цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Сколько энергии на самом деле можно получить из батарейки-таблетки


Сколько энергии на самом деле можно получить из батарейки-таблетки

Автор: Mike(admin) от 19-11-2021, 03:55

Некоторые производители микроконтроллеров заявляют о том, что их устройства могут работать в течение нескольких десятилетий от одной батарейки CR2032. Некоторые производители берут токи в режиме сна своих микроконтроллеров и делят их на емкость батареи 225 мАч, чтобы получить эти цифры.


Сколько энергии на самом деле можно получить из батарейки-таблетки

Конечно, ни один поставщик аккумуляторов, не указывает срок годности более десяти лет, поэтому было бы глупо предлагать инженерам, что их системы могут работать намного дольше, чем компоненты, на которых они основаны. Десять лет – это максимальный срок службы батарейки типа «таблетка». На практике даже это недостижимо. Но как на самом деле батарейки типа «таблетка» ведут себя в этих маломощных приложениях? Американскими независимыми исследователями были проведены эксперименты с разрядкой CR2032 со сложными нагрузками в течение коротких периодов времени, и были получены миллионы точек данных.


Следующие результаты относятся к 42 батареям от Duracell, Energizer и Panasonic. И все они были отобраны из разных партий поставок. Итак, какие параметры в рамках подобного эксперимента имеют значение? В основном, емкость (сколько миллиампер-часов действительно можно получить от элемента) и внутреннее сопротивление, которое зависит от используемой емкости. Все производители говорят, что при 2 В батарейка уже считается нерабочей.


На следующем графике показано среднее напряжение для батареек от каждого производителя, а также наихудшее напряжение при их разряде со скоростью 0,5 мА. Кривая, восходящая слева направо – это потребляемая совокупная мощность. К моменту достижения 2,0 вольт изменение емкости проявляется в шуме. Было обнаружено, что в среднем он составляет 233 мАч со стандартным отклонением между всеми результатами в 5 мАч. Документация на продукцию Energizer и Duracell немного более оптимистична, а Panasonic говорит, что мы можем рассчитывать на получение 225 мАч от батарейки, что, учитывая эти данные, кажется хорошим консервативным значением для использования.


Сколько энергии на самом деле можно получить из батарейки-таблетки

Но на практике вы не получите ничего близкого к этим 225 мАч. По мере разряда элементов их внутреннее сопротивление увеличивается. На самом деле, это не совсем правильно, несмотря на утверждения многих опубликованных источников. На следующей диаграмме показаны средние внутренние сопротивления для продуктов каждого производителя плюс стандартное отклонение внутреннего сопротивления.


Сколько энергии на самом деле можно получить из батарейки-таблетки

Что все это значит для осторожного инженера? Внутреннее сопротивление растет так быстро, что большую часть емкости батареи невозможно использовать. Во-первых, средние внутреннее сопротивление бесполезно. Консервативное проектирование означает использование значений наихудшего случая, которые мы можем оценить, используя измеренное стандартное отклонение. При использовании трех сигм наши шансы оказаться «правыми» составляют 0,997. Следующий график объединяет внутреннее сопротивление плюс три сигма внутреннего сопротивления, чтобы показать, какое напряжение будет обеспечивать батарейка в зависимости от нагрузки.


Сколько энергии на самом деле можно получить из батарейки-таблетки

Если система в активном состоянии потребляет всего 10 мА, 88% емкости батареи будет доступно до того, как напряжение, подаваемое на нагрузку, упадет до 2,0. Довольно сложно создать полезную систему, которая потребляет всего 10 мА. Некоторые процессоры со сверхнизким энергопотреблением рассчитаны на 200 мкА/МГц с максимальной частотой 48 МГц – почти 10 мА только для ЦП. С более высокими нагрузками, как и с любыми видами связи, дела обстоят намного хуже. Bluetooth может потреблять 80 мА, и даже Bluetooth LE может потреблять почти 30 мА. При 30 мА можно использовать только 39% номинальной емкости батарейки. Оптимист может использовать две сигмы и страдать от того, что 5% его системы не работают должным образом, но это только увеличивает полезную емкость до 44%. Батарея не сможет питать систему долго до того, как она действительно «разрядится», и долго до окончания расчетного срока службы системы, а также до того времени, когда производители микроконтроллеров перестанут приводить ложные заявления в своих официальных документах.




Теги: батарейки




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий