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

ZustandTypischer StromDauer pro Zyklus
TX-Burst (0 dBm)10–15 mA~1.2 ms pro Adv-Ereignis
RX-Fenster5–8 mA0.3–0.6 ms
MCU aktiv1–3 mA0.5–2 ms
Sensor-Abtastung100 µA – 2 mARatenabhängig
Tiefschlaf0.5–3 µARest 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

  1. Beschleunigungsmesser im Niedrigleistungsmodus konfigurieren (ADXL362, 12,5 Hz, 300 nA)
  2. Bewegungsschwellen-Interrupt setzen (100–300 mg)
  3. BLE-Stack im nicht-verbindbaren Advertising-Modus halten
  4. Bei Bewegungsinterrupt MCU aufwecken und Advertising-Frequenz erhöhen
  5. Nach N Sekunden Inaktivität zurück in den Schlafmodus

SoC-Auswahl und Schlafstrom-Grenze

SoCTiefschlafHinweise
nRF528322,5 µAStandardwahl; reifes SDK
Dialog DA145310,9 µAFür Beacons optimiert
TI CC2340R50,9 µABLE 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
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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.