Comment une montre-bracelet avec 10 ans d'autonomie est-elle possible?

Il s'avère que Casio propose une poignée de montres-bracelets avec une "autonomie de 10 ans" . L’affirmation est que, grâce à "une technologie avancée", la durée de vie de la pile de ces montres est portée à dix ans.

Maintenant, si vous examinez différents modèles, vous constaterez qu’ils sont plutôt compliqués et donc très consommateurs d’énergie. Par exemple, le modèle AW-80-1AV possède à la fois un écran à cristaux liquides et des aiguilles, ainsi qu’un éclairage LED et une alarme sonore.

J'ai d'abord pensé que la batterie était peut-être la clé. Le modèle AW-80-1AV fonctionne sur CR2025. La fiche technique de l’Energizer CR2025 indique que cette batterie a une tension de sortie nominale de 3 volts et une capacité nominale de 163 mAh. Elle stocke donc 0 489 volts-ampères-heures d’énergie.

À titre de comparaison, le modèle de base typique de Swatch fonctionne environ trois ans avec une pile à oxyde d’argent Renata 390 (SR1130SW) d’une tension de sortie nominale de 1,55 volts et d’une capacité nominale de 60 mAh, permettant ainsi de stocker 0,093 volts-ampères-heures de l’énergie.

Ainsi, le CR2025 stocke environ cinq fois plus d’énergie, mais le modèle de base de Swatch n’a que des mains - pas d’affichage numérique, pas d’éclairage, pas d’alarme, il consomme donc probablement moins d’énergie.

Il est clair qu'il doit exister quelque chose de plus qu'une batterie plus grosse qui permette une autonomie de 10 ans.

Comment une durée de vie de pile de 10 ans est-elle possible dans une montre-bracelet consommant beaucoup d'énergie?

10 ans = ~ 87650 heures.
Un drain de 1 µA nécessitera 87,75 mAh dans 10 ans.
Avec une dégradation de la durée de vie qui est suffisamment proche de
= 10 mAh / uA / an ou
= 100 mAh / uA / 10 ans

La batterie de 163 mAh que vous avez citée fournira une moyenne de 1,63 uA.
Pousser la technologie, la taille et la chance peut vous amener à dire 5 uA signifie.

Il y a 86400 secondes / jour. Il y a 1440 minutes / jour.

Vous constaterez que, par exemple, l'utilisation de l'alarme est limitée à l'utilisation autorisée pour obtenir 10 ans. Si 1 µA du drain est destiné à une utilisation en alarme, vous obtenez alors 24 µA.hr / jour ou 86400 µA.seconds ou 86 mA.seconds. C'est à peu près 240 mW secondes à 3 V. Ou disons 5 x 50 mW x 1 seconde rafale / jour.

Une LED peut fournir un éclairage suffisant à 1 mA. Utilisez-le 5 fois / jour x 1 seconde = 5 mA.sec = 5000 uA.sec ou "seulement" 5000/86400 = 0,06 uA drain moyen. Augmenter comme souhaité et autorisé.

Pouvez-vous exécuter un temps en gardant IC sur 1 UA?
Probablement oui.

Donc dans l’ensemble, tout s’inscrit dans le domaine des "théoriquement possibles mais vraiment très intelligents et prudents".
On peut s’attendre à ce que Casio soit assez intelligent à ce stade.

Notez que si toute forme de récupération d'énergie est utilisée, tous les paris sont activés. Récolter un uA ou quelques sons faisables.

EXEMPLE DU MONDE RÉEL:

Il y en a beaucoup d'autres.

En septembre 2012, l'utilisateur Hli a commenté:

Un EFM32, qui est un MCU ARM Cortex M3, peut fonctionner à environ 1,45 µA tout en pilotant un écran LCD (550nA pour l’écran LCD et 900nA pour l’utilisation du RTC et la conservation de sa RAM). Donc, une puce ne gardant que le temps devrait être capable de fonctionner sur beaucoup moins que cela

Le lien qu'il a ensuite fourni est maintenant brisé, alors:

Les familles EFM32 "Gecko" sont des microcontrôleurs M0 +, M3, M4 ARm Cortex de Silabs

Silabs EFM32 recherche

Merveille gecko

• Microcontrôleur EFM32 ™ Wonder Gecko 32 bits ARM® Cortex®-M4 La famille de microcontrôleurs EFM32 ™ Wonder Gecko 32 bits (MCU) comprend 60 périphériques basés sur le cœur ARM® Cortex®-M4, qui fournit un jeu complet d'instructions DSP et inclut une FPU matérielle pour des performances de calcul plus rapides.

  Les MCU Wonder Gecko disposent d’une mémoire flash, d’une mémoire RAM de 32 Ko et d’une vitesse de processeur pouvant atteindre 48 MHz. Les MCU intègrent la technologie hautement différenciée Gecko afin de minimiser la consommation d’énergie, y compris une gamme flexible de modes veille et veille, ainsi que des périphériques intelligents qui permettent aux concepteurs d’implémenter de nombreuses fonctions sans réveil de l’UC et avec un courant de veille extrêmement faible. Avec la consommation d'énergie active et de veille la plus basse, le Wonder Gecko est le MCU Cortex-M4 le plus économe en énergie au monde.

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

Digikey listes de "Gecko" - légion

Coût le plus bas en 100 avec écran LCD EFM32TG822F32-QFP48T $ US2.03 / 100 Digikey

Mode utile de puissance minimale avec le fonctionnement en temps réel - EM2 - veille prolongée

Dans l'EM2, l'oscillateur haute fréquence est désactivé, mais lorsque l'oscillateur 32,768 kHz est en marche, certains périphériques à faible énergie (LCD, RTC, LETIMER, PCNT, LEUART, I2C, LESENSE, OPAMP, WDOG et ACMP) sont toujours disponibles. Cela donne un haut degré de fonctionnement autonome avec une consommation de courant aussi faible que 1,0 µA avec RTC activé. La réinitialisation à la mise sous tension, la détection de la dégradation et la rétention totale de la mémoire vive et du processeur sont également inclus.

EM1 - sommeil

Dans EM1, le processeur est en veille et la consommation électrique est seulement de 51 µA / MHz. Tous les périphériques, y compris DMA, PRS et système de mémoire, sont toujours disponibles

EM0 - en cours d'exécution

Dans EM0, le processeur fonctionne et consomme aussi peu que 150 µA / MHz lorsqu’il exécute du code à partir de flash. Tous les périphériques peuvent être actifs.

Donc, si vous utilisez EM0 pendant 1 ms / s, vous ajoutez 0,15 µA à la charge de veille de l’EM2.

Globalement, si vous opérez dans l'EM2 à environ 1 µA en moyenne plus l'EM0, les objectifs de l'exemple de 10 ans / 163 mAh pourront être atteints.

___________________________________

Récupération d'énergie:

Les vibrations et les mouvements pourraient bien être des sources d’énergie possibles.

Un panneau solaire photovoltaïque / silicium au silicium semble viable.
Très approximativement, la puissance disponible est de 150 Watts / m ^ 2 à 1 soleil = 100 000 lux.
Un "panneau" de 10 mm x 10 mm à 10 lux à ces cotes fournirait ~ = 150 Watt x (0,01 mx 0,01 m) x 10 lux / 100 000 lux = 15 microWatt.

La luminosité ambiante est de 10 lux - au niveau où la couleur devient monochrome. Faible!
Si ce niveau de sensibilité peut être maintenu à des niveaux de lumière aussi faibles (comme cela est probablement le cas avec d'autres "compositions"), la mise en lumière semble viable.

Peut-être que ces montres utilisent une sorte de système de récupération d'énergie pour recharger une batterie rechargeable?

Une montre à quartz automatique est dotée d'un mécanisme de récupération d'énergie qui, à l'instar d'une montre mécanique à remontage automatique, tire de petites quantités d'énergie des mouvements quotidiens de la personne qui la porte.

Une montre fonctionnant à l'énergie solaire utilise une minuscule cellule solaire pour extraire l'énergie de la lumière ambiante. (Même la lumière à l'intérieur, beaucoup plus faible que la lumière du soleil, est suffisante pour que la montre continue de fonctionner).

J'entends dire que de telles montres fonctionnent normalement pendant un jour ou deux lorsqu'elles sont coupées de toute source d'énergie extérieure (prises au poignet, placées dans une pièce sombre, etc.). Ensuite, ils entrent dans un état de consommation réduite où tout est désactivé, à l'exception de la synchronisation interne - l'écran LCD s'éteint, les aiguilles s'arrêtent. La montre dispose d’une réserve de marche qui permet de conserver le chronométrage interne pendant au moins un mois; un fabricant affirme avoir des montres avec une réserve de marche de 4 ans. Ensuite, lorsque vous le prenez et le secouez, la batterie commence à se recharger et les "mains se mirent à tourner comme par magie pour correspondre à l'heure actuelle". ( a ).

Vous recherchez des informations détaillées sur la possibilité de construire des appareils électroniques avec une consommation d'énergie extrêmement faible? Ensuite, vous pourrez lire les notes de Jeelabs sur les composants électroniques à faible consommation ( b ). Une JeeNode fonctionne depuis plus de 2 ans avec une seule charge de batterie (chargée le 21 août 2010; fonctionne toujours et continue de compter le 15 septembre 2012). ( c )

Ou cherchez-vous des techniques pour empêcher une batterie de tomber en panne prématurément? Recharger une batterie plusieurs fois sur 10 ans est "plus facile" que d'essayer de faire durer une cellule primaire pendant 10 ans, cela ne le rend pas "facile". J'ai acheté de nouvelles piles rechargeables pour plusieurs appareils électroniques grand public lorsque la pile rechargeable d'origine est morte en moins de 5 ans - pas simplement épuisée, mais complètement morte. (Ce qui est particulièrement frustrant, c’est quand un équipement de 5 ans utilise des piles d’une forme particulière qui ont cessé leur production il ya des années et qui sont maintenant indisponibles, et je suppose que toutes les nouvelles batteries aux formes étranges ne seront plus disponibles dans 5 ans. ). Comment empêcher les piles de tomber en panne prématurément constituerait une bonne question distincte - j'aimerais connaître la réponse.

La clé ici est qu'il n'a pas de seconde main. L'aiguille des minutes ne s'incrémente qu'une fois toutes les 20 secondes et c'est le seul mouvement qui se produit dans les mains.