电池寿命长达 10 年的手表如何成为可能?

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2022-01-11 07:13:34

事实证明,卡西欧提供了一些具有“10 年电池寿命”的手表据称,由于采用了“先进技术”,这些手表的电池寿命延长至十年。

现在,如果您查看不同的型号,您会发现它们相当复杂,因此可能会消耗能源——例如,AW-80-1AV 型号既有液晶显示器,也有指针,还有 LED 照明和声音警报。

我首先想到,也许电池是关键。AW-80-1AV 型号在 CR2025 上运行。Energizer CR2025 数据表指定该电池的标称输出电压为 3 伏,标称容量为 163 mAh,因此它可以存储 0,489 伏安时的能量。

作为比较,Swatch 的典型基本型号使用 Renata 氧化银 390 (SR1130SW) 电池运行大约三年,该电池的标称输出电压为 1,55 伏,标称容量为 60 mAh,因此可存储 0,093 伏安时的能量。

所以CR2025存储的能量大约是原来的五倍,但Swatch的基本型号只有指针——没有数字显示、没有照明、没有警报,所以它可能消耗更少的能量。

显然,必须有比更大的电池更重要的东西才能使电池寿命达到 10 年。

一块相当耗能的手表怎么可能有 10 年的电池寿命?

3个回答

10 年 =~ 87650 小时。
1 uA 的消耗将在 10 年内需要 87.75 mAh。
随着 som 保质期下降,接近于
= 10 mAh / uA / 年或
= 100 mAh / uA / 10 年

因此,您引用的 163 mAh 电池将提供 1.63 uA 的平均值。
推动技术、规模和运气可能会让您说 5 uA 的平均值。

每天有 86400 秒。每天有 1440 分钟。

您会发现,例如警报器的使用受到很大限制,允许使用 10 年。如果 1 uA 的排水量用于警报,那么您将获得 24 uA.hr/day 或 86400 uA.seconds 或 86 mA.seconds。这在 3 V 时大约是 240 mW 秒。或者说 5 x 50 mW x 1 秒突发/天。

LED 可以在 1 mA 时提供充足的照明。每天使用 5 次 x 1 秒 = 5 mA.sec = 5000 uA.sec 或“仅”5000/86400 = 0.06 uA 平均消耗。根据需要和允许增加。

你能运行一个时间保持 IC 说 1 uA 吗?
可能是。

所以总的来说,这一切都属于“如果真的非常聪明和小心的话,理论上可能”。
卡西欧现在可以预期会非常聪明。

请注意,如果正在使用任何类型的能量收集,那么所有的赌注都在。收获一个 uA 或几个听起来是可行的。


真实世界的例子:

还有很多其他的。

2012 年 9 月,用户 Hli 评论道:

EFM32 是 ARM Cortex M3 MCU,在驱动 LCD 时可以以大约 1.45µA 的电流运行(LCD 为 550nA,运行 RTC 并保持其 RAM 为 900nA)。因此,只保留时间的芯片应该能够在比这少得多的情况下运行

他随后提供的链接现在已损坏,因此:

EFM32“Gecko”系列是Silabs的 M0+、M3、M4 ARM Cortex 微控制器

Silabs EFM32 搜索

神奇壁虎

  • EFM32™ Wonder Gecko 32 位 ARM® Cortex®-M4 微控制器 Silicon Labs 的 EFM32™ Wonder Gecko 32 位微控制器 (MCU) 系列包括 60 款基于 ARM® Cortex®-M4 内核的器件,可提供完整的 DSP 指令集并包括一个硬件 FPU,以实现更快的计算性能。

    Wonder Gecko MCU 具有高达 256 kB 的闪存、32 kB 的 RAM 和高达 48 MHz 的 CPU 速度。MCU 采用了高度差异化的 Gecko 技术以最大限度地降低能耗,包括灵活的待机和睡眠模式范围、允许设计人员在不唤醒 CPU 的情况下实现许多功能的智能外设和超低待机电流。Wonder Gecko 具有最低的活动和待机功耗,是世界上最节能的 Cortex-M4 MCU。

其他 xxx-Gecko 变体M0+、M3、M4

“壁虎”的 Digikey 列表- 军团

采用 LCD EFM32TG822F32-QFP48T的 100 片最低成本 2.03美元/100 美元 Digikey

运行 RTC 的最低功耗有用模式 - EM2 - 深度睡眠

在 EM2 中,高频振荡器关闭,但在 32.768 kHz 振荡器运行时,选定的低功耗外设(LCD、RTC、LETIMER、PCNT、LEUART、I 2C、LESENSE、OPAMP、WDOG 和 ACMP)仍然可用。这提供了高度自主操作,在启用 RTC 的情况下,电流消耗低至 1.0 µA。还包括上电复位、欠压检测以及完整的 RAM 和 CPU 保留。

EM1 - 睡眠

在 EM1 中,CPU 处于休眠状态,功耗仅为51 µA/MHz。 所有外设,包括 DMA、PRS 和内存系统,仍然可用

EM0 - 正在运行

在 EM0 中,当从闪存运行代码时,CPU 正在运行并且消耗低至150 µA/MHz 。所有外围设备都可以处于活动状态。

因此,在 EM0 中运行 1 ms/s 会为 EM2 待机负载增加 0.15 uA。

总体而言,在 EM2 中以大约 1 uA 的平均值加上 EM0 (根据需要)将允许满足 10 年/163 mAh 示例目标。

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能量收集:

振动和运动很可能是可能的能源。

硅太阳能光伏/太阳能电池板似乎可行。
在 1 sun = 100,000 lux 时,可用功率非常粗略地为 150 Watts/m^2。
在这些额定值下,10 勒克斯的 10 毫米 x 10 毫米“面板”将提供 ~= 150 瓦 x (0.01mx 0.01m) x 10勒克斯/100000勒克斯 = 15 微瓦。

10 勒克斯是昏暗的室内光线 - 在颜色淡入单色的水平。暗淡!
如果可以在如此低的光照水平下保持这种灵敏度水平(因为它很可能与其他“化学物质”一样),那么光动力看起来是可行的。

也许这些手表使用某种能量收集系统为可充电电池充电?

自动石英表具有能量收集机制,就像机械自动上链手表一样,从佩戴者的日常动作中获取少量能量。

太阳能手表使用一个微型太阳能电池从环境光中获取能量。(即使室内光线比阳光暗得多,也足以让手表保持运转)。

我听说这种手表在切断外部电源(摘下手腕,放在黑暗的房间等)时通常会正常运行一天左右。然后它们进入低功耗状态,除内部计时外,所有东西都关闭——液晶显示屏变黑,指针停止。手表具有动力储存,可以保持内部计时至少一个月;一家制造商声称它的手表具有 4 年的动力储存。然后当你拿起它并摇动它时,电池开始充电,“指针会神奇地旋转以匹配当前时间”。)。

您是否正在寻找有关如何构建具有极低功耗的电子设备的详细信息?那么您可能会喜欢阅读 Jeelabs 关于低功率电子设备的说明 ( b )。一个 JeeNode 一次充电已运行 2 年以上(2010 年 8 月 21 日充电;2012 年 9 月 15 日仍在运行并继续计数)。()

或者您是否正在寻找防止电池过早失效的技术?虽然在 10 年内多次为电池充电比试图让原电池持续使用 10 年“更容易”,但这并不“容易”。当原来的可充电电池在不到 5 年的时间内没电时,我已经为几种消费电子设备购买了新的可充电电池——不仅没电了,而且完全没电了。(特别令人沮丧的是,使用 5 年的设备使用的电池是几年前停止生产的特殊形状的电池,现在已经无法使用,而且我怀疑所有闪亮的新奇形状电池在 5 年内也将无法使用。 )。如何防止电池过早失效将是一个很好的单独问题——我希望我知道答案。

这里的关键是它没有扫秒针。分针每 20 秒只增加一次,这是指针上发生的唯一动作。