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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lebensdauer der Batterie ausrechnen


Autor: Kiyan (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe eine Platine aufgebaut, welches aus Sensor, Sender und uC 
besteht.
Der Sender verbraucht für Senden und Empfangen insgesamt 19 mA der 
Sensor hat eine verbrauch von 0,0125 mA und der uC hat einen verbrauch 
von 1,7 mA. Ich habe CR2477N Batterie der 950 mAh hat. Der Sender 
arbeitet zwischen 1,8V-3,6V der Sensor genauso und der uC arbeitet 
zwischen 1,8V- 5,5V. Die Schaltung wird mit 3 V Spannung betrieben.
 Ready-Modus
 Sender=19 mA
 Sensor= 0,0125 mA
 uC=1,7 mA (Dauer betrieb wird nicht in standby versetzt)

Standby-Modus
 Sender= 50 nA
 Sensor= 0,02 uA

 In einer Sekunde verbrauch der Sensor 8 ms für messen der Sender 
braucht 69 ms zum senden und der uC ist ständig in Betrieb.

ich muss mir zwei Szenarien denken.
1. In 1 Sekunden Takt. Das heißt in 1 Sekunden einmal messen und senden.
Das konnte ich berechnen wäre aber froh wenn es jemand macht um meine 
Ergebnisse zu vergleichen.

2. Die Platine soll insgesamt nur 2 min am Tag arbeiten die restliche 
Zeit soll es sich bei Standby Modus befinden.
Hier komme ich etwas durcheinander.

Ich hoffe ich habe alles geschildert wie es ist und einer kann mir 
weiter helfen.

gruß

: Verschoben durch Moderator
Autor: Benedikt S (Gast)
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Rechne am besten die Energien aus, die die Komponenten Verbrauchen [mAs] 
und summier es einfach für einen Tag auf.

Autor: Joachim B. (jar)
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Chemie 3-10 Jahre, selten kürzer, oft nur bei Fehler!

oder wolltest du die Laufzeit wissen?

Die Temperatur ist auch eine entscheidene Größe!

Deine Überschlagsrechnungen passen schon ungefähr, nur ist die 
Kapazitätsangabe bei speziellen Verbrauchscyclen gültig!

Rechne grob mit 1/2 oder 1/5

Autor: Zagros B. (zagros17)
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Joachim B. schrieb:
> Chemie 3-10 Jahre, selten kürzer, oft nur bei Fehler!
>
> oder wolltest du die Laufzeit wissen?

Die Laufzeit der Batterie möchte ich wissen.

Autor: Joachim B. (jar)
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Zagros B. schrieb:
> Die Laufzeit der Batterie möchte ich wissen.

steht aber nicht im Titel ;-)

Autor: Peter M. (r2d3)
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Benedikt S schrieb:
> Rechne am besten die Energien aus, die die Komponenten Verbrauchen [mAs]
> und summier es einfach für einen Tag auf.

Ich glaube, es ist für den Fadenstarter verwirrend, wenn Du von Energien 
sprichst, die ja typischerweise in Wh, mWh oder Joule gemessen werden, 
dann aber auf eine Ladungsgröße "mAs" verweist.

Kiyan schrieb:
> 1. In 1 Sekunden Takt. Das heißt in 1 Sekunden einmal messen und senden.
> Das konnte ich berechnen wäre aber froh wenn es jemand macht um meine
> Ergebnisse zu vergleichen.

Und wo ist Deine Rechnung?

Wenn Deine Schaltung auf fallende Batteriespannung nicht mit Anstieg des 
Stromverbrauchs reagiert, benötigst Du die Spannungsangaben nicht für 
Deine Rechnung.

Aus Deinem Szenario 1 geht nicht hervor, wie lange die Schaltung in 
welchem Modus verweilt.

Kiyan schrieb:
> Ready-Modus
>  Sender=19 mA
>  Sensor= 0,0125 mA
>  uC=1,7 mA (Dauer betrieb wird nicht in standby versetzt)
>
> Standby-Modus
>  Sender= 50 nA
>  Sensor= 0,02 uA

Es wäre auch hilfreich, wenn Du die Daten etwas strukturierter 
aufschreiben würdest.

Wenn der Mikrocontroller immer 1,7mA statusunabhängig verbraucht,
solltest Du das auch unter "Standby-Modus" aufführen.

Kiyan schrieb:
> In einer Sekunde verbrauch der Sensor 8 ms für messen der Sender
> braucht 69 ms zum senden und der uC ist ständig in Betrieb.

Nein, der Sensor verbraucht immer nur 0,0125mA, wie von Dir oben 
beschrieben.
Deine 8ms entsprechen der Einschaltdauer. Im Zeitraum einer Sekunde, 
also 1000ms, ist er lediglich 8ms eingeschaltet, was einer 
Einschaltdauer von 8/1000 oder 0,8% entspricht.

Autor: Jörg R. (solar77)
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Hallo,

nimmst Du die CR2477 aus Platzgründen oder bist Du bei der Auswahl der 
Batterie noch flexibel? Es gibt Batterien die 3,6 Volt Nennspannung 
haben und diese Spannung nahezu bis zum Ende halten.

Es gibt Bauformen mit Kapazitäten von 1,2 Ah bis 3,6 Ah und darüber.
2 Beispiele anbei:

http://www.reichelt.de/Lithium-Batterien/LS-14250CNR/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=135657&GROUPID=1028&artnr=LS+14250CNR

http://www.reichelt.de/Lithium-Batterien/LS-14500CNR/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=135660&GROUPID=1028&artnr=LS+14500CNR


Kiyan schrieb:
> uC=1,7 mA (Dauer betrieb wird nicht in standby versetzt)

Wenn das so bleibt spielen die anderen Werte fast keine Rolle. 1,7mA 
Dauerbelastung bedeuten nur wenige 100 Stunden Betrieb bei 950 mAh 
Batteriekapazität.

: Bearbeitet durch User
Autor: Zagros B. (zagros17)
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Jörg R. schrieb:
> Hallo,
>
> nimmst Du die CR2477 aus Platzgründen oder bist Du bei der Auswahl der
> Batterie noch flexibel? Es gibt Batterien die 3,6 Volt Nennspannung
> haben und diese Spannung nahezu bis zum Ende halten.
Leider aus Platzgründen bin ich gezwungen diese Bauform und Größe zu 
nehmen.

> Kiyan schrieb:
>> uC=1,7 mA (Dauer betrieb wird nicht in standby versetzt)
>
> Wenn das so bleibt spielen die anderen Werte fast keine Rolle. 1,7mA
> Dauerbelastung bedeuten nur wenige 100 Stunden Betrieb bei 950 mAh
> Batteriekapazität.

Trotzdem muss ich eine Rechnung zeigen die nur 2 min am Tag für senden 
beschreibt.

vielen dank nochmal für die Vorschläge

Autor: Jörg R. (solar77)
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Zagros B. schrieb:
> Trotzdem muss ich eine Rechnung zeigen die nur 2 min am Tag für senden
> beschreibt

In den 2 Minuten wird jede Sekunde gemessen und gesendet, also 120 mal.
Habe ich das so richtig verstanden?

Du schreibst das die minimale Spannung bei der die Komponenten noch 
arbeiten 1,8 Volt beträgt. Kannst Du für diesen Wert die Stromaufnahme 
der Komponenten benennen?

Eine genaue Berechnung der Betriebsstunden ist nur schwer möglich weil 
sich die Stromaufnahme mit abnehmender Batteriespannung ändert.


Kiyan schrieb:
> Das konnte ich berechnen wäre aber froh wenn es jemand macht um meine
> Ergebnisse zu vergleichen.

Wie sieht Deine Rechnung denn aus?


Und, noch eine Bitte am Rande - ein Thread, ein Username😀

Autor: Manfred (Gast)
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Jörg R. schrieb:
> Es gibt Bauformen mit Kapazitäten von 1,2 Ah bis 3,6 Ah und darüber.
> 2 Beispiele anbei:

Vorsichtig! Diese Bauart Lithium-Thionyl-Chlorid ist primär für die 
Sicherung von Speichern bei sehr geringem Strom gedacht.

Sie kann bei Last heftig in der Spannung einbrechen, was man teilweise 
mit einem dicken Elko kompensieren kann (Ich setze sowas ein).

Der Hersteller hat dazu eine ganz unauffällige Anmerkung im Datenblatt 
"Fitting the cell with a capacitor may be recommended in severe 
conditions. Consult Saft)"

Autor: Jörg R. (solar77)
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Manfred schrieb:
> Vorsichtig! Diese Bauart Lithium-Thionyl-Chlorid ist primär für die
> Sicherung von Speichern bei sehr geringem Strom gedacht.

Das ist richtig, aber 35 mA bzw. 70 mA Dauerbelastung können die 2 
verkinkten Batterien vertragen, so jedenfalls deute ich das Datenblatt.

> Sie kann bei Last heftig in der Spannung einbrechen, was man teilweise
> mit einem dicken Elko kompensieren kann (Ich setze sowas ein).

Guter Tipp.


Mein Tipp hat sich aber erledigt da der TO die CR2477 aus Platzgründen 
einsetzt.

Autor: LostInMusic (Gast)
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>Trotzdem muss ich eine Rechnung zeigen die nur 2 min am Tag für senden
>beschreibt.

Und wo ist das Problem?

Beispielrechnung: Ein Sender möge 80 mA während des Sendens und 0.2 mA 
im Standby verbrauchen. Er sendet jeden Tag 5 Minuten lang.

Dann berechnet sich seine mittlere Stromaufnahme zu

5/1440 · 80 mA + 1435/1440 · 0.2 mA = 0.477 mA

Die 1440 sind die Anzahl der Minuten pro Tag (60 · 24 = 1440).

Eine Batterie mit der Kapazität 2200 mAh kann diesen Sender in dieser 
Betriebsart

2200 mAh/(0.477 mA) = 4612 h

lang mit Strom versorgen; das sind 192 Tage oder roundabout ein halbes 
Jahr.

OK? Dann sieh zu, dass Du Deine Rechnung jetzt selber hinbekommst.

Autor: oszi40 (Gast)
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LostInMusic schrieb:
> Deine Rechnung jetzt selber hinbekommst.

Die wahrhaft nutzbare Kapazität einer NOCH frischen Batterie hängt 
leider auch von der Temperatur ab. Bei minus 20 Grad sieht die Welt ganz 
anders aus. Siehe Datenblatt 
z.B.http://www.datasheetarchive.de/dl/6675395de9e39ad4fca2a0ef4f15e0cd76eb91/P/sanyo+CR2477

Autor: Amateur (Gast)
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Mit den angegebenen Kapazitäten von Batterien verhält es sich wie mit 
dem angegebenen Verbrauch eines Autos. Wundert mich eigentlich, dass es 
noch keine Fahrzeuge mit negativen Verbrauchswerten gibt.

Spaß beiseite, Ernst komm raus.

Wie Du an Deinen eigenen Werten schon sehen kannst, zäumst Du das Pferd 
vom falschen Ende aus auf. Du solltest unbedingt mal nachsehen, ob sich 
nicht ein Schalt-FET zwischen Versorgungsspannung und Funke einschleifen 
lässt. Der µP könnte dann das Teil dann, bei Bedarf, ein- bzw. 
ausschalten.
Ein sinnvoller zweiter Kandidat, der weniger als ein 1/10 dieser 
Leistung verbrät, ist dann wohl nur noch Makulatur.

Im Übrigen habe ich noch keine Messschaltung erlebt, bei der nicht 
sinnvoll war den µP ins Bettchen schicken.

Autor: Jörg R. (solar77)
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LostInMusic schrieb:
> Und wo ist das Problem?

Ein Problem ist u.a. das sich die Stromaufnahem mit absinken der 
Batteriespannung ändert.

Warum rechnest Du mit fiktiven Werten wenn reale Werte vorliegen, 
abgesehen von meinem Einwand bezgl. der nicht konstanten Stromaufnahme?

Autor: Joe F. (easylife)
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1. (sekündlich) -> ca. 13 Tage
2. (2min. am Tag) -> ca. 23 Tage

Tip: den Sensor kannst du in der gesamten Abschätzung vernachlässigen.
Hauptstromverbraucher sind uC und Sender.

Autor: Jörg R. (solar77)
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Amateur schrieb:
> Im Übrigen habe ich noch keine Messschaltung erlebt, bei der nicht
> sinnvoll war den µP ins Bettchen schicken.

Den Standbyverbrauch des uC würde ich auch drastisch reduzieren.

Autor: Manfred (Gast)
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Jörg R. schrieb:
>> Vorsichtig! Diese Bauart Lithium-Thionyl-Chlorid ist primär für die
>> Sicherung von Speichern bei sehr geringem Strom gedacht.
>
> Das ist richtig, aber 35 mA bzw. 70 mA Dauerbelastung können die 2
> verkinkten Batterien vertragen, so jedenfalls deute ich das Datenblatt.

Sehe ich auch so, aber 3,2V @ 40mA

>> Sie kann bei Last heftig in der Spannung einbrechen, was man teilweise
>> mit einem dicken Elko kompensieren kann (Ich setze sowas ein).
> Guter Tipp.

Gucke mal in dem Datenblatt einer vergleichbaren Batterie von Tadiran 
das Diagramm "Typische Pulsentladung" unten rechts an :-(

Ist am Speicherscope ganz lustig: Leerlaufspannung, heftig runter bei 
Last und dann unter anliegender Last wieder steigend. Je länger das Teil 
stromlos war, desto heftiger der Einbruch.

Das scheisst einen furchtbar an, wenn der µC das als Resetgrund nimmt - 
hat mich in der Firma etliche Stunden gekostet.

Autor: LostInMusic (Gast)
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>Die wahrhaft nutzbare Kapazität einer NOCH frischen Batterie hängt
>leider auch von der Temperatur ab. Bei minus 20 Grad sieht die Welt ganz
>anders aus.

Dann verwendet man zum Rechnen natürlich den Wert der Kapazität der 
Batterie bei dieser Temperatur - logisch, oder? :-) Die Frage, woher man 
diesen Wert wissen kann, ist eine andere Baustelle. Müsste man halt 
schauen, ob sich dazu irgendwelche Daten finden lassen, oder notfalls 
selber messen.

>Ein Problem ist u.a. das sich die Stromaufnahem mit absinken der
>Batteriespannung ändert.

Dann berücksichtigt man das eben. Man kann diesen Effekt bestimmt 
einigermaßen gut abschätzen, z. B. zu 25 %, und dann wird die wahre Zeit 
halt um ungefähr soviel länger sein als die errechnete. Man braucht das 
Ergebnis ja wohl auch nicht auf drei Nachkommastellen genau.

>Warum rechnest Du mit fiktiven Werten wenn reale Werte vorliegen,
>abgesehen von meinem Einwand bezgl. der nicht konstanten Stromaufnahme?

Ein bisschen was darf der TO auch noch tun.

Autor: Jörg R. (solar77)
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LostInMusic schrieb:
> Dann berücksichtigt man das eben. Man kann diesen Effekt bestimmt
> einigermaßen gut abschätzen, z. B. zu 25 %, und dann wird die wahre Zeit
> halt um ungefähr soviel länger sein als die errechnete.

Wenn an der Batterie noch ein Schaltwandler hängt steigt die 
Stromaufnahme mit sinkender Batteriespannung. Wie sich der uC bzw. die 
vom TO verwendeten Module verhalten weis ich nicht.


> Man braucht das Ergebnis ja wohl auch nicht auf drei Nachkommastellen genau.

Richtig! Ob die Batterie aber 500 oder 1000 Stunden durchhält ist schon 
ist schon von wichtig.


> Ein bisschen was darf der TO auch noch tun.
Warum? Hilf dem TO doch wenn Du es kannst. Und Du kannst es doch😀
Wenn ich eine Berechnung vornehme dann mit den Werten die vorliegen. 
Weshalb solte ich mir fiktive Werte ausdenken?

Autor: Jörg R. (solar77)
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Manfred schrieb:
> Ist am Speicherscope ganz lustig: Leerlaufspannung, heftig runter bei
> Last und dann unter anliegender Last wieder steigend. Je länger das Teil
> stromlos war, desto heftiger der Einbruch.

Das ist interessant. Die Batterie verhält sich ja so als hätte sie einen 
dynamischen Innenwiderstand.


Ok, für den Einsatzzweck würde ich diese Batterie auch nicht mehr 
verwenden. Und wenn dann nur eine mit höherer Kapazität. Ich finde 
diesen Batterietyp so faszinierend weil die Spannung bis zum Ende der 
Kapazität nahezu konstant bleibt - bei kleinen Strömen. Ich verwende sie 
gelegtlich für Leds die mit 1 mA leuchten sollen und konstant hell 
bleiben - bis die Batterie leer ist.

: Bearbeitet durch User
Autor: Joachim B. (jar)
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Jörg R. schrieb:
> Richtig! Ob die Batterie aber 500 oder 1000 Stunden durchhält ist schon
> ist schon von wichtig.

deswegen schlug ich ja vor:

Joachim B. schrieb:
> Rechne grob mit 1/2 oder 1/5

Batteriekapazität

Autor: Manfred (Gast)
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Jörg R. schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Ist am Speicherscope ganz lustig: Leerlaufspannung, heftig runter bei
>> Last und dann unter anliegender Last wieder steigend. Je länger das Teil
>> stromlos war, desto heftiger der Einbruch.
> Das ist interessant. Die Batterie verhält sich ja so als hätte sie einen
> dynamischen Innenwiderstand.

Nee, mir sieht das so aus, als ob die Chemie passiviert. Fünf Messungen 
innerhalb weniger Minuten ergeben weniger Einbruch als wenn man diese 
nach Stunden oder am nächsten Tag macht.

Ich bin mir nicht sicher, wie sich LiMn-Knopfzellen (CRxxxx) da 
verhalten, tendenziell würde ich es auch da erwarten.

> Ok, für den Einsatzzweck würde ich diese Batterie auch nicht mehr
> verwenden.

Ich habe einige Schaltungen, die in Ruhe stromlos sind. Da wird dann per 
Li-Batterie ein Relais angeworfen, welches die Schaltung an Netzspannung 
legt und die weitere Speisung erfolgt vom Netz. Dafür sind diese Zellen 
prima und erreichen in der Praxis 20 Jahre.

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