Mögliche Batterielösungen für 1000mAh Kapazität und> 10 Jahre Lebensdauer?

Ich prüfe die Möglichkeit, einen drahtlosen Sensorknoten bis zu 10 Jahre lang mit einer einzigen Batterie zu betreiben. Ich denke, die durchschnittliche Stromaufnahme liegt wahrscheinlich bei etwa 70 uA, wobei die Spitzenstromaufnahme möglicherweise 20 mA beträgt (der Durchschnitt berücksichtigt dies). Die Systemspannung kann zwischen 2,5 und 3 V liegen.

Dies scheint in immer mehr Projekten erforderlich zu sein, da der Bereich IoT und Fernsensoren weiter wächst. Ich hatte gehofft, einige Vorschläge für ein paar verschiedene mögliche Lösungen zu bekommen, die Kosten und Leistungsfähigkeit in Einklang bringen.

Ich dachte an einen CR123A als mögliche Batterie oder sogar nur an ein paar AAA-Batterien. Eine wiederaufladbare Li-Ionen-Zelle war ebenfalls eine Überlegung, aber ich denke, dass die Selbstentladung nach dieser Zeitspanne ein Faktor sein könnte und das Aufladen / Ernten von Energie schwierig oder kostspielig sein könnte.

Lassen Sie uns zunächst sehen, wie viel Energie oder Kapazität Sie benötigen. 70 µA für 10 Jahre ergeben 6,1 Ah, und Sie sagen, dies liegt bei 3 V. Das ist viel mehr, als eine CRxxxx-Batterie leisten kann.

Ein weiteres Problem ist, dass Sie eine Batterie benötigen, die unabhängig von der Entladung 10 Jahre hält. Viele Batterien sind nicht für eine so lange Haltbarkeit spezifiziert, geschweige denn für eine lange Lebensdauer. Für diese Art von Anwendung müssen Sie Gespräche mit Außendiensttechnikern von Batterieunternehmen führen. Schauen Sie sich Tadiran an. Sie streben diese Art der Anwendung an.

Eine weitere Option ist ein Lithium, das mit einem kleinen Solarpanel wiederaufladbar ist. Mit durchschnittlich 70 µA ist eine 18650-Zelle weit mehr als genug. Es könnte leicht ein paar Wochen ohne Sonne rausfahren. Nur ein paar Stunden Sonne pro Woche würden mit einem bescheidenen Panel ausreichen.

Langlebige Batterien (sehr geringe Selbstentladung) weisen normalerweise keine sehr guten Entladungseigenschaften auf.

Zum Beispiel bietet der Tadiran SL-360, 14500 Formfaktor 2,1 Ah bei 6 mA Entladung, kann jedoch nicht über 20 mA entladen werden. Im Datenblatt sehen Sie, dass es 10 Jahre bei 20uA entladen kann.

Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, ist die Verwendung einer Energiepufferlösung: Entladen Sie die Batterie langsam und laden Sie einen großen Kondensator auf. Verwenden Sie den Kondensator, um den benötigten Spitzenstrom bei Bedarf auszubrechen, wie bei diesem Referenzdesign für Energiepufferung mit dem Ziel 15 Jahre Akkulaufzeit für Fernerkundungsanwendungen von TI .

Ich denke, wenn Sie Ihre Batterie basierend auf Ihrem Spitzenstrombedarf auswählen, benötigt Ihr Design eine sehr spezielle Batterie, die sowohl eine geringe Selbstentladung als auch einen guten Entladestrom bietet, was sie wahrscheinlich teuer und schwer zu beschaffen macht.

Durch die Energiepufferung wird der Spitzenstrombedarf der Batterie erheblich gelockert.

Wie jemand in den Kommentaren gepostet hat, sind Lithiumthionylchlorid-Primärzellen eine Lösung für dieses Problem. Solche Zellen existieren in verschiedenen Formfaktoren, von 1 / 2AA bis D, und verschiedenen Batteriepackkonfigurationen. Bestimmte Hersteller (Saft-, Tadiran-Batterien) garantieren eine Haltbarkeit von 10 Jahren. Diese Zellen liefern 3,6 V, berücksichtigen Sie, dass es äußerst schwierig ist, den verbleibenden Ladezustand dieser Zellen zu messen, und es gibt andere Phänomene im Zusammenhang mit den Batterien, die Sie bei Ihrem Entwurf berücksichtigen müssen.

Ich glaube, Ihre bestmögliche Lösung sind nicht wiederaufladbare (oder "primäre") Lithiumbatterien. Die Selbstentladung beträgt in 5 Jahren ungefähr 10% - alle wiederaufladbaren Batterien sind viel höher als diese. Dies ist die Lösung, die von Elektronikunternehmen für langlebige drahtlose Sensorknoten verwendet wird. Dieser Link enthält einige Informationen zur Batterieentladung, während dieser nicht wiederaufladbare Batterietypen beschreibt.

Schließlich enthält dieser Farnell-Link eine Auswahl nicht wiederaufladbarer Lithiumbatterien (verschiedener Typen!), Die für Ihre Anwendung geeignet sind

Vor fast 30 Jahren war ich für das Design versiegelter, nicht reparierbarer elektronischer Geräte verantwortlich, die mit einer bedingungslosen 5-Jahres-Garantie verkauft wurden. Wir haben Lithium-Thionylchlorid-Batterien (Tadiran und Saft, wie ich mich erinnere) in Größen von AA bis D verwendet und hatten keine Probleme mit der Batterielebensdauer. Wir hatten Testeinheiten, die über 8 Jahre betriebsbereit waren (zu diesem Zeitpunkt verließ ich das Unternehmen und verlor so den Kontakt). Ich gehe davon aus, dass sich das Batteriedesign im Laufe der Zeit verbessert hat, daher würde ich dies als wahrscheinliche Lösung vorschlagen.

Kaufen Sie Schwefelsäure und Lot (Pb) und machen Sie eine Bleibatterie groß genug. Kommen Sie in den Raum und laden Sie den Akku bei Bedarf mit einem anderen Akku auf - Non-Stop-Lösung (wie Sie möchten). Die Größe wird groß sein, aber Sie haben keine Einschränkungen.

Bleibatterien werden bis heute verwendet, wenn Sie eine sehr geringe Selbstentladung wünschen. Es speichert Reservestrom für Mobilfunknetze, Computer usw. Da es zuverlässig und einfach ist und die Umgebung nicht belästigt (alle Komponenten können wieder in eine neue Batterie umgewandelt werden).