Hallo, irgendwie komme ich nicht weiter bzw. bin mir nicht sicher, ob das richtig ist was ich mache. Vielleicht könnt ihr mit helfen? Ich möchte den Strom/Energie-Verbrauch eines batterie-betriebenen Funk-Moduls messen um die Lebensdauer der Batterie abschätzen zu können. Das Modul wird von einer CR2032 versorgt. Das Stromprofil hab ich mir per Oszi an einem in Reihe-geschalteten Widerstand (33Ohm) angesehen. Es handelt sich um ein nicht periodisches Signal mit deutlichen Spitzen (bis 20mA, RX/TX), Phasen niedriger Stromaufnahme (ca. 1mA) und StandBy-Verbrauch (wenige µA). Das ganze wiederholt sich in etwa jede 1sec. Für die Energieabschätzung wollte ich jetzt einen mittleren Strom pro Zeiteinheit ermitteln und mit diesem hochrechnen auf den Jahres-Energiebedarf. Kann ich dazu per Oszi das Stromprofil über einen gewissen Zeitraum (z.B. 20sec.) aufnehmen und darüber ein Integral bilden? Ergebnis wären x Vs. Ist dann der mittlere Strom I = (x Vs / 20s) / 33Ohm ? Und die Energie pro Jahr: I* 24h* 365 = x Ah ? Oder muss ich das aufgenommene Signal erst quadrieren, integrieren und wieder die Wurzel ziehen? (Diese Mathe-Funktionen kann das Oszi.) Oder bin ich auf dem Holzweg? Bitte um Hilfe - Danke, Max
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Max Mustermann schrieb: > Kann ich dazu per Oszi das Stromprofil über einen gewissen Zeitraum > (z.B. 20sec.) aufnehmen und darüber ein Integral bilden? Ergebnis wären > x Vs. > Ist dann der mittlere Strom I = (x Vs / 20s) / 33Ohm ? > Und die Energie pro Jahr: I* 24h* 365 = x Ah ? Sieht gut aus.
Ich kenne das so:
das ganze dann über deinen gewünschten Zeitraum mitteln:
dann mit der spannung multiplizieren, um auf die Leistung zu kommen, und mit der gewünschten Zeit multiplizieren, um auf die verbrauchte Energie zu schließen
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Bearbeitet durch User
"Ah" ist nicht die Einheit von "Energie pro Jahr". Aber wenn du abschätzen willst, ob deine Batterie ein Jahr lang hält, dann ist die Rechnung ok.
Little Basdart schrieb: > Ich kenne das so: Um für eine Primärquelle mit mAh Angabe zu rechnen wäre nur der Strom wichtig, also Udiff am Shunt / R + Zeit um die (m)Ah aufzusummieren.
Joachim B. schrieb: > Little Basdart schrieb: >> Ich kenne das so: > > Um für eine Primärquelle mit mAh Angabe zu rechnen wäre nur der Strom > wichtig, also Udiff am Shunt / R + Zeit um die (m)Ah aufzusummieren. Richtig. In den obigen Ausführungen einfach V_dd weglassen, und man erhält die Ah über den gewünschten Zeitraum.
Vielen Dank für eure schnelle Antwort! Eigentlich müsste ich den Mess-Widerstand wieder raus-rechnen, oder? Der verfälscht mir doch den mittleren Strom. Wenn sich z.B. ein mittlerer Strom von 0,85mA ergibt, dann wäre das der Strom durch Messwid.(33Ohm) UND Modul (3V-(33Ohm* 0,85mA)/ 0,85mA = 3496Ohm) Der Messwert ist also ca. 1% (33/3496) zu niedrig -> 0,858mA? Und jetzt wird kompliziert: Die Batterie bleibt natürlich nicht stabil bei 3V, sondern bricht speziell bei der Spitzenbelastung RX/TX etwas ein. Muss ich das auch noch berücksichtigen? Oder interessiert mich das wenig, da ich mit dem mittleren Strom x Ah ermittle und diese mit der Ladungsmenge der Batterie vergleiche? Servus, Max
Max Mustermann schrieb: > Eigentlich müsste ich den Mess-Widerstand wieder raus-rechnen, oder? > Der verfälscht mir doch den mittleren Strom. Max Mustermann schrieb: > Und jetzt wird kompliziert: > Die Batterie bleibt natürlich nicht stabil bei 3V, sondern bricht > speziell bei der Spitzenbelastung RX/TX etwas ein. Das sind durchaus richtige Einwände, und du hast auch recht, dass es kompliziert wird. Beachte vor allem folgendes: Du hast keinen linearen Verbraucher an der Batterie! (wie es ein ohmscher Widerstand wäre) Ein Mikrocontroller hat für gewöhnlich Spannungsregler integriert, die diesen (in einem gewissen Rahmen) unabhängig von der Versorgungsspannung macht. (vgl. hierzu Pins wie z.B. "V_cap" oder wie diese auch immer heisen mögen) Um es zusätzlich kompliziert zu machen, beachte auch noch folgendes: Eine Batterie hat nicht fix eine Kapazität. Die Menge an entnehmbarer elektrischer Energie variiert über Temperatur und Entladestrom. Was du tatsächlich berechnen kannst, ist eine grobe Abschätzung der Batterielebensdauer, mit etwas Glück auf +-20% genau
Max Mustermann schrieb: > Muss ich das auch noch berücksichtigen? > deutlichen Spitzen (bis 20mA, RX/TX) Nur wenn es dann noch funktionieren soll :-) Der Unterschied zwischen einem 5A-Labornetzteil und Deiner schwächlichen 220mAh Batterie ist der Innenwiderstand bei 2,5V. Die Batterie sackt bei niedrigem Ladezustand unter Last ab, das dicke Netzteil wird bei 2,5V nachregeln. 20mA Last sind viel für die CR2032.
du hast recht. für eine grobe Abschätzung muss das reichen. Danke für eure Hilfe
Little Basdart schrieb: > Max Mustermann schrieb: >> Und jetzt wird kompliziert: >> Die Batterie bleibt natürlich nicht stabil bei 3V, sondern bricht >> speziell bei der Spitzenbelastung RX/TX etwas ein. > > Das sind durchaus richtige Einwände, und du hast auch recht, dass es > kompliziert wird. > > Beachte vor allem folgendes: Du hast keinen linearen Verbraucher an der > Batterie! deswegen ja auch die Aufnahme und Versuch mit einer CR2032 durchführen, dann verhält sich der Versuch wie später die ~Wirklichkeit. Ich würde den 33 Ohm noch so weit wie möglich reduzieren um den Einfluss gering zu halten, in der späteren Realität läuft es denn vermutlich länger und besser weil der R fehlt.
Weil ich auch mit Cr2032 arbeite hier kurz meine Erfahrung: Für eine einzige Knopfzelle sind die Spitzen von 20mA wirklich sehr viel, es gibt dazu nur ganz spärlich Informationen, glaube die großen alla Varta haben dazu was aufm Datenblatt. Die gehen eheer von Belastung bis 2mA aus. Bei meinen Anwendungen werden auch zu Spitzenzeiten ca 18mA gezogen, allerdings habe ich deswegen 3 parallel im Einsatz, die großen Strombleastung führt zum Einbruch der Spannung auf unter 2 Volt und dadurch kann es dann zu ungewünschten Ausfällen kommen. Prinzipiell ging es bei mir auch immer, bis die Batterien nicht mehr neu waren und soweiter. Alsu das ist nur zur Info, dass man das im Hinterkopf hat, falls Ausfälle kommen woran es liegen kann.
sdg schrieb: > Für eine einzige Knopfzelle sind die Spitzen von 20mA wirklich sehr > viel, es gibt dazu nur ganz spärlich Informationen, könnte man ja mit einem Kondi buffern, bei Elko bin ich unsicher wegen der Leckströme, nicht das die höher liegen als der Eigenverbrauch, aber wäre ja feststellbar, notfalls besseren Kondi auswählen. Nach Recherche bleibt nur Folienkondi über......
So schwer ist das doch nicht. Wenn Du die Sendezeit unter 1ms bringst und mit kräftig Keramikkondensator stüzt kommst Du auf 2 Wochen Dauerbetrieb. Das kann man noch ganz real testen. 2 Stk. auf dem Schreibtisch, 2 im Kühlschrank, 2 in der Tiefkühltruhe. 3 verschiedene Batteriehersteller und gut. Ein pragmatsicher Ansatz währe noch ob es mit einer CR2012 auch läuft. Wenn ja hast Du genug Reserven und über das Verhältnis der Kapazitäten bekommst du schon nach 5 Tagen Dauerbetrieb ein gute Aussage über die Funktion. Nächsten Montag kannst Du also schon ganz real schlauer sein. viel Erfolg Hauspapa
Joachim B. schrieb: > könnte man ja mit einem Kondi buffern, bei Elko bin ich unsicher > Nach Recherche bleibt nur Folienkondi über...... Aktuell hab ich einen Keramik-Kond.(MLCC) 47µ 6,3V 1206 bestückt und die Bestückoption auf einen zusätzl. 1206 oder 1210 Kond. Das Modul soll bis 105° stabil laufen, üblicher Temperaturbereich wird 20°...75° sein. Wär hier ein anderer Kondensatortyp günstiger? Tantal? Folienkond. in der Bauform und Kapa. sind nicht bezahlbar, oder? und an Hauspapa: Das Modul hat ausgiebige StandBy-Zeiten. Theoretisch komme ich aktuell auf eine Batterie-Laufzeit von 285 Tagen, 150mAh Bat.-Kapazität angenommen. Ziel wäre 365 Tage. So schnell werde ich das in Realität also nicht testen können.
also Li Batterien über 80° würd ich nochmal nachlesen, laut Datenblatt ist das glaube ich fast maximum. Wenn sie dir anfangen abzubrennen beim Kunden / im Betrieb ist das nicht so prickelnd. Aber die Folgen kannst du dir ja selber ausmalen.
Richtig - ich hab hier ein Spezialteil von Panasonic, sollte 105° können. Üblicherweise wird diese Temp. aber nicht erreicht.
Max Mustermann schrieb: > Aktuell hab ich einen Keramik-Kond.(MLCC) 47µ 6,3V 1206 bestückt > > Das Modul soll bis 105° stabil laufen, > üblicher Temperaturbereich wird 20°...75° sein. > > Wär hier ein anderer Kondensatortyp günstiger? Tantal? > Folienkond. in der Bauform und Kapa. sind nicht bezahlbar, oder? auch Keramik sind Blondinenlieblinge, deswegen denke ich an Folie, auch Keramikkondis haben rel. miese Leckströme, hat mich für Abblockkondis nie interessiert, die Temperaturunstabilität ist ja egal, sind ja keine HF Sender oder Empfänger. Wenn man recherchiert werden den Keramik durchaus schlechte Isolatinonswerte bescheinigt aber in welcher Größenordnung habe ich noch nicht gefunden, für den "dicken" Stützkondi wird je wenig Leckstrom gewünscht.
>Aktuell hab ich einen Keramik-Kond.(MLCC) 47µ 6,3V 1206 Das klingt gut. Kommt noch etwas auf die Qualität an. Um Y5U und Konsorten mache ich persönlich einen Bogen, X7R verbau ich gerne. Was Du genommen hast weis ich nicht. >Das Modul hat ausgiebige StandBy-Zeiten. Das hattest Du oben nicht angegeben. Ich ging davon aus, das die Werte vom Oszi anzunehmen sind. >150mAh Bat.-Kapazität angenommen. Das Datenblatt von Energizer ist ziemlich gut. http://data.energizer.com/PDFs/cr2032.pdf Freundlicherweise steht da drin, das wenn Du es schaffst den Sendepulse aus dem Kondensator zu ziehen 200mAh für dich drinliegen. Das würde sehr knapp für Dein Jahr reichen. Leider steht da auch: Operating Temp: -30C to 60C Das wird bei anderen Herstellern nicht viel anders sein und ist von 105°C ziemlich weit weg. Diese uA Zählerei geht ziemlich streng davon aus, das alles Kriechstromfrei bleibt. Keine Feuchtigkeit, keine leitfähigen Stäube usw. sicher das keine Betauung auftreten kann? Kannst Du die 1mA Brocken evtl. mit Pausenzeiten versehen? Also statt 1x 400ms/1mA lieber 20x 20ms/1mA mit definierten 50ms Pausen dazwischen? Dann könnte der Keramikkondensator auch diese Puffern ohne extrem gross zu werden. Als Folge könntest du sicher 10% mehr Kapazität nutzen. viel Erfolg Hauspapa
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