Maschinelles Lernen verlängert die Lebensdauer von Knopfzellenbatterien um das Zehnfache ...

Mar 07, 2024

NBM5100 und NBM7100 nutzen duale DC-DC-Wandler mit einem Speicherelement und einem intelligenten Lernalgorithmus. Dadurch erhöht sich auch die Spitzenausgangsstrombelastbarkeit im Vergleich zu einer typischen Knopfzelle um das bis zu 25-fache.

Diese Verlängerung der Lebensdauer wird die Menge an Batterieverschwendung im Internet der Dinge (IoT) mit geringem Stromverbrauch und anderen tragbaren Anwendungen erheblich reduzieren und gleichzeitig Knopfzellen zu einer brauchbaren Energiequelle für Anwendungen machen, die bisher nur mit AA- oder AAA-Batterien betrieben werden konnten.

CR2032- und CR2025-Lithium-Knopfzellen haben eine höhere Energiedichte und eine längere Haltbarkeit. Daher werden sie häufig in Anwendungen mit geringem Stromverbrauch verwendet, einschließlich Geräten mit Low-Power-Wi-Fi-, LoRa-, Sigfox-, Zigbee-, LTE-M1- und NB-IoT-Transceivern.

Allerdings weisen diese Batterien einen relativ hohen Innenwiderstand und chemische Reaktionsgeschwindigkeiten auf, die ihre nutzbare Kapazität unter Impulslastbedingungen verringern. Um diese Einschränkung zu überwinden, enthalten NBM7100 und NBM5100 zwei hocheffiziente DC-DC-Umwandlungsstufen und einen intelligenten Lernalgorithmus.

Die erste Umwandlungsstufe überträgt Energie mit geringer Geschwindigkeit von der Batterie auf ein kapazitives Speicherelement. Die zweite Stufe nutzt die gespeicherte Energie, um einen geregelten, von 1,8 V bis 3,6 V programmierbaren Ausgang mit einem hohen Impulsstrom von bis zu 200 mA bereitzustellen. Der intelligente Lernalgorithmus überwacht die während sich wiederholenden Lastimpulszyklen verbrauchte Energie und optimiert die DC-DC-Umwandlung der ersten Stufe, um die Restladung im Speicherkondensator zu minimieren. Wenn im Standby-Zustand kein Energieumwandlungszyklus durchgeführt wird, verbrauchen die Geräte weniger als 50 nA.

Beide Geräte sind für einen Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C ausgelegt und somit für gewerbliche Innen- und industrielle Außenumgebungen geeignet. Eine „Batterie schwach“-Anzeige warnt das System, wenn die Batterie ihren Funktionsendpunkt erreicht. Darüber hinaus verhindert der Brownout-Schutz das Aufladen des Speicherkondensators, wenn die Batterie sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert.

Zur Konfiguration und Steuerung durch einen System-Mikrocontroller ist eine serielle Schnittstelle enthalten: I2C in den Versionen NMB7100A und NBM5100A und serielle Peripherieschnittstelle (SPI) in den Versionen NMB7100B und NBM5100B. Beide Geräte können die Lebensdauer energiedichter Lithium-Primärbatterien verlängern, einschließlich Knopfzellen, Lithium-Thionyl (z. B. LS14250 1/2 AA) und neuer papierbedruckter Typen, und so den Wartungsaufwand reduzieren, indem sie das Zeitintervall zwischen Batteriewechseln verlängern. Darüber hinaus verfügt der NBM5100A/B über einen Kondensatorspannungsausgleichsstift für Superkondensator-basierte Implementierungen.

„Die Einführung dieses Produkts zur Verlängerung der Batterielebensdauer signalisiert die weitere Expansion von Nexperia im Bereich Batteriemanagementlösungen“, so Dan Jensen, General Manager von Nexperias BG Analog and Logic ICs. „Wir freuen uns, diese innovativen Produkte vorzustellen, die unsere bestehenden Analog- und Logikprodukte ergänzen. Der NBM7100 und der NBM5100 verbessern die Leistung der Knopfzellen erheblich und tragen so dazu bei, den Batterieverbrauch in IoT-, Wearables- und anderen Verbraucheranwendungen zu reduzieren.“

Teilenummer des Geräts

Busschnittstelle

Auto-Start

Maximale Speicherkapazitätsspannung

Maximaler Laststrom

NBM7100A

2C

Unterstützt

11V

200mA

NBM5100A

2C

Unterstützt

5,5V

150mA

NBM7100B

SPI

Nicht unterstützt

11V

200mA

NBM5100B

SPI

Nicht unterstützt

5,5V

150mA

Die Batterie-Booster NBM5100A/B und NBM7100A/B sind in einem kleinen DHVQFN16-Gehäuse mit den Maßen 2,5 mm × 3,5 mm × 0,85 mm erhältlich.

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