バッテリー寿命がBLE タグの導入を左右する理由
資産追跡、コールドチェーン監視、産業用RTLSでBLE タグを評価するエンジニアにとって、バッテリー寿命は二次的な懸念事項ではありません。10,000台規模の導入で半年ごとに交換が必要なタグは、運用上の問題です。1回の交換訪問に$2かかる場合、年間の保守コストはフリート全体のハードウェアコストを超える可能性があります。
CR2032セル（公称220 mAh）で3〜5年のバッテリー寿命を達成するには、平均電流消費を5〜8 µAの範囲に抑える必要があります。本稿では、アドバタイジング戦略、センサーゲーティング、SoC選定、PCBレベルの漏れ電流について、具体的な数値で解説します。
消費電力の内訳
典型的なBLE タグの電力プロファイル：
| 状態 | 典型的な電流 | 1サイクルあたりの時間 |
|---|---|---|
| TX バースト (0 dBm) | 10–15 mA | ~1.2 ms/アドバタイジングイベント |
| RX ウィンドウ | 5–8 mA | 0.3–0.6 ms |
| MCU アクティブ | 1–3 mA | 0.5–2 ms |
| センサーサンプリング | 100 µA – 2 mA | レートによる |
| ディープスリープ | 0.5–3 µA | その他の時間 |
重要な洞察：TX電流はスリープ電流の10,000倍ですが、デバイスは99.9%の時間スリープ状態です。スリープ電流を3 µAから1 µAに削減することは、TX電力を半減するよりも多くのエネルギーを節約します。
アドバタイジング間隔：主要な調整パラメータ
15バイトのペイロードで3チャンネルにわたる1回のアドバタイジングイベントは約1.3 msのTX時間を要します。ピーク12 mAで：
平均電流（無線のみ）= (12 mA × 1.3 ms) / 間隔ms 100 ms 間隔: 156 µA 500 ms 間隔: 31 µA 1000 ms 間隔: 15.6 µA 3000 ms 間隔: 5.2 µA
3秒のロケーション更新頻度で十分な資産追跡では、3秒のアドバタイジング間隔で無線電流を~5 µAまで削減でき、MCUスリープフロアに近づきます。
実践的な注意点：アドバタイジングイベントの前にMCUを起動してペイロードデータを更新するファームウェア実装があります。1秒間隔でこの処理が2 msかかる場合、平均電流に4 µA追加されます。イベントごとのMCU起動時間を最小化し、更新をバッチ処理してください。
センサーゲーティング：ポーリングではなく割り込み駆動で
加速度計を50 Hzで継続読み取ると、チップによって150〜500 µAを消費する可能性があります。長寿命タグに適した方法は閾値割り込みゲーティングです：
- 加速度計を最低電力モードで設定（例：ADXL362、12.5 Hz、300 nA）
- モーション閾値割り込みを設定（通常100〜300 mg）
- 静止時はBLEスタックを非コネクタブルアドバタイジングにするか一時停止
- モーション割り込み時にMCUを起動してアドバタイジング頻度を上げる
- N秒間活動がなければスリープモードに戻る
モーション検出のセンサー比較：
| 部品 | 低電力モード電流 | 備考 |
|---|---|---|
| ADXL362 | 300 nA | 超低スリープ電流；ODRオプション限定 |
| LIS2DH12 | 1 µA | 広く使用；良好なエコシステム |
| BMA400 | 800 nA | 内蔵アクティビティ認識 |
SoC選定とスリープ電流の下限
1秒ごとにアドバタイジングするタグでは、無線は1000 msのうち~1.3 msだけアクティブです。残りの998.7 msの消費電力はSoCのスリープモードのみで決まります。
| SoC | ディープスリープ（RAM保持） | 備考 |
|---|---|---|
| nRF52832 | 2.5 µA | 標準的な選択；成熟したSDK |
| nRF52805 | 1.7 µA | 最小nRF52；I/O制限 |
| Dialog DA14531 | 0.9 µA | ビーコン向け最適化 |
| TI CC2340R5 | 0.9 µA | BLE 5.3；コスト競争力あり |
PCBレベルの漏れ電流
- プルアップ抵抗：未使用GPIOの100 kΩプルアップは3Vで~30 µAを消費します — SoCのスリープ電流の10倍になる可能性があります。スリープ中のすべてのGPIO状態を確認してください。
- 電圧レギュレータ：LDOの静止電流は大きく異なります。MCP1700は1.6 µA；汎用LDOの多くは50〜200 µAです。
- コンデンサ漏れ：大容量電解コンデンサには測定可能な漏れ電流があります。CR2032設計ではセラミックコンのみを使用してください。
バッテリー寿命の計算
無線TX（3ch、2秒間隔）： 7.8 µA アドバタイズごとのMCU起動： 1.0 µA 加速度計（ADXL362）： 0.3 µA SoCスリープ（nRF52805）： 2.0 µA LDO静止（MCP1700）： 1.6 µA ────────────────────────────────── 合計： ≈ 12.7 µA CR2032使用可能容量：~180 mAh 寿命 = 180,000 µAh ÷ 12.7 µA ≈ 1.6年
3年を達成するには予算を~6.8 µAに削減する必要があります。5年目標にはCR2032は通常不十分で、CR2477（1000 mAh）またはリチウム一次電池が現実的な選択です。
まとめ
BLE タグの長いバッテリー寿命は、各設計層での意図的なエンジニアリング決定から生まれます。影響度の順：アドバタイジング間隔、SoC選定、センサーアーキテクチャ、PCBレベルの漏れ電流、電池選定。プロトタイプに早期から電力アナライザを接続してください。