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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).