Возможны ли аккумуляторные батареи емкостью 1000 мАч и сроком службы более 10 лет?

10

Я изучаю возможность работы беспроводного сенсорного узла на срок до 10 лет от одной батареи. Я думаю, что среднее потребление тока, вероятно, будет около 70 мкА, с пиковым потреблением тока, возможно, 20 мА (среднее значение учитывает это). Системное напряжение может быть между 2,5-3В.

Похоже, что это может быть требованием во все большем числе проектов, поскольку область IoT и удаленных датчиков продолжает расти. Я надеялся получить несколько предложений относительно нескольких возможных решений, которые бы уравновешивали стоимость и возможности.

Я думал о CR123A как о возможной батарее или даже просто о паре батарей AAA. Литий-ионная перезаряжаемая батарея также рассматривалась, но я думаю, что, возможно, саморазряд может стать фактором по прошествии этого времени, а перезарядка / сбор энергии может быть трудной или дорогостоящей.

датчиков
источник
10
Вы можете посмотреть батарейки, используемые в детекторах дыма, рассчитанных на 10 лет использования. Как батарея U9VL-XC.
JRE
15
Самое первое, что вы хотите найти, - это аккумулятор, который гарантированно рассчитан производителем на 10 лет. Бесполезно создавать какие-либо схемы практически без тока, если батарея не будет работать так долго. Химия батареи, скорее всего, будет представлять собой первичный элемент на основе лития (не перезаряжаемый). Если вы не можете использовать небольшую солнечную панель, чтобы обеспечить дополнительную плату. Но в любом случае, немногие производители гарантируют 10 лет жизни батареи.
Bimpelrekkie
11
Для среднего тока 70 мкА в течение десяти лет требуется батарея емкостью более 6132 мАч. Для пикового тока в 20 мА в течение одной секунды каждый час из десяти лет потребуется еще 487 мАч. В течение 10 лет произойдет некоторый саморазряд, батареи 10 Ач может быть недостаточно.
Уве
3
Первичный литий!
Винни
2
Вы ограничены по размеру / пространству? Если бы не вы, вероятно, вы могли бы использовать массив батарей с высоким сроком хранения и какой-то системой переключения.
R .. GitHub ОСТАНОВИТЬ ЛЬДА

Ответы:

29

Сначала посмотрим, сколько энергии или мощности вам нужно. 70 мкА в течение 10 лет составляет 6,1 Ач, и вы говорите, что это при 3 В. Это намного больше, чем может сделать батарея CRxxxx.

Другая проблема заключается в том, что вам нужна батарея, которая будет работать 10 лет независимо от разряда. Многие батареи не предназначены для такого длительного срока годности, не говоря уже о сроке службы. Для такого применения вам необходимо поговорить с инженерами-полевиками из компаний, производящих аккумуляторы. Посмотрите на Тадиран. Они стремятся к этому виду применения.

Другой вариант - литиевая аккумуляторная батарея с маленькой солнечной батареей. При среднем значении 70 мкА ячейка 18650 более чем достаточна. Это могло легко продержаться несколько недель без солнца вообще. Всего несколько часов солнца в неделю было бы достаточно при скромной панели.

Олин Латроп
источник
4
Солнечная панель + супер крышка / небольшая батарея, безусловно, путь. +1
Владимир Краверо
Да, выбрал довольно произвольное число и не делал там математику! Спасибо за новости о Тадиране, и я буду больше изучать солнечные батареи. Я знаю, что это возможно, но некоторые датчики могут не иметь падающего солнечного света или даже внутреннего освещения.
датчики
23

Аккумуляторы с длительным сроком службы (очень низкий уровень саморазряда) обычно не имеют очень хороших разрядных характеристик.

Например, Tadiran SL-360, форм-фактор 14500 предлагает 2.1AH при разряде 6 мА, но не может разряжаться выше 20 мА. В техническом описании вы можете увидеть, что он может разрядиться 10 лет при 20 мкА.

Один из способов обойти это - использовать решение для буферизации энергии: медленно разряжать батарею и заряжать большой конденсатор, а также использовать конденсатор, чтобы обеспечить максимальный ток, который вам нужен, когда вам это нужно, например, эталонный дизайн буферизации энергии, нацеленный на 15 лет автономной работы от TI .

Я думаю, что если вы выберете свою батарею на основе ваших пиковых требований к току, вашей конструкции потребуется очень специализированная батарея, которая обеспечивает как низкий саморазряд, так и хороший ток разряда, что, вероятно, делает ее дорогой и трудной для получения.

Энергетическая буферизация значительно снижает пиковое значение тока на батарее.

user3528438
источник
2
Энергетическая буферизация требует большого конденсатора с низким током утечки и небольшим внутренним сопротивлением. Срок службы некоторых электролитических конденсаторов может составлять менее 10 лет.
Уве
9

Как кто-то написал в комментариях, литий-тионилхлоридные первичные элементы являются решением этой проблемы. Такие элементы существуют в различных форм-факторах, от 1 / 2AA до D, и в различных конфигурациях аккумуляторных батарей. Некоторые производители (батареи Saft, Tadiran) гарантируют 10-летний срок годности. Эти элементы обеспечивают 3,6 В, принимая во внимание, что с этими элементами чрезвычайно сложно измерить оставшийся уровень заряда, и есть другие явления, связанные с батареями, которые вы должны учитывать при разработке.

Лиор Билия
источник
3

Я считаю, что ваше лучшее возможное решение - это не перезаряжаемые (или «первичные») литиевые батареи. Саморазряд на них составляет примерно 10% за 5 лет - все аккумуляторы намного выше, чем это. Это решение используется компаниями электроники для долгого срока службы беспроводных сенсорных узлов. Эта ссылка содержит некоторую информацию о разряде батареи, в то время как эта описывает типы аккумуляторов, не подлежащих перезарядке

Наконец, эта ссылка на Farnell содержит подборку неперезаряжаемых литиевых батарей (различных типов!), Которые должны соответствовать вашему применению.

Mauvai
источник
1
Я согласен с тем, что литиевые первичные элементы, например, CR2 3,00 В, предлагают наилучшую доступную долговременную жизнь с низкой стоимостью и высокой плотностью энергии с отличным регулированием напряжения элемента. Тионилхлорид лития - хороший выбор для ELT, которые должны длиться 10 лет до тех пор, пока сбой короткого замыкания равен нулю со встроенными тепловыми предохранителями и жесткими контейнерами, в противном случае они становятся значительными взрывными устройствами при коротком замыкании. Ссылка biz.maxell.com/en/primary_batteries/pdf/ER_15e.pdf
Тони Стюарт Суннискигюй EE75
0

Почти 30 лет назад я отвечал за разработку запечатанного не подлежащего ремонту электронного оборудования, которое было продано с 5-летней безусловной гарантией. Мы использовали литий-тионилхлоридные батареи (как я помню, Tadiran и Saft) в размерах от AA до D, и у нас не было проблем с временем автономной работы; у нас были испытательные установки, которые работали более 8 лет (когда я покинул компанию и потерял связь). Я ожидаю, что дизайн батареи улучшился с течением времени, поэтому я бы предложил это как вероятное решение.

henros
источник
0

Купите серную кислоту и свинец (Pb), сделайте свинцовый аккумулятор достаточно большим. Зайдите в комнату и перезарядите батарею, когда это необходимо, с помощью другой батареи - безостановочного решения (как вы хотите). Размер будет большим, но у вас нет никаких ограничений.

Свинцовые батареи используются до сих пор, когда вы хотите очень низкий уровень саморазряда. Он хранит резервный источник питания для сотовых сетей, компьютеров и т. Д. Поскольку он надежен, прост и не причиняет вреда окружающей среде (все компоненты могут быть преобразованы обратно в новую батарею).

sanaris
источник