Paristoilla toimivissa IoT-laitteissa ajatellaan helposti, että kaksi kertaa enemmän paristoja tarkoittaa kaksi kertaa pidempää käyttöaikaa. Ruotsalaisen Qoitechin esimerkki osoittaa, ettei asia ole aivan näin suoraviivainen. Oikealla kytkennällä käyttöaika voi kasvaa jopa enemmän kuin paristojen määrä antaisi odottaa.
Qoitech mallinsi Otii Battery Life Estimator -työkalullaan ESP32-pohjaisen lämpötila-anturin toimintaa. Laite herää säännöllisesti mittaamaan lämpötilan ja lähettää tiedon langattomasti HTTP-yhteydellä, jos arvo on muuttunut. Lisäksi käyttöprofiiliin sisältyy harvemmin tapahtuva langaton ohjelmistopäivitys, joka kuluttaa selvästi enemmän energiaa kuin tavallinen mittaus ja lähetys.
Koska laitteen katkaisujännite on kolme volttia, yksi AAA-paristo ei riitä. Perusratkaisussa käytettiin kolmea Duracellin alkaliparistoa sarjassa. Tällöin paketin jännite on 4,5 volttia ja kapasiteetti noin 1350 milliampeerituntia. Toinen vaihtoehto oli kaksinkertainen paketti, jossa kaksi samanlaista kolmen pariston sarjaa kytkettiin rinnakkain. Silloin jännite pysyy samana, mutta kapasiteetti nousee noin 2700 milliampeerituntiin.
Tulokset olivat yllättävän selvät. Kolmen pariston paketti antoi laskennalliseksi käyttöajaksi 178 päivää. Kuuden pariston ratkaisu ylsi 458 päivään. Paristojen määrä siis kaksinkertaistui, mutta käyttöaika kasvoi yli 2,5-kertaiseksi.
Selitys löytyy sisäisestä resistanssista. Sarjakytkentä nostaa jännitettä, mutta rinnankytkentä pienentää paristopaketin sisäistä resistanssia. Kun resistanssi pienenee, kuormitus ei pudota napajännitettä yhtä voimakkaasti. Laite pysyy pidempään oman katkaisujännitteensä yläpuolella ja pystyy käyttämään suuremman osan paristojen energiasta.
Qoitechin laskelmassa kolmen pariston paketista saatiin käyttöön vain noin 60 prosenttia kapasiteetista ennen jännitteen putoamista liian alas. Kuuden pariston paketissa hyödynnettiin yli 75 prosenttia kapasiteetista. Käytännön opetus on yksinkertainen: IoT-laitteen paristokesto ei riipu vain kapasiteetista. Myös paristojen kytkentä, kuormituspiikit, katkaisujännite ja sisäinen resistanssi ratkaisevat.
Lue lisää täällä.
Tekoäly, kehittyneet yhteydet ja tietoturva muuttavat sulautettujen järjestelmien arkkitehtuureja. Laskentateho kasvaa nopeasti samaan aikaan, kun laitteiden fyysinen koko pienenee. Tietoturva, datan hallinta ja uudet säädökset lisäävät vaatimuksia niin yhteyksille kuin suunnittelullekin. Samalla laitevalmistajat pyrkivät nopeuttamaan tuotekehitys- ja testaussyklejään.