Possíveis soluções de bateria para capacidade de 1000mAh e vida útil> 10 anos?

Estou estudando a possibilidade de executar um nó sensor sem fio por até 10 anos com uma única bateria. Eu acho que o consumo médio de corrente provavelmente é de cerca de 70uA, com o pico de consumo de corrente possivelmente sendo de 20mA (a média leva isso em consideração). A tensão do sistema pode estar entre 2,5 e 3V.

Parece que isso pode ser um requisito em mais e mais projetos, à medida que a área de IoT e sensores remotos continua a crescer. Esperava receber algumas sugestões para algumas soluções possíveis diferentes que equilibram custo e capacidade.

Pensei em uma CR123A como uma possível bateria, ou mesmo apenas duas pilhas AAA. Uma célula recarregável de íons de lítio também foi considerada, mas acho que talvez a autodescarga possa ser um fator após esse período de tempo e a recarga / coleta de energia possa ser difícil ou dispendiosa.

Primeiro, vamos ver quanta energia ou capacidade você precisa. 70 µA por 10 anos chega a 6,1 Ah, e você diz que é de 3 V. Isso é muito mais do que uma bateria CRxxxx pode fazer.

Outro problema é que você precisa de uma bateria que funcione por 10 anos, independentemente da descarga. Muitas baterias não são especificadas para uma vida útil tão longa, quanto mais vida útil. Para esse tipo de aplicação, você precisa ter conversas com engenheiros de campo de empresas de baterias. Dê uma olhada em Tadiran. Eles estão apontando para esse tipo de aplicação.

Outra opção é um lítio recarregável com um pequeno painel solar. Na média de 70 µA, uma célula 18650 é muito mais que suficiente. Poderia facilmente sair algumas semanas sem sol. Apenas algumas horas de sol por semana seriam suficientes com um painel modesto.

As baterias de longa duração (baixa descarga automática) geralmente não possuem características de descarga muito boas.

Por exemplo , o fator de forma Tadiran SL-360, 14500 oferece 2.1AH com descarga de 6mA, mas não pode ser descarregado acima de 20mA. Na folha de dados, você pode ver que pode descarregar 10 anos a 20uA.

Uma maneira de contornar isso é usar uma solução de buffer de energia: descarregue lentamente a bateria e carregue um capacitor grande e use-o para estourar o pico de corrente que você precisa, quando necessário, como este design de referência de buffer de energia 15 anos de bateria para aplicação de sensoriamento remoto da TI .

Acho que se você escolher sua bateria com base no seu requisito de pico de corrente, seu design precisará de uma bateria muito especializada que ofereça baixa descarga automática e boa corrente de descarga, o que provavelmente a torna cara e difícil de adquirir.

O buffer de energia relaxa significativamente os requisitos de corrente de pico da bateria.

Como alguém postou nos comentários, as células primárias de cloreto de tionil de lítio são uma solução para esse problema. Essas células existem em vários fatores de forma, de 1 / 2AA a D, e em várias configurações de bateria. Certos fabricantes (baterias Saft, Tadiran) garantem 10 anos de validade. Essas células fornecem 3,6V, levando em consideração que é extremamente difícil medir o nível restante de carga com essas células, e há outros fenômenos relacionados às baterias que você precisará considerar em seu projeto.

Acredito que sua melhor solução possível seja baterias de lítio não recarregáveis (ou "primárias"). A descarga automática é de aproximadamente 10% em 5 anos - todas as baterias recarregáveis ​​são muito mais altas que isso. Esta é a solução usada pelas empresas de eletrônicos para os nós dos sensores sem fio de longa duração. Este link contém algumas informações sobre a descarga da bateria, enquanto Este descreve os tipos de bateria não recarregável.

Por fim, esse link da Farnell possui uma seleção de baterias de lítio não recarregáveis ​​(de vários tipos!) Que devem se adequar à sua aplicação

Há quase 30 anos, eu era responsável pelo design de equipamentos eletrônicos não reparáveis ​​selados, vendidos com uma garantia incondicional de 5 anos. Usamos baterias de cloreto de tionil de lítio (Tadiran e Saft, pelo que me lembro), em tamanhos de AA a D, e não tivemos problemas com a vida útil da bateria; tínhamos unidades de teste que atingiram mais de 8 anos de uso operacional (quando saí da empresa e perdi o contato). Eu espero que o design da bateria tenha melhorado com o tempo, então eu sugeriria isso como a solução provável.

Compre ácido sulfúrico e plumbum (Pb), faça uma bateria de chumbo grande o suficiente. Entre na sala e recarregue a bateria quando necessário com outra bateria - solução ininterrupta (conforme desejado). O tamanho será grande, mas você não tem nenhuma limitação disso.

Até hoje, as baterias de chumbo são usadas quando você deseja uma descarga automática muito baixa. Ele armazena energia de reserva para redes celulares, computadores etc. Por ser confiável, simples e não incomodar o ambiente (todos os componentes são conversíveis novamente em uma nova bateria).