. napätí sa správajú predvídateľne. Pomer cena/benefit však zatiaľ brzdí dostupnosť: Na-ion 18650 sú ešte “mladé”, kapacita na objem je nižšia než u Li-ion a ekosystém nabíjačiek/BMS je chudobnejší. Ak ale potrebuješ 1S náhradu s podobným napäťovým oknom a zimnou odolnosťou, sodík je zaujímavý kompromis – najmä ak rozpočet na hmotnosť/objem nie je extrémne kritický a vieš doladiť nabíjacie napätie okolo cca 4.0 V namiesto 4.2 V.
Lítium-titanát
Lítium-titanát (LTO) je iná liga. Tieto články sú “zimné tanky”: štartujú hlboko pod nulou, v mraze sa dajú aj nabíjať, prúdovo znášajú špičky a hlavne – cyklami prakticky neumierajú. Pri dennom solárnom cyklovaní sa bavíme o horizonte rokov až dekády bez citelnej straty. Bezpečnostne sú to najpokojnejšie články, ktoré dáš na stožiar: bez dendritov, bez nervóznych reakcií, termálne veľmi stabilné. Daňou je energetická hustota a napätie. LTO 18650 má typicky ~2.4 V nominál a kapacitu okolo 1.3 Ah, takže Wh na článok je oproti Li-ion cca tretinové. Ak má tvoj MeshCore uzol rád 3.3-5 V, 1S LTO bez meniča neprejde – dáš buď malý boost (napr. na 5 V alebo priamo 3.3 V), alebo ideš 2S s balancovaním a adekvátnym BMS (battery management system). Keď to ale navrhneš rozumne, dostaneš „fit-and-forget“ batériu, ktorá prežije viac zím než väčšina elektroniky vnútri.
Zimná prevádzka v našich podmienkach je jasný rozhodovací filter. Li-ion pod nulou nenabíjam – bodka. Na-ion zvládne fungovať a dobíjať aj v záporných teplotách s malou stratou kapacity, LTO funguje a nabíja sa pokojne aj pri -20 až -30 °C. Ak chcem, aby uzol na hrebeni hory bežal bez babysittingu, Li-ion beriem len s aktívnym ohrevom alebo vedomým rizikom. Na-ion je použiteľný už dnes, ale LTO je istota.
Nabíjanie zo soláru do 15 W je pri týchto chémiách hlavne o správnom CC/CV nastavení a rozumnom ťahaní maxima z panelu. Zabudni na TP4056 a podobné USB lineárne moduly. Potrebuješ aspoň jednoduchý buck so stabilným CV a prúdovým limitom, ideálne MPPT. Pre Na-ion si stráž max. okolo ~4.0 V; pre LTO nastav CV ~2.8 V. Ak nemáš hotový PMIC, minimalistická zostava je: panel (dajme tomu 12 V nominál), malý step-down so CC/CV na cieľové napätie chémie, a ochranný BMS s UVLO/OVLO v správnych prahoch. Účinnosť MPPT sa v zime ráta, ale pri 15 W paneli a IoT odberoch ti aj jednoduchý buck pokryje potreby, kým je rozumný prúdový limit a zariadenie nevybíja batériu pod UVLO.
Výmena pôvodných 18650 “kus za kus” nie je len o mechanike. V packu miešaj nulové typy iba s nulovými – žiadne paralelné mixy chémií. Pre Na-ion v 1S sa často zaobídeš s menšou úpravou nabíjacieho napätia, elektronika bežne prežije 3.0-4.0 V rozsah. Pre LTO 1S rátaš s DC-DC boostom na pracovné napätie uzla, alebo navrhneš 2S s balancovaním a potom step-down. Pôvodné li-ion BMS/ochrany vymeň, alebo ak vieš, tak preprogramuj – prahy nesedia a zbytočne by si si zabil cykly alebo riskoval prebitie.
Cost/benefit bez ružových okuliarov
LTO a Na-ion dnes stoja viac na Wh a prinesú menej Wh na liter. To sú fakty. Ale ak uzol nemá padnúť v januári a nemáš čas voziť sa na kopec, benefit spoľahlivosti, zimnej nabíjateľnosti a životnosti prekoná vstupnú cenu. LTO obvykle vyhrá celkové TCO – zaplatíš raz, cykluješ roky, bez stresu. Na-ion je zaujímavý stred: lepšia zima než Li-ion, jednoduchšia integrácia do 1S, perspektíva lacnej výroby, dnes ale ešte limitovaný výber a nižšia hustota energie. Pre ľahko dostupné lokality a nekritické uzly si Li-ion obháji miesto. Pre odľahlé miesta, kde servis bolí, siahnem po LTO; ak chcem 1S drop-in s lepšou zimou a jednoduchším nabíjaním, dám šancu Na-ion.
Dostupnosť v praxi
Na-ion 18650 sa najľahšie zháňa cez čínske kanály, no postupne sa objavujú aj u EU predajcov v menších sériách; rátaj s tým, že parametre sú menej unifikované, vždy si skontroluj datasheet, hlavne max. CV napätie a povolené teploty nabíjania. LTO 18650/26650 sú bežnejšie u priemyselných dodávateľov, na SK/EU trhu sa dajú kúpiť ako jednotlivé články aj hotové packy; cena je vyššia, ale kvalita a opakovateľnosť býva dobrá. Pri návrhu do MeshCore repeatra odporúčam mať skladbu: LTO 1S3P až 1S5P s kvalitným BMS a malým boost meničom na 5 V/3.3 V, alebo Na-ion 1S2P až 1S5P s PMIC nastaveným na ~4.0 V a watchdog UVLO.
Záver
Ak sa mám vyjadriť priamo k MeshCore: robustná náhrada za “klasické” li-pol je LTO. Nabíjaš aj v mraze, cykluješ denne, neriešiš servis. Na-ion je druhá voľba, keď chceš ostať pri 1S napäťovom okne a získať zimnú odolnosť bez veľkých zásahov; rátaš však s menšou kapacitou na článok a treba skontrolovať nabíjacie napätie. LiFePO4 je stále dobrý kompromis pre miernejšiu zimu a bezpečnosť, ale pod nulou ho bez ohrevu tiež nabíjať nechcem. V našich horách cez január a február mi vychádza poradie: LTO pre „mission-critical“, Na-ion pre „better-than-Li-ion“ 1S riešenia, Li-ion iba ak je lokalita dostupná a výpadok netrápi.
73, Peter „Tekk“ OM7TEK
