Estoy estudiando la posibilidad de ejecutar un nodo sensor inalámbrico durante hasta 10 años con una sola batería. Creo que el consumo de corriente promedio es probable que sea de alrededor de 70uA, con el consumo de corriente máximo posiblemente de 20 mA (el promedio toma esto en cuenta). El voltaje del sistema puede estar entre 2.5-3V.
Esto parece ser un requisito en más y más proyectos a medida que el área de IoT y sensores remotos continúa creciendo. Esperaba obtener algunas sugerencias para algunas posibles soluciones diferentes que equilibren el costo y la capacidad.
Pensé en un CR123A como una batería posible, o incluso en un par de baterías AAA. Una celda recargable de iones de litio también fue una consideración, pero creo que tal vez la autodescarga podría ser un factor después de ese período de tiempo y la recarga / recolección de energía podría ser difícil o costosa.
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Respuestas:
Primero, veamos cuánta energía o capacidad necesita. 70 µA durante 10 años son 6,1 Ah, y usted dice que esto es a 3 V. Eso es mucho más de lo que una batería CRxxxx puede hacer.
Otro problema es que necesita una batería que funcione durante 10 años, independientemente de la descarga. Muchas baterías no están especificadas para una vida útil tan larga, y mucho menos para la vida útil. Para este tipo de aplicación, necesita tener conversaciones con ingenieros de campo de compañías de baterías. Echa un vistazo a Tadiran. Apuntan a este tipo de aplicación.
Otra opción es un litio recargable con un pequeño panel solar. Con un promedio de 70 µA, una celda 18650 es mucho más que suficiente. Podría pasar fácilmente unas pocas semanas sin sol. Solo unas pocas horas de sol a la semana serían suficientes con un panel modesto.
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Las baterías de larga duración (muy baja autodescarga) generalmente no tienen unas características de descarga muy buenas.
Por ejemplo , el factor de forma Tadiran SL-360, 14500 ofrece 2.1AH con una descarga de 6mA pero no puede descargarse por encima de 20mA. En la hoja de datos, puede ver que puede descargar 10 años a 20uA.
Una forma de evitarlo es usar una solución de amortiguación de energía: descargue lentamente la batería y cargue un condensador grande, y use el condensador para explotar la corriente máxima que necesita, cuando la necesite, como este diseño de referencia de amortiguación de energía dirigido a 15 años de duración de la batería para la aplicación de teledetección de TI .
Creo que si elige su batería en función de su requisito de corriente máxima, su diseño necesitará una batería muy especializada que ofrezca baja autodescarga y buena corriente de descarga, lo que probablemente lo haga costoso y difícil de obtener.
El almacenamiento en búfer de energía relaja significativamente el requisito de corriente pico en la batería.
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Como alguien publicó en los comentarios, las células primarias de cloruro de tionilo de litio son una solución a este problema. Dichas celdas existen en varios factores de forma, desde 1 / 2AA hasta D, y varias configuraciones de paquetes de baterías. Ciertos fabricantes (baterías Saft, Tadiran) garantizan 10 años de vida útil. Estas celdas proporcionan 3.6V, tenga en cuenta que es extremadamente difícil medir el nivel de carga restante con estas celdas, y hay otros fenómenos relacionados con las baterías que deberá considerar en su diseño.
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Creo que su mejor solución posible son las baterías de litio no recargables (o "primarias"). La autodescarga en estos es aproximadamente del 10% en 5 años: todas las baterías recargables son mucho más altas que esto. Esta es la solución utilizada por las empresas de electrónica para nodos de sensores inalámbricos de larga duración. Este enlace tiene información sobre la descarga de la batería, mientras que Este describe los tipos de baterías no recargables.
Finalmente, este enlace de Farnell tiene una selección de baterías de litio no recargables (¡de varios tipos!) Que deben adaptarse a su aplicación
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Hace casi 30 años fui responsable del diseño de equipos electrónicos sellados no reparables que se vendieron con una garantía incondicional de 5 años. Utilizamos baterías de cloruro de tionil litio (Tadiran y Saft, según recuerdo), en tamaños de AA a D, y no tuvimos problemas con la vida útil de la batería; Tuvimos unidades de prueba que lograron más de 8 años de uso operativo (en ese momento dejé la compañía y perdí el contacto). Espero que el diseño de la batería haya mejorado con el tiempo, por lo que sugeriría que esta sea la solución más probable.
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Compre ácido sulfúrico y plomo (Pb), haga una batería de plomo lo suficientemente grande. Ingrese a la habitación y recargue la batería cuando sea necesario con otra batería: solución ininterrumpida (como desee). El tamaño será grande, pero no tienes ninguna limitación.
Las baterías de plomo se usan hasta el día de hoy cuando se desea una autodescarga muy baja. Almacena energía de reserva para redes celulares, computadoras, etc. Debido a que es confiable, simple y no hostiga el medio ambiente (todos los componentes se pueden volver a convertir en baterías nuevas).
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