¿Cómo es posible un reloj de pulsera con 10 años de batería?

Question

Resulta que Casio ofrece un puñado de relojes de pulsera con "10 años de duración de la batería" . La afirmación es que gracias a "una tecnología avanzada" la duración de la batería de esos relojes se prolonga hasta diez años.

Ahora bien, si se observan los distintos modelos, se ve que son bastante complicados y, por tanto, probablemente consumen energía, por ejemplo, Modelo AW-80-1AV tiene una pantalla de cristal líquido y manecillas y también tiene iluminación LED y una alarma sonora.

Primero pensé que tal vez la batería es la clave. El modelo AW-80-1AV funciona con CR2025. La hoja de datos de la CR2025 de Energizer especifica que esta pila tiene una tensión de salida nominal de 3 voltios y una capacidad nominal de 163 mAh, por lo que almacena 0,489 voltio-amperios-hora de energía.

A modo de comparación, el modelo básico típico de Swatch funciona unos tres años con la batería Renata de óxido de plata 390 (SR1130SW) que tiene una tensión nominal de salida de 1,55 voltios y una capacidad nominal de 60 mAh, por lo que almacena 0,093 voltio-amperios-hora de energía.

Así que el CR2025 almacena unas cinco veces más energía, pero el modelo básico de Swatch sólo tiene manecillas, sin pantalla digital, sin iluminación, sin alarma, por lo que probablemente consuma menos energía.

Está claro que debe haber algo más que una batería más grande que haga posible una vida útil de 10 años.

¿Cómo es posible que la batería dure 10 años en un reloj de pulsera que consume bastante energía?

Answer 1

10 años =~ 87650 horas.
1 uA de drenaje requerirá 87,75 mAh en 10 años.
Con la degradación de la vida útil som que es lo suficientemente cerca de
\= 10 mAh / uA / año o
\= 100 mAh / uA / 10 años

Así que tu citada batería de 163 mAh suministrará 1,63 uA de media.
Si se empuja la tecnología, el tamaño y la suerte, se puede llegar a una media de 5 uA.

Hay 86400 segundos/día. Hay 1440 minutos/día.

Encontrarás que, por ejemplo, el uso de la alarma está muy restringido en el uso permitido para conseguir 10 años. Si 1 uA del drenaje es para el uso de la alarma, entonces obtienes 24 uA.hr/día o 86400 uA.seconds o 86 mA.seconds. Eso es alrededor de 240 mW segundos a 3 V. O digamos 5 x 50 mW x 1 segundo ráfaga/día.

Un LED puede proporcionar una amplia iluminación a 1 mA. Utilizarlo 5 veces/día x 1 segundo = 5 mA.seg = 5000 uA.seg o "sólo" 5000/86400 = 0,06 uA de drenaje medio. Aumente según lo deseado y permitido.

¿Puedes hacer funcionar un circuito integrado de mantenimiento del tiempo, por ejemplo, con 1 uA?
Probablemente sí.

Así que, en general, todo cae en el área de "teóricamente posible si es realmente muy inteligente y cuidadoso".
Se puede esperar que Casio sea bastante inteligente a estas alturas.

Tenga en cuenta que si se utiliza algún tipo de captación de energía, todas las apuestas están hechas. Cosechar un uA o unos pocos suena factible.

---

EJEMPLO DEL MUNDO REAL:

Hay muchos otros.

En septiembre de 2012 el usuario Hli comentó:

Una EFM32, que es una MCU ARM Cortex M3, puede funcionar con unos 1,45µA mientras LCD (550nA para el LCD, y 900nA para el funcionamiento del RTC y mantener su RAM). Así que un chip que sólo mantiene el tiempo debería ser capaz de funcionar con mucho menos que eso

El enlace que entonces proporcionó está ahora roto, así que:

La familia EFM32 "Gecko" son microcontroladores M0+, M3, M4 ARm Cortex de Silabs

Búsqueda de Silabs EFM32

Wonder Gecko

• EFM32™ Wonder Gecko Microcontrolador ARM® Cortex®-M4 de 32 bits La familia de microcontroladores (MCU) de 32 bits EFM32™ Wonder Gecko de Silicon Labs incluye 60 dispositivos basados en el núcleo ARM® Cortex®-M4, que proporciona un conjunto completo de instrucciones DSP e incluye una FPU de hardware para un rendimiento de cálculo más rápido.

  Los MCU Wonder Gecko cuentan con hasta 256 kB de memoria flash, 32 kB de RAM y velocidades de CPU de hasta 48 MHz. Las MCUs incorporan la tecnología Gecko altamente diferenciada para minimizar el consumo de energía, incluyendo una gama flexible de modos de espera y de reposo, periféricos inteligentes que permiten a los diseñadores implementar muchas funciones sin necesidad de despertar a la CPU y una corriente de espera ultrabaja. Con el menor consumo de energía en activo y en espera, la Wonder Gecko es la MCU Cortex-M4 más respetuosa con la energía del mundo.

Otras variantes de xxx-Gecko M0+, M3, M4

Listados de Digikey de "Gecko" - legión

El coste más bajo en 100 con LCD EFM32TG822F32-QFP48T 2,03 $US/100 Digikey

Modo de menor consumo útil con RTC en funcionamiento - EM2 - deep sleep

En EM2 el oscilador de alta frecuencia está apagado, pero con el oscilador de 32,768 kHz funcionando, los periféricos de baja energía seleccionados (LCD, RTC, LETIMER, PCNT, LEUART, I 2C, LESENSE, OPAMP, WDOG y ACMP) siguen estando disponibles. Esto proporciona un alto grado de funcionamiento autónomo con un actual consumo tan bajo como 1,0 µA con el RTC activado. Reset de encendido, Brown-out y retención completa de la RAM y la CPU.

EM1 - sueño

En EM1, la CPU está durmiendo y el consumo de energía es sólo 51 µA/MHz. Todos los periféricos, incluidos DMA, PRS y el sistema de memoria, siguen estando disponibles

EM0 - en marcha

En EM0, la CPU está funcionando y consumiendo tan poco como 150 µA/MHz cuando ejecutar código desde flash. Todos los periféricos pueden estar activos.

Así, el funcionamiento en EM0 durante 1 ms/s añade 0,15 uA a la carga de espera de EM2.

En general, el funcionamiento en EM2 con una media de aproximadamente 1 uA más EM0, según sea necesario, permitiría cumplir el objetivo de 10 años / 163 mAh del ejemplo.

___________________________________

Recogida de energía:

La vibración y el movimiento pueden ser posibles fuentes de energía.

Un panel solar fotovoltaico/solar de silicio parece viable.
A grandes rasgos, la potencia disponible es de 150 vatios/m^2 a 1 sol = 100.000 lux.
Un "panel" de 10mm x 10mm a 10 lux con esos índices proporcionaría ~= 150 vatios x (0,01m x 0,01m) x 10lux/100000lux = 15 microvatios.

10 lux es una luz ambiental tenue, al nivel en que el color se convierte en monocromo. Tenue.
Si se puede mantener ese nivel de sensibilidad con niveles de luz tan bajos (como muy posiblemente se pueda hacer con otras "químicas") la alimentación con luz parece viable.

Answer 2

¿Quizás esos relojes utilizan algún tipo de sistema de recolección de energía para recargar una batería recargable?

Un reloj automático de cuarzo tiene un mecanismo de recolección de energía que, al igual que un reloj mecánico de cuerda automática, extrae pequeñas cantidades de energía de los movimientos cotidianos de la persona que lo lleva.

A reloj con energía solar utiliza una diminuta célula solar para extraer energía de la luz ambiental. (Incluso la luz interior, mucho más tenue que la luz solar, es suficiente para mantener el reloj en funcionamiento).

He oído que este tipo de relojes suelen funcionar normalmente durante un día más o menos cuando se les corta la corriente exterior (se quitan de la muñeca, se ponen en una habitación oscura, etc.). Entonces entran en un estado de bajo consumo en el que todo se apaga excepto el cronometraje interno: la pantalla LCD se queda en blanco y las manecillas se detienen. El reloj tiene una reserva de energía que puede mantener el cronometraje interno durante al menos un mes; un fabricante afirma que tiene relojes con una reserva de energía de 4 años. Entonces, cuando lo coges y lo agitas, la pila empieza a cargarse y las "manecillas giran mágicamente para coincidir con la hora actual". ( a ).

¿Busca información detallada sobre cómo es posible construir dispositivos electrónicos con un consumo de energía extremadamente bajo? Entonces puede que le guste leer las notas de Jeelabs sobre electrónica de bajo consumo ( b ). Un JeeNode ha funcionado durante más de 2 años con una sola carga de batería (cargada el 21 de agosto de 2010; todavía funciona y sigue contando el 15 de septiembre de 2012). ( c )

¿O está buscando técnicas para evitar que una batería falle prematuramente? Aunque recargar una batería muchas veces a lo largo de 10 años es "más fácil" que intentar que una célula primaria dure 10 años, eso no lo hace "fácil". He comprado nuevas pilas recargables para varios aparatos electrónicos de consumo cuando la pila recargable original se agotó en menos de 5 años, no sólo agotada, sino completamente muerta. (Lo que hace que esto sea especialmente frustrante es cuando los equipos de 5 años de antigüedad utilizan pilas con alguna forma especial que dejó de producirse hace años y ahora no están disponibles, y sospecho que todas las nuevas y brillantes pilas con forma extraña tampoco estarán disponibles en 5 años). Cómo evitar que las pilas se estropeen prematuramente sería una buena pregunta aparte, ojalá supiera la respuesta.

Answer 3

La clave aquí es que no tiene segundero de barrido. El minutero se incrementa sólo una vez cada 20 segundos y ese es el único movimiento que se produce en las agujas.