Wie ist eine Armbanduhr mit 10 Jahren Akkulaufzeit möglich?

Es stellte sich heraus, dass Casio eine Handvoll Armbanduhren mit einer "Batterielebensdauer von 10 Jahren" anbietet . Die Behauptung ist, dass dank einer "fortschrittlichen Technologie" die Batterielebensdauer dieser Uhren auf zehn Jahre verlängert wird.

Wenn Sie sich verschiedene Modelle ansehen, werden Sie feststellen, dass diese recht kompliziert sind und daher wahrscheinlich viel Energie verbrauchen. Das Modell AW-80-1AV verfügt beispielsweise sowohl über ein Flüssigkristalldisplay als auch über Zeiger, LED-Beleuchtung und einen akustischen Alarm.

Ich dachte zuerst, dass vielleicht die Batterie der Schlüssel ist. Modell AW-80-1AV läuft auf CR2025. Das Datenblatt des Energizer CR2025 gibt an, dass diese Batterie eine Nennausgangsspannung von 3 Volt und eine Nennkapazität von 163 mAh hat und somit 0,489 Voltampere-Stunden Energie speichert.

Zum Vergleich: Das typische Swatch-Basismodell hat eine Laufzeit von drei Jahren mit einer Renata-Silberoxid-390-Batterie (SR1130SW), die eine Nennausgangsspannung von 1,55 Volt und eine Nennkapazität von 60 mAh aufweist und somit 0,093 Voltampere-Stunden Energie speichert.

Der CR2025 speichert also etwa das Fünffache an Energie, aber das Basismodell von Swatch verfügt nur über Zeiger - keine Digitalanzeige, keine Beleuchtung, kein Alarm, sodass wahrscheinlich weniger Energie verbraucht wird.

Es muss eindeutig etwas mehr als eine größere Batterie geben, die eine Batterielebensdauer von 10 Jahren ermöglicht.

Wie ist eine Batterielebensdauer von 10 Jahren bei einer eher energieintensiven Armbanduhr möglich?

10 Jahre = ~ 87650 Stunden.
1 UA-Abfluss benötigt in 10 Jahren 87,75 mAh.
Mit einer
gewissen Verschlechterung der Haltbarkeit, die nahe genug bei = 10 mAh / uA / Jahr oder
= 100 mAh / uA / 10 Jahre liegt

Ihre angegebene 163 mAh Batterie liefert also durchschnittlich 1,63 uA.
Pushing-Technologie, Größe und Glück können dazu führen, dass Sie 5 uA bedeuten.

Es gibt 86400 Sekunden / Tag. Es gibt 1440 Minuten / Tag.

Sie werden feststellen, dass z. B. die Verwendung von Alarmen in der zulässigen Nutzungsdauer von 10 Jahren stark eingeschränkt ist. Wenn 1 µA des Abflusses für Alarmzwecke verwendet wird, erhalten Sie 24 µA / Tag oder 86400 µA / Sekunde oder 86 mA / Sekunde. Das sind ungefähr 240 mW Sekunden bei 3 V. Oder sagen wir 5 x 50 mW x 1 Sekunde Burst / Tag.

Eine LED kann ausreichend Licht mit 1 mA liefern. Verwenden Sie es 5 Mal / Tag x 1 Sekunde = 5 mA.sec = 5000 µA.sec oder "nur" 5000/86400 = 0,06 µA mittlerer Abfluss. Erhöhen Sie wie gewünscht und erlaubt.

Kannst du eine Zeit laufen lassen, die IC auf 1 uA hält?
Wahrscheinlich ja.

Insgesamt fällt also alles in den Bereich "fiktiv möglich, wenn wirklich wirklich sehr, sehr klug und vorsichtig".
Von Casio ist zu erwarten, dass er inzwischen ziemlich schlau ist.

Beachten Sie, dass alle Wetten gültig sind, wenn irgendeine Art von Energiegewinnung verwendet wird. Ernte eines uA oder weniger klingt machbar.

REAL WORLD BEISPIEL:

Es gibt viele andere.

Im September 2012 kommentierte Benutzer Hli:

Ein EFM32, bei dem es sich um eine ARM Cortex M3-MCU handelt, kann mit ca. 1,45 µA betrieben werden, während ein LCD angesteuert wird (550 nA für das LCD und 900 nA für die RTC und die Beibehaltung des Arbeitsspeichers). Ein Chip, der nur Zeit hat, sollte also in der Lage sein, mit viel weniger als dieser Zeit zu arbeiten

Der Link, den er damals zur Verfügung stellte, ist jetzt defekt.

EFM32 "Gecko" -Familie sind M0 +, M3, M4 ARm Cortex-Mikrocontroller von Silabs

Silabs EFM32 suchen

Frage mich, Gecko

• EFM32 ™ Wonder Gecko 32-Bit ARM® Cortex®-M4-Mikrocontroller Die EFM32 ™ Wonder Gecko 32-Bit-Mikrocontroller-Familie (MCU) von Silicon Labs umfasst 60 Geräte, die auf dem ARM® Cortex®-M4-Kern basieren und einen vollständigen DSP-Befehlssatz bereitstellen und enthält eine Hardware-FPU für eine schnellere Rechenleistung.

  Wonder Gecko-MCUs bieten bis zu 256 kB Flash-Speicher, 32 kB RAM und CPU-Geschwindigkeiten von bis zu 48 MHz. Die MCUs verfügen über eine hoch differenzierte Gecko-Technologie, um den Energieverbrauch zu minimieren. Dazu gehören eine flexible Auswahl an Standby- und Ruhezuständen sowie intelligente Peripheriegeräte, mit denen Entwickler viele Funktionen ohne Aufwecken der CPU und extrem niedrigen Standby-Strom implementieren können. Der Wonder Gecko ist die weltweit energiesparendste Cortex-M4-MCU mit dem niedrigsten Stromverbrauch im aktiven und Standby-Modus.

Andere xxx-Gecko-Varianten M0 +, M3, M4

Digikey Inserate von "Gecko" - Legion

Niedrigste Kosten in 100er Jahren mit LCD EFM32TG822F32-QFP48T $ US2.03 / 100 Digikey

Niedrigster Stromverbrauch bei laufender RTC - EM2 - Tiefschlaf

In EM2 ist der Hochfrequenzoszillator ausgeschaltet, aber bei laufendem 32,768-kHz-Oszillator sind weiterhin ausgewählte Peripheriegeräte mit niedriger Energie (LCD, RTC, LETIMER, PCNT, LEUART, I 2C, LESENSE, OPAMP, WDOG und ACMP) verfügbar. Dies ergibt ein hohes Maß an Autonomie bei einer Stromaufnahme von nur 1,0 µA bei aktivierter RTC. Power-On-Reset, Brown-Out-Erkennung und vollständige Speicherung von RAM und CPU sind ebenfalls enthalten.

EM1 - Schlaf

In EM1 schläft die CPU und der Stromverbrauch beträgt nur 51 µA / MHz. Alle Peripheriegeräte, einschließlich DMA, PRS und Speichersystem, sind weiterhin verfügbar

EM0 - läuft

In EM0 läuft die CPU und verbraucht nur 150 µA / MHz , wenn Code von Flash ausgeführt wird. Alle Peripheriegeräte können aktiv sein.

Wenn Sie also 1 ms / s in EM0 laufen, wird die EM2-Standby-Last um 0,15 uA erhöht.

Insgesamt würde ein Betrieb in EM2 bei einem Mittelwert von etwa 1 uA plus EM0 nach Bedarf das Erreichen des Beispielziels von 10 Jahren / 163 mAh ermöglichen.

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Energiegewinnung:

Vibration und Bewegung können durchaus mögliche Energiequellen sein.

Ein Silizium-Solar-PV / Solar-Panel scheint rentabel zu sein.
Die sehr grobe verfügbare Leistung beträgt 150 Watt / m ^ 2 bei 1 Sonne = 100.000 Lux.
Eine "Platte" von 10 mm × 10 mm bei 10 Lux bei diesen Nennwerten würde ~ = 150 Watt × (0,01 m × 0,01 m) × 10 Lux / 100000 Lux = 15 MikroWatt liefern.

10 Lux sind gedämpftes Raumlicht - auf der Ebene, auf der die Farbe monochrom wird. Dim!
Wenn dieser Empfindlichkeitsgrad auf einem so niedrigen Lichtpegel gehalten werden kann (wie es mit anderen "Chemikalien" durchaus möglich ist), sieht die Lichtversorgung rentabel aus.

Vielleicht verwenden diese Uhren eine Art Energy Harvesting-System, um einen Akku aufzuladen?

Eine automatische Quarzuhr verfügt über einen Energy Harvesting-Mechanismus, der wie eine mechanische Automatikuhr kleine Energiemengen aus den alltäglichen Bewegungen des Trägers entnimmt.

Eine solarbetriebene Uhr nutzt eine winzige Solarzelle, um dem Umgebungslicht Energie zu entziehen. (Selbst Innenbeleuchtung, die viel schwächer als Sonnenlicht ist, reicht aus, um die Uhr am Laufen zu halten).

Ich höre, dass solche Uhren in der Regel einen Tag lang normal laufen, wenn sie von der Stromversorgung getrennt sind (vom Handgelenk abgenommen, in einen dunklen Raum gestellt usw.). Dann wechseln sie in den Energiesparmodus, in dem bis auf das interne Timing alles ausgeschaltet ist - die LCD-Anzeige erlischt, die Zeiger bleiben stehen. Die Uhr verfügt über eine Gangreserve, die das interne Timing mindestens einen Monat lang unterstützt. Ein Hersteller gibt an, Uhren mit einer Gangreserve von 4 Jahren zu haben. Wenn Sie es dann aufheben und schütteln, wird der Akku aufgeladen und die "Zeiger drehen sich auf magische Weise, um der aktuellen Zeit zu entsprechen". ( a ).

Suchen Sie detaillierte Informationen, wie Sie elektronische Geräte mit äußerst geringem Stromverbrauch bauen können? Dann könnte es Ihnen Spaß machen, Jeelabs 'Notizen zu Elektronik mit geringer Leistung ( b ) zu lesen . Ein JeeNode wird seit über 2 Jahren mit einer Akkuladung betrieben (am 21. August 2010 aufgeladen; läuft noch und wird am 15. September 2012 fortgesetzt). ( c )

Oder suchen Sie nach Techniken, die verhindern, dass eine Batterie vorzeitig ausfällt? Das mehrmalige Aufladen einer Batterie über einen Zeitraum von 10 Jahren ist zwar "einfacher" als der Versuch, eine Primärzelle auf eine Lebensdauer von 10 Jahren zu bringen, macht es jedoch nicht "einfach". Ich habe neue wiederaufladbare Batterien für mehrere Geräte der Unterhaltungselektronik gekauft, als die ursprüngliche wiederaufladbare Batterie in weniger als 5 Jahren leer war - nicht nur leer, sondern völlig leer. (Was dies besonders frustrierend macht, ist, wenn 5 Jahre alte Geräte Batterien verwenden, die eine spezielle Form haben, die vor Jahren die Produktion eingestellt hat und jetzt nicht mehr verfügbar ist, und ich vermute, dass alle glänzenden neuen, ungewöhnlich geformten Batterien in 5 Jahren ebenfalls nicht mehr verfügbar sein werden. ). Wie man verhindert, dass Batterien vorzeitig ausfallen, wäre eine gute separate Frage - ich wünschte, ich wüsste die Antwort.

Der Schlüssel hier ist, dass es keinen Sekundenzeiger gibt. Der Minutenzeiger erhöht sich nur einmal alle 20 Sekunden, und dies ist die einzige Bewegung, die auf die Zeiger einwirkt.