Die Batterie-Falle bei BLE-Labels: Wenn Kapazität nicht der limitierende Faktor ist
Wenn Ingenieure BLE-Asset-Tracker, Smart Labels oder Temperaturlogger entwickeln, beginnt die Auswahl der Batterie oft mit einer einfachen Frage: Wie viele Milliampere-Stunden werden benötigt? Laut einem neuen Whitepaper von Zinergy entscheidet jedoch selten die Kapazität allein darüber, ob ein Gerät seine vorgesehene Lebensdauer erreicht.
In der Praxis können Parameter wie Innenwiderstand, Spannungsstabilität unter Impulsbelastungen, Alterungseffekte und Betriebstemperatur genauso entscheidend sein wie die Nennkapazität.
Das Whitepaper „Auswahl der richtigen Batterie für BLE-Label-Asset-Tracker und Temperaturlogger“ zeigt auf , warum die Nichtberücksichtigung dieser Faktoren dazu führen kann, dass Geräte zwar im Labor funktionieren , aber vorzeitig im Einsatz ausfallen.
Spannung: Auslegung für die gesamte Entladungskurve
Das Design von BLE-Geräten beginnt in der Regel mit der minimalen Eingangsspannung des Chipsatzes. Wenn die Batteriespannung unter diesen Schwellenwert fällt, kann das Gerät zurückgesetzt werden oder einen „Brownout“ erleiden, wodurch die Verfolgung oder Protokollierung unterbrochen wird.
Die Batteriespannung nimmt jedoch mit der Zeit ab. Eine Batterie mit der Bezeichnung „1,5 V“ oder „3 V“ liefert diese Spannung nur bei voller Ladung, was bedeutet, dass bei der Konstruktion die gesamte Entladungskurve berücksichtigt werden muss, nicht nur der Startwert.
Energieverwaltungsschaltungen können den nutzbaren Bereich erweitern, erhöhen jedoch die Kosten und Komplexität, was für Geräte mit hohem Volumen wie Smart Labels oder Einweg-Tracker oft unerwünscht ist.
Innenwiderstand: Der versteckte Begrenzer
Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Innenwiderstand (Rint), der bestimmt, wie stark die Batteriespannung während der Übertragungsimpulse abfällt.
BLE-Geräte senden in kurzen Stromimpulsen. Während dieser Impulse fällt die Batteriespannung vorübergehend gemäß dem Ohmschen Gesetz ab:
Vdrop = I ×Rint
Wenn der Innenwiderstand hoch ist, kann dieser Spannungsabfall einen Reset auslösen, selbst wenn die Batterie noch über Kapazität verfügt.
Laut Zinergy können Unterschiede im Innenwiderstand zwischen verschiedenen Batterietechnologien die Zuverlässigkeit von Geräten unter realen Bedingungen während dieser Impulsbelastungen erheblich beeinträchtigen.
Alterung, Haltbarkeit und Temperatur
Viele BLE-Etiketten und -Logger werden vor ihrer Aktivierung monatelang gelagert. Während dieser Zeit altern die Batterien auf natürliche Weise: Die Spannung nimmt ab und der Innenwiderstand steigt, wodurch der verfügbare Spielraum für Übertragungsimpulse verringert wird.
Auch die Temperatur spielt eine Rolle. Bei niedrigen Temperaturen nimmt die Ionenbeweglichkeit ab, was den Widerstand erhöht und den Spannungsabfall unter Last verstärkt. Bei Kühlketten- oder Logistikanwendungen muss daher bei der Konstruktion die Batterieleistung über den gesamten Temperaturbereich berücksichtigt werden.
Entwurf von BLE-Geräten für zuverlässige Stromversorgung
Um unerwartete Stromausfälle zu vermeiden, empfiehlt Zinergy, bereits in der frühen Designphase mehrere Parameter zu überprüfen:
Mindest-Eingangsspannung des BLE-Chipsatzes
Spitzenstrom während Übertragungsbursts
Spannungsabfall aufgrund des Innenwiderstands
ausreichende Reserve über die gesamte Entladungskurve
Kapazität im Verhältnis zum Arbeitszyklus und zur erwarteten Lebensdauer
Berücksichtigung von Alterung, Lagerfähigkeit und Temperatur
Die frühzeitige Berücksichtigung dieser Faktoren kann die Zuverlässigkeit der Geräte erheblich verbessern und die Anzahl der Neukonstruktionszyklen reduzieren.
Zinergy entwickelt dünne, flexible Batterien, die in RFID-, BLE-, Sigfox-, LoRa-, Wi-Fi- und zellularen IoT-Geräten verwendet werden. Da BLE-Tracking und -Sensing in der Logistik und der Kühlkettenüberwachung weiter auf dem Vormarsch sind, bleibt die Wahl der Batterie eine wichtige Designentscheidung – eine, die weit über die einfache Auswahl der größten Kapazität hinausgeht.
Entwickeln Sie gerade einen BLE-Tracker oder Temperaturlogger? Teilen Sie Zinergy Ihren Chipsatz, Ihr Übertragungsintervall und Ihre angestrebte Lebensdauer mit, und unser Team hilft Ihnen bei der Auswahl der am besten geeigneten Batterie. Lesen Sie das vollständige Whitepaper.