I faktyczny problem wzrostu zużycia energii elektrycznej w niskich -temperaturach: jest to dylemat między przejściem od stanu do stanu w przypadku materiałów ciekłokrystalicznych.
Wykładniczy wzrost lepkości LC, a także napięcia progowego.
Ruch ciekłych kryształów jest silniej zatrzymywany w niższych temperaturach; to jest wykładnicze. Typowe ciekłe kryształy typu TN mają lepkość do 8 razy wyższą niż w temperaturze 25 stopni (-40 stopni: 50 cP, 400 cP): Odwrócenie cząsteczki zajmuje znacznie więcej czasu, około 64 razy dłużej. Obwód napędowy chce, aby reakcje przebiegały w tym tempie, więc zwiększymy napięcie z trzech woltów aż do dwunastu woltów, dzięki czemu nasze zużycie energii będzie szesnastokrotnie większe niż obecnie. Korzystając z rzeczywistych danych pomiarowych z polarnego instrumentu badawczego, możemy zaobserwować, że przy –40 stopniach Celsjusza, jeśli po prostu zwiększymy napięcie sterujące, zaobserwujemy wzrost zużycia energii elektrycznej o 120 mW.
Efekt polaryzacyjny wynikający ze zmniejszenia ruchliwości jonów.
W niskich temperaturach jony mobi zmniejszają się w ciekłych kryształach z 10⁻¹²cm² V/s przy 25 stopniach i aż do zaledwie 10⁻¹⁴cm² V/s wokół -40 stopni, co powoduje gromadzenie się reszty. Przeciwdziałanie polaryzacji za pomocą obwodów sterujących z impulsami o zmiennej polaryzacji (bipolarne). Zużycie energii wzrosło o 30%. Przetestowano z nim termostaty przemysłowe i stwierdzono rozmycie w temperaturze -20 stopni z szybkością 40%, ale po zmianie na napęd bipolarny w celu ulepszenia stwierdzono, że zużywa on o 45 mW więcej mocy, ale był to bardzo dobry postęp w kierunku bycia lepszym niż napęd jednobiegunowy.
I rozgrzej/ochłodź. Na folie polaryzacyjne wpływa ciepło/ochłodzenie. Materiały uszczelniające podlegają nagrzewaniu/chłodzeniu.
W niskiej temperaturze współczynnik skurczu polaryzatora wynosi 0,3%/stopień, co prowadzi do spadku wydajności polaryzacji do 80% przy -40 stopniach, podczas gdy wynosi 95% przy 25 stopniach. Kompensuj utratę światła wzrostem jasności podświetlenia: 25%, zwiększając w ten sposób pobór mocy diod LED. Konkretny pomiar pewnego projektu instrumentu-samochodowego wykazał, że po zastosowaniu polaryzatora PVA na bazie fluoru,-zużycie energii podświetlenia w temperaturze -30 stopni zmniejszyło się ze 120 mW do 90 mW, co stanowiło o 25%.
Problem adaptacji do niskiej-temperatury obwodu napędowego, od wyboru części po optymalizację kształtu.
Niczym klif, wydajność pompy ładującej spadła.
W niskich temperaturach wydajność konwersji tradycyjnych pomp ładujących znacznie spada: z 85% w temperaturze pokojowej do zaledwie 40% w temperaturze - 40 stopnia. Pompa ładująca od 3. 3V do 12V, wymagałaby wzrostu prądu wejściowego do 50 mA, po osiągnięciu -40 stopni Celsjusza całkowity pobór mocy całego systemu wzrasta o prawie 150%. W pewnym projekcie czujnika przemysłowego zmniejszono pobór mocy o 60% w temperaturze -40 stopni C dzięki zastosowaniu zewnętrznego przetwornika DC–DC, który poprawił poziom wydajności o 88%.
Przeciwny balans cyklu pracy i liczby klatek na sekundę
Aby zapobiec zamarzaniu cząsteczek ciekłych kryształów, należy zwiększyć częstotliwość odświeżania napędu z typowej wartości 32 Hz do 128 Hz, a jednocześnie obniżyć jego cykl pracy do 1/2, aby jego całkowity pobór mocy mógł pozostać pod kontrolą. Testy terminala do monitorowania łańcucha chłodniczego wykazały, że przy częstotliwości odświeżania 128 Hz + 1/2 cyklu pracy można uzyskać szczytowe zużycie energii aż do 380 mw, jednak pozwala nam to obniżyć opóźnienie wyświetlania z 500 ms do zaledwie 80 ms i spełnić- wymagania dotyczące alertów w czasie rzeczywistym.
Koszt energii w technologii overdrive
Napięcie impulsowe=1.5 * napięcie stanu ustalonego przyłożone podczas przejścia między kodami w dowolnym segmencie i utrzymuje się przez cały czas przełączania (3 - 5 ms), przyspieszy to proces odwracania cząsteczki, ale także spowoduje wzrost wykorzystywanej mocy szczytowej. Według rzeczywistych pomiarów niektórych mierników mocy, po zastosowaniu technologii over-drive, przy -40 stopniach Celsjusza przełączający kod jednosegmentowy wzrósł z 80 mW do 120 mW, jednak całkowity okres aktualizacji wyświetlacza skrócił się z 1,2 sekundy do 150 milisekund.
Rozwiązanie na poziomie systemowym do optymalizacji zasilania: od innowacji materiałowych do algorytmów
Nowy postęp w zastosowaniach przeciwzamrożeniowych materiałów ciekłokrystalicznych
Dla perfluorowanych związków ciekłokrystalicznych Tg (takich jak fluorowany cykloheksylobifenyl) wynosi poniżej -60 stopni, a ich lepkość w -40 stopniach wynosi zaledwie 250 cP (jedna czwarta konwencjonalnych ciekłych kryształów). A kiedy użyliśmy tego, napięcie sterujące innego sprzętu do nauki polarnej, którego używają, znacznie spadło, od zapotrzebowania na 12 woltów, aby móc działać, do pracy przy napięciu 8 woltów, co powoduje, że zużycie energii jest o połowę lub 56 procent mniejsze niż wcześniej. Dodać 5–10% ciekłych kryształów siloksanu z bocznym łańcuchem, aby obniżyć lepkość o kolejne 15–20% i skrócić czas odwracania molekularnego powyżej 60 ms.
Konstrukcja elektrod oparta na strukturach mikro/nano
Dzięki fotolitograficznemu tworzeniu bardzo małych-struktur przypominających guzki na wierzchu przezroczystej warstwy przewodzącej znanej jako ITO, lokalne natężenie pola elektrycznego (E=U/d) zostaje wzmocnione, zmniejszając potrzebne napięcie o około 30 procent. W niektórych testach HMI dla projektu przeprowadzonych w przemyśle, przy użyciu mikro i nano elektrod, widać, że przy -40 stopniach pobór mocy podczas jazdy spadł z 450 mW do 320 mW, co stanowi spadek o 29%
TECHNOLOGIA OGRZEWANIA IMPULSOWEGO NA POZIOMIE MILISEKUND
Grafenowa folia grzewcza zajmuje 1/4 powierzchni ekranu. Przymocuj go z tyłu panelu LCD, aby ogrzać pobliskie miejsce impulsami 10 ms przy współczynniku wypełnienia 10%, co przeniesie nas od -40 stopni aż do -20 stopni. Rzeczywiste liczby dotyczące rzeczywistego projektu inteligentnych liczników wskazują, że nawet niewielkie ogrzewanie zużywa mniej niż 45 mW; a mimo to obniża napięcie sterujące, przechodząc z 12 V do 8 V, co powoduje spadek całkowitego zużycia energii o 60%!
Algorytm odświeżania sterowany zdarzeniami
Zaprojektuj mechanizm odświeżania na-żądanie dla wyświetlanego znaku „statyczny + nagła aktualizacja” w urządzeniu IoT: odświeżanie co 10 sekund, gdy urządzenie jest statyczne, nagła aktualizacja zmieni się w szybkie odświeżanie 128 Hz. Algorytm testowy terminala logistycznego łańcucha chłodniczego zmniejsza średni pobór mocy ze 150 mW do 80 mW i wydłuża żywotność baterii o 90%.
Przypadek zastosowań przemysłowych: polarne badania naukowe i przemysłowy łańcuch chłodniczy.
Czujnik do badań naukowych polarnych
Pewna stacja naukowo-badawcza na Antarktydzie przyjęła pewien rodzaj urządzenia do pomiaru temperatury, które wykorzystuje ciekłokrystaliczny związek będący rodzajem kwasu perfluorokarboksylowego wraz z tym szczególnym rodzajem mikronanoelektrody, aby zapewnić pełną aktualizację wyświetlacza raz na 150 milisekund w otoczeniu, w którym atmosfera zewnętrzna może spaść aż do -50 stopni Celsjusza, nie pobierając przy tym więcej niż zaledwie stu osiemdziesięciu miliwatów energii. są zasilane z dwóch baterii AA, które w normalnych warunkach wytrzymują maksymalnie około dwóch lat.
Terminale monitorujące przemysłowe łańcuchy chłodnicze
Pewna firma zajmująca się logistyką łańcucha chłodniczego zastosowała-rozwiązanie polegające na okazjonalnej odnowie i ciepłej warstwie grafenu, dzięki czemu średnie zużycie energii spadło o ponad połowę, spadając o 120 mW w atmosferze -25 stopni do 65 mW, a także wydłużyło czas wymiany naszych akumulatorów z około 2 miesięcy na okres 4-5 miesięcy.
Systemy przyrządów statków kosmicznych
Pewien rodzaj detektora głębokiej przestrzeni wykorzystuje techniki podświetlenia kropek kwantowych i dynamicznego przyciemniania poprzez regulację jasności, która zmienia się w zależności od warunków oświetlenia otoczenia (-100 stopni - 80% przy 1000 luksów, -25% przy 50 luksach), zmniejszając zużycie energii podświetlenia o 45 do 15 w, co daje ogólny współczynnik redukcji wynoszący 67%.
