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POWER 9 - OTTOBRE 2015
IX
BATTERY LIFE MEASUREMENT
•
Accensione dell’amplificatore a radio frequenza,
trasmissione
del
messaggio,
spegnimento
dell’amplificatore
•
Nei sensori bidirezionali (che trasmettono e
ricevono): risveglio, accensione del ricevitore, ricezione
ed elaborazione dei dati, azioni basate sul messaggio
ricevuto, spegnimento.
Si vede facilmente che molteplici azioni giocano un ruolo
nella scarica della batteria.
Il metodo più semplice per aumentare la durata della
batteria è l’uso di una batteria di maggiore capacità (e
fisicamente più grande). Tuttavia, gli utilizzatori dei sen-
sori desiderano sistemi compatti a elevate prestazioni che
possano inviare molti dati già elaborati da un’intelligenza
locale. Chiaramente, le aspettative dei clienti sono diame-
tralmente opposte alla soluzione più semplice per risolve-
re il problema della breve durata della batteria.
Come stimare il tempo di vita delle batterie?
Il progettista si trova così a dover trovare compromessi tra
le dimensioni delle batterie e le funzionalità dei sensori.
Compromessi, per ottenere le prestazioni massime dalla
batteria di dimensioni minime, ma che garantiscano un
intervallo di tempo sufficientemente lungo tra un cambio
batterie e il successivo.
Il processo di ottimizzazione inizia dalla conoscenza del-
le richieste di energia. Raccogliere i dati di assorbimento
rappresenta il primo passo per caratterizzare le prestazio-
ni del dispositivo.
Unabatteriapossiedeunaquantitàdienergiabendefinita,espres-
sainWatt/ora(Wh)eunacapacità,espressainAmpere/ora(Ah).
Conoscendo quanta potenza è necessaria per far funzionare il
dispositivo, è possibile calcolare il tempo di vita (durata della
batteria):
Durata (ore) = Energia della batteria (Wh) /
Assorbimento medio di potenza (W)
L’energia della batteria è anche il prodotto della tensio-
ne nominale (V) per la capacità (Ah). Grazie a questa
relazione, il tempo di vita può essere anche determinato
come:
Durata (ore) = Capacità della batteria (Ah) /
Assorbimento medio di corrente (A)
Tuttavia, quando il dispositivo viene impiegato sul campo, la
durata della batteria è tipicamente minore di quanto calcola-
to con queste formule. Il commento più comune è “la batte-
ria è di scarsa qualità”. I principali fabbricanti di batterie of-
frono specifiche dettagliate e spiegano che tra batterie dello
stesso tipo è normale trovare variazioni di capacità del 5-10%.
Anche utilizzando stime conservative della capacità della bat-
teria, tipicamente il tempo di vita risulta inferiore alle stime
ed il dispositivo cessa di funzionare prima del previsto. Perché
accade ciò? Abbiamo stimato correttamente il consumo me-
dio di energia? Probabilmente no. Esploriamo il problema.
La complessità della misura dell’assorbimento
dinamico di corrente
Nei dispositivi alimentati a batterie, come i sensori sen-
za fili, al fine di risparmiare energia, i sotto circuiti del
Fig. 1 – Livelli di corrente durante le principali opera-
zioni di un sensore wireless