Możliwe rozwiązania akumulatorów o pojemności 1000 mAh i żywotności> 10 lat?

Zastanawiam się nad możliwością działania bezprzewodowego węzła czujnika przez okres do 10 lat na jednej baterii. Myślę, że średni pobór prądu prawdopodobnie wyniesie około 70uA, a szczytowy pobór prądu może wynosić 20mA (średnia bierze to pod uwagę). Napięcie systemowe może wynosić między 2,5-3 V.

Wydaje się, że może to być wymagane w coraz większej liczbie projektów, ponieważ obszar Internetu Rzeczy i zdalnych czujników stale się powiększa. Miałem nadzieję uzyskać sugestie dotyczące kilku różnych możliwych rozwiązań, które równoważą koszty i możliwości.

Myślałem o CR123A jako o możliwej baterii, a nawet o kilku bateriach AAA. Rozważano również ogniwo litowo-jonowe, ale myślę, że może samorozładowanie może być czynnikiem po tym czasie, a ładowanie / zbieranie energii może być trudne lub kosztowne.

Najpierw zobaczmy, ile energii lub pojemności potrzebujesz. 70 µA przez 10 lat wynosi 6,1 Ah, a mówisz, że ma 3 V. To znacznie więcej, niż może zrobić bateria CRxxxx.

Innym problemem jest to, że potrzebujesz akumulatora, który będzie działał przez 10 lat niezależnie od rozładowania. Wiele akumulatorów nie ma tak długiego okresu trwałości, nie mówiąc już o żywotności. W przypadku tego rodzaju aplikacji konieczne są rozmowy z inżynierami terenowymi z firm produkujących akumulatory. Spójrz na Tadiran. Dążą do tego rodzaju aplikacji.

Inną opcją jest akumulator litowy z małym panelem słonecznym. Przy średniej 70 µA komórka 18650 to zdecydowanie więcej niż wystarcza. Może z łatwością jechać kilka tygodni bez słońca. Wystarczy kilka godzin słońca w tygodniu przy skromnym panelu.

Długotrwałe (bardzo niskie samorozładowanie) akumulatory zwykle nie mają bardzo dobrych właściwości rozładowania.

Na przykład Tadiran SL-360, współczynnik kształtu 14500 oferuje 2,1 Ah przy rozładowaniu 6 mA, ale nie może być rozładowany powyżej 20 mA. W arkuszu danych widać, że może rozładować 10 lat przy 20uA.

Jednym ze sposobów obejścia tego jest zastosowanie rozwiązania buforowania energii: powoli rozładuj akumulator i naładuj duży kondensator, a następnie użyj kondensatora do wybicia potrzebnego prądu szczytowego, gdy jest to potrzebne, podobnie jak w przypadku referencyjnego projektu buforowania energii 15 lata żywotności baterii do aplikacji teledetekcji TI .

Myślę, że jeśli wybierzesz baterię na podstawie zapotrzebowania na prąd szczytowy, twoja konstrukcja będzie wymagać bardzo wyspecjalizowanej baterii, która oferuje zarówno niskie samorozładowanie, jak i dobry prąd rozładowania, co prawdopodobnie czyni go drogim i trudnym do pozyskania.

Buforowanie energii znacznie zmniejsza zapotrzebowanie na prąd szczytowy na akumulatorze.

Jak ktoś napisał w komentarzach, pierwotne komórki chlorku litowo-tionylowego są rozwiązaniem tego problemu. Takie ogniwa występują w różnych formach, od 1 / 2AA do D oraz w różnych konfiguracjach akumulatorów. Niektórzy producenci (akumulatory Saft, Tadiran) gwarantują 10-letni okres trwałości. Ogniwa te zapewniają napięcie 3,6 V, biorąc pod uwagę, że niezwykle trudno jest zmierzyć pozostały poziom naładowania za pomocą tych ogniw, a istnieją inne zjawiska związane z akumulatorami, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu.

Wierzę swoją możliwie najlepszym rozwiązaniem jest zakaz rechargable (lub „pierwotne”) baterie litowe. Samorozładowanie na nich wynosi około 10% w ciągu 5 lat - wszystkie akumulatory są znacznie wyższe niż to. Jest to rozwiązanie stosowane przez firmy elektroniczne dla bezprzewodowych węzłów czujnikowych o długiej żywotności. Ten link zawiera pewne informacje na temat rozładowania baterii, natomiast ten opisuje typy baterii, których nie można ponownie ładować.

Wreszcie, ten link Farnell ma wybór niewymiennych akumulatorów litowych (różnych typów!), Które powinny pasować do twojej aplikacji

Prawie 30 lat temu byłem odpowiedzialny za zaprojektowanie zamkniętego, nie nadającego się do naprawy sprzętu elektronicznego, który był sprzedawany z 5-letnią bezwarunkową gwarancją. Użyliśmy baterii litowo-chlorku tionylu (Tadiran i Saft, jak pamiętam), w rozmiarach od AA do D i nie mieliśmy problemów z żywotnością baterii; mieliśmy jednostki testowe, które osiągnęły ponad 8 lat użytkowania (wtedy opuściłem firmę i straciłem kontakt). Oczekuję, że konstrukcja baterii poprawiła się z czasem, więc sugerowałbym to jako prawdopodobne rozwiązanie.

Kup kwas siarkowy i pion (Pb), zrób wystarczająco duży akumulator ołowiowy. Wejdź do pokoju i w razie potrzeby naładuj baterię inną baterią - rozwiązanie non-stop (jak chcesz). Rozmiar będzie duży, ale nie masz żadnych ograniczeń.

Akumulatory ołowiowe są używane do dnia dzisiejszego, kiedy chcesz uzyskać bardzo niskie samorozładowanie. Przechowuje rezerwę energii dla sieci komórkowych, komputerów itp. Ponieważ jest niezawodny, prosty i nie nęka środowiska (wszystkie elementy można zamienić z powrotem na nową baterię).