Warum Batterielaufzeit BLE-Tag-Deployments bestimmt
Wenn Ingenieure BLE-Tags für Asset-Tracking, Kühlkettenüberwachung oder industrielles RTLS evaluieren, ist die Batterielaufzeit selten eine sekundäre Überlegung. Ein Tag, der in einem 10.000-Einheiten-Deployment alle sechs Monate ausgetauscht werden muss, ist nicht nur unbequem — es ist betrieblich prohibitiv.
Um eine 3–5-jährige Batterielaufzeit auf einer CR2032-Zelle zu erreichen, muss der durchschnittliche Stromverbrauch im Bereich von 5–8 µA liegen. Dieser Artikel behandelt die wichtigsten Engineering-Hebel: Advertising-Strategie, Sensor-Gating, SoC-Auswahl und PCB-Leckstrom.
Aufschlüsselung des Energiebudgets
| Zustand | Typischer Strom | Dauer pro Zyklus |
|---|---|---|
| TX-Burst (0 dBm) | 10–15 mA | ~1.2 ms pro Adv-Ereignis |
| RX-Fenster | 5–8 mA | 0.3–0.6 ms |
| MCU aktiv | 1–3 mA | 0.5–2 ms |
| Sensor-Abtastung | 100 µA – 2 mA | Ratenabhängig |
| Tiefschlaf | 0.5–3 µA | Rest der Zeit |
Der TX-Strom ist 10.000× höher als der Schlafstrom, aber das Gerät schläft 99,9% der Zeit. Den Schlafstrom von 3 µA auf 1 µA zu reduzieren spart mehr Energie als die TX-Leistung zu halbieren.
Advertising-Intervall: Der wichtigste Tuning-Parameter
Ø-Strom = (12 mA × 1.3 ms) / Intervall_ms Bei 100 ms: 156 µA | Bei 1000 ms: 15,6 µA | Bei 3000 ms: 5,2 µA
Sensor-Gating: Interrupt-gesteuert statt Polling
- Beschleunigungsmesser im Niedrigleistungsmodus konfigurieren (ADXL362, 12,5 Hz, 300 nA)
- Bewegungsschwellen-Interrupt setzen (100–300 mg)
- BLE-Stack im nicht-verbindbaren Advertising-Modus halten
- Bei Bewegungsinterrupt MCU aufwecken und Advertising-Frequenz erhöhen
- Nach N Sekunden Inaktivität zurück in den Schlafmodus
SoC-Auswahl und Schlafstrom-Grenze
| SoC | Tiefschlaf | Hinweise |
|---|---|---|
| nRF52832 | 2,5 µA | Standardwahl; reifes SDK |
| Dialog DA14531 | 0,9 µA | Für Beacons optimiert |
| TI CC2340R5 | 0,9 µA | BLE 5.3; kosteneffizient |
Schätzung der Batterielaufzeit
Funk-TX (3ch, 2s): 7,8 µA MCU-Aufwecken: 1,0 µA Beschleunigungsmesser: 0,3 µA SoC-Schlaf: 2,0 µA LDO-Ruhestrom: 1,6 µA ────────────────────────────── Gesamt: ≈ 12,7 µA → ~1,6 Jahre auf CR2032
Für 5-Jahres-Ziele ist CR2032 unzureichend — CR2477 oder eine Lithium-Primärzelle ist der praktische Weg. Schließen Sie früh einen Leistungsanalysator an den Prototyp an.
BLE-Tags mit langer Batterielaufzeit erfordern durchdachte Entscheidungen auf jeder Designebene.