Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Batterie-Lösung gesucht


von AN D. (schoensittich)


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Hallo zusammen

Vielleicht gibt es ja hier Batterie-Experten unter Euch.

Also ich habe eine Schaltung entwickelt, die zwei Sensoren, einen uC und 
ein Bluetooth LE Modul enthält. Auf Nachfrge einer Android-App werden 
die Sensorwerte entsprechend abgefragt.

Im Idle-Zustand verbraucht die gesamte Schaltung bei 3,3V ca. 250 uA. 
Sämtliche Devices lassen sich stabil bis 1,8 V betrieben und verbrauchen 
dann ca. 700 uA. Das habe ich jetzt über einen längeren Zeitraum bereits 
sehr erfolgreich getestet (mit einem Netzteil).

In der Schaltung selber gibt es noch Einsparpotenzial, da ich zum 
Debuggen LED genutzt habe und die Sensoren dauerhaft gepowert sind etc.

Jetzt suche ich ich für die finale Version nach einer Lösung, um das 
ganze mit einer Batterie zu betreiben.

Schön wären folgende Sachen:

- Die Batterie sollte Platzsparend sein, da ich gerne (kein Muss) ein 
Case eines RaspberryPi Zero verwenden würde.

- Keine extrem exotische Lösung, wo eine Batterie / Akku 20 € kostet. 
Ich würde die Sensoren gerne in jedem Raum platzieren

- Das Device sollte eine Mindestlaufzeit von mehreren Monaten haben

Im Idealfall würde ich natürlich gerne auf einen Regler verzichten. 
Falls dieser Muss, dann wäre ein Linearregler keine Option oder?

Vielen vielen Dank im Voraus für Eure Antworten!

: Verschoben durch Admin
von Conny G. (conny_g)


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Im einfachsten Fall einfach eine CR2032 mit 3V und schauen wielange die 
Schaltung damit hält :-)

Möchtest den Schaltplan posten? Bei mir stehen in den nächsten Monaten 
auch ein paar Sensorschaltungen dieser Art an.

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Auch in mehreren Monaten ergibt dein aktueller Verbrauch kein Ah, also 
reicht ein üblicher LiPoly AkkuPack. Dennoch würde ich erst mal mit 
sleep und ohne LED eine maximal stromsparende Lösung bauen - dann darf 
ser Akku kleiner sein bzw.  hält noch länger.
Bei Verbrauch im Mikroamperebereich sind Linearregler mit geringem 
Eigenstromverbrauch meist besser als Schaltregler, falls deine 
Elektronik die 4.2V nicht aushält.

von AN D. (schoensittich)


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Conny G. schrieb:
> Im einfachsten Fall einfach eine CR2032 mit 3V und schauen wielange die
> Schaltung damit hält :-)
>
> Möchtest den Schaltplan posten? Bei mir stehen in den nächsten Monaten
> auch ein paar Sensorschaltungen dieser Art an.

Bin z.Zt. nicht daheim. Kann ich aber später gerne machen.

von Stefan F. (Gast)


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Die Ruhestromaufnahme beträgt in 3 Monaten etwa 500mAH. Das sollte mit 
einem handelsüblichen Lithium Akku ganz locker klappen.

Wenn du einen LiFePo4 Akku verwendest und deine Bauteile 3,6V vertragen, 
brauchst du einen Spannungsregler.

Deine Ruhestromaufnahme ist allerdings hoch genug, dass man dort 
problemlos einen sparsamen Spannungsregler verwenden kann. Es gibt 
welche, die weniger als 100µA aufnehmen. Wenn du dich darauf einlässt, 
kommen auch andere Akku-Typen in Frage.

> dann wäre ein Linearregler keine Option oder?

Die Schaltregler, die ich kenne, haben alle eine höhere 
Ruhestromaufnahme, als die sparsamen Linear-Regler. Also nein, sie sind 
durchaus eine praktikable Option.

von Arno (Gast)


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...haben die nicht typischerweise sowas wie 200mAh? Dann kann man das 
doch ausrechnen - 200mAh/250µA = 800h, knapp über ein Monat.

Nächstgrößere einfache Option wäre sowas wie CR2: 
https://www.reichelt.de/Lithium-Batterien/ANS-5020022/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=1028&ARTICLE=202637&SEARCH=lithium&START=0&OFFSET=16&; 
- ungefähr vierfache Laufzeit, aber nicht ganz billig.

Und dann wird es irgendwann vom Batterie-Verbrauchspreis her 
interessant, einen kleinen Step-Up-Regler für Alkaline- oder 
NiMH-Mignonzellen einzusetzen. Ich verbaue gerade ganz gern den L6920, 
der hat eine Eigenstromaufnahme von 10-20µA, wenn ich das Datenblatt 
gerade richtig gelesen habe. Bei typisch 2000mAh bei 1,5V kommst du 
wahrscheinlich ungefähr auf die gleiche Akkulaufzeit wie mit der CR2, 
bei 1/10 der Kosten pro Batterie, aber +4Euro (oder so) für die 
Schaltreglerkomponenten.

Oder 2x Mignonzelle nehmen und Schaltregler einsparen, dann reden wir 
über 4000h Laufzeit aus 40Ct Batterien (vom Discounter).

MfG, Arno

von Johannes S. (Gast)


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Bei Reichelt sind einige Lithium Zellen erhältlich, über den Filter kann 
man die passend selektieren: 
https://www.reichelt.de/Lithium-Batterien/2/index.html?ACTION=2&LA=2&GROUPID=1028
Eine Zelle in AA Größe hat z.B. 2000 mAh bei 3V. Das wäre knapp 1 Jahr 
lebensdauer, da lohnt es sich noch etwas sparsamer zu werden.

von Stefan F. (Gast)


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> der hat eine Eigenstromaufnahme von 10-20µA

Pass auf, nicht die Stromaufnahme des IC mit der Stromaufnahme der 
gesamten Schaltung zu verwechseln. Die Datenblätter sind bei solchen 
Angaben oft absichtlich verwirrend, wenn dabei Zahlen heraus kommen, die 
besser aussehen.

> Oder 2x Mignonzelle nehmen und Schaltregler einsparen, dann reden wir
> über 4000h Laufzeit aus 40Ct Batterien (vom Discounter).

Was ich durchaus für Sinnvoll halte. Akkus sind doch eher was für 
Geräte, die mehr Strom aufnehmen und öfter ans Ladegerät müssen.

von Stefan F. (Gast)


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> Ich verbaue gerade ganz gern den L6920,
> der hat eine Eigenstromaufnahme von 10-20µA

Ich habe gerade mal ins Datenblatt geschaut. Bei 250µA Laststrom hat er 
einen Wirkungsgrad von ca 70% (unter optimalen Bedingungen!). Du 
verliest also fast 100µA.

Linear-Regler mit weniger als 100µA Verlust sind leicht zu finden und 
weniger anspruchsvoll.

von Jörg R. (solar77)


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Eine CR2477 ist etwas größer als eine CR2032. Sie hat aber ca. 950mAh 
Kapazität.

Die unten verlinkte Batterie ist zwar recht teuer, aber sie hat einige 
Vorteile:

- hohe Kapazität
- die Spannung bleibt bis zum Schluss nahezu stabil
- es gibt auch andere (größere) Bauformen
- es gibt sie mit und ohne Lötanschluss


Beispiel:

https://www.reichelt.de/Lithium-Batterien/LS-14250CNA/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=135658&GROUPID=1028&artnr=LS+14250CNA&SEARCH=%252A


AN D. schrieb:
> Im Idealfall würde ich natürlich gerne auf einen Regler verzichten.
> Falls dieser Muss, dann wäre ein Linearregler keine Option oder?

Doch, ein MCP17xx käme in Frage. LDO mit einem Eigenverbrauch von ca. 
2uA.

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Conny G. schrieb:
> Im einfachsten Fall einfach eine CR2032 mit 3V und schauen wielange die
> Schaltung damit hält :-)

Das kann und sollte man vorab rechnen. Die CR-Typen haben einen Vorteil, 
sie könnten ein 3.3V-System ohne Spannungsregler direkt speisen. Die 
Nennkapazität wird bis Endspannung 2,0V angegeben, bei einer CR2032 
zwischen 200 und 250mAh.

Jörg R. schrieb:
> Doch, ein MCP17xx käme in Frage. LDO mit einem Eigenverbrauch von ca.
> 2uA.

Schöner Katalogwert "typ.", real gemessen habe ich eher 4..5 µA. Ist 
aber trotzdem ein sehr guter Wert und bei kleinen Strömen dem typischen 
Schaltregler deutlich überlegen.

von Jörg R. (solar77)


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Manfred schrieb:
> Schöner Katalogwert "typ.", real gemessen habe ich eher 4..5 µA. Ist
> aber trotzdem ein sehr guter Wert und bei kleinen Strömen dem typischen
> Schaltregler deutlich überlegen.

...knapp über 2 uA selbst gemessen? Das ist aber auch etwas 
Exemplarabhängig und auch 5 uA sind noch ok. Für die Berechnung 
(Stromverbrauch) würde ich auch den höheren Wert von 5 uA ansetzen.

: Bearbeitet durch User
von AN D. (schoensittich)


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Hallo zusammen und vielen Dank für Eure Antworten!

Also ich hab mal bei den LDO's geschaut und einen ziemlich guten von TI 
gefunden.

Den Schaltplan hab ich mal angehangen.

Im Internet bin ich auf folgende Batterie gestoßen:

http://www.akkushop.de/de/er14505-lithium-batterie-aa-mignon-36-volt-2400mah/?gclid=Cj0KCQiAgNrQBRC0ARIsAE-m-1zOE7rJz_nrF0WVzhjv4h8-xdgzenXyxcOID3tK9SKrvFEQkvc4DI0aAj_6EALw_wcB

Mal ne ganz andere Frage. Die Batterie hat eine Nennspannung von 3,6 V 
und wahrscheinlich eine Leerlaufspannung von > 4V. Was passiert, wenn 
eine Lithiumbatterie langsam leer wird. Muss man die Entladung ab einer 
gewissen Spannung begrenzen bzw. stoppen oder kann ich die so lange 
entladen, bis die Schaltung nicht mehr funktioniert?

von hinz (Gast)


Angehängte Dateien:

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AN D. schrieb:
> 
http://www.akkushop.de/de/er14505-lithium-batterie-aa-mignon-36-volt-2400mah/?gclid=Cj0KCQiAgNrQBRC0ARIsAE-m-1zOE7rJz_nrF0WVzhjv4h8-xdgzenXyxcOID3tK9SKrvFEQkvc4DI0aAj_6EALw_wcB
>
> Mal ne ganz andere Frage. Die Batterie hat eine Nennspannung von 3,6 V
> und wahrscheinlich eine Leerlaufspannung von > 4V.

Nein, die Leerlaufspannung beträgt 3,6V.


> Was passiert, wenn
> eine Lithiumbatterie langsam leer wird. Muss man die Entladung ab einer
> gewissen Spannung begrenzen bzw. stoppen oder kann ich die so lange
> entladen, bis die Schaltung nicht mehr funktioniert?

Letzteres.

von hinz (Gast)


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hinz schrieb:
> Nein, die Leerlaufspannung beträgt 3,6V.

Argh! Das hätte 3,67V heißen sollen.

von AN D. (schoensittich)


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Danke für das Datenblatt!

Die Entladekurve ist ja sagenhaft

von hinz (Gast)


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AN D. schrieb:

> Die Entladekurve ist ja sagenhaft

Das liegt daran, dass SOCl_2 eine Flüssigkeit ist.


http://www1.ict.fraunhofer.de/deutsch/scope/ae/lisocl2sys.html

von Conny G. (conny_g)


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AN D. schrieb:
> Also ich hab mal bei den LDO's geschaut und einen ziemlich guten von TI
> gefunden.

Braucht's von 3.6V nach 3.3V einen Regler?

von AN D. (schoensittich)


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Conny G. schrieb:
> AN D. schrieb:
>> Also ich hab mal bei den LDO's geschaut und einen ziemlich guten von TI
>> gefunden.
>
> Braucht's von 3.6V nach 3.3V einen Regler?


Ich regle nach 3,0 V.

Ausserdem ist 3.6 V die obere Speziikationsgrenze der meißten verbauten 
Devices.

von Jörg R. (solar77)


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AN D. schrieb:
> Conny G. schrieb:
>> AN D. schrieb:
>>> Also ich hab mal bei den LDO's geschaut und einen ziemlich guten von TI
>>> gefunden.
>>
>> Braucht's von 3.6V nach 3.3V einen Regler?
>
> Ich regle nach 3,0 V.
>
> Ausserdem ist 3.6 V die obere Speziikationsgrenze der meißten verbauten
> Devices.

Bei 250uA Laststrom würde ich eine Diode nehmen die einen geringen 
Spannungsabfall hat. Dann kommst Du auf ca. 3,3 Volt.

https://www.reichelt.de/1N-UF-AA-Dioden/1N-5817/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=41848&GROUPID=2987&artnr=1N+5817&SEARCH=1N%2B58

: Bearbeitet durch User
von Alex (Gast)


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Conny G. schrieb:
> AN D. schrieb:
> Also ich hab mal bei den LDO's geschaut und einen ziemlich guten von TI
> gefunden.
>
> Braucht's von 3.6V nach 3.3V einen Regler?

Mach ne schottky diode dazwischen

von Stefan F. (Gast)


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Der Spannungsabfall an Shottky Dioden ist nicht geringer, als an 
üblichen Spannungsreglern. Allerdings haben Shottky Dioden keine 
Ruhestromaufnahme, was man als Vorteil werten mag.

Dafür ist der Nachteil instabile Ausgangsspannung, wenn der Laststrom 
schwankt. Für µC ist das typischerweise kein Problem. Für analoge 
Schaltungen allerdings häufig schon.

von Arno (Gast)


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Stefan U. schrieb:
>> Ich verbaue gerade ganz gern den L6920,
>> der hat eine Eigenstromaufnahme von 10-20µA
>
> Ich habe gerade mal ins Datenblatt geschaut. Bei 250µA Laststrom hat er
> einen Wirkungsgrad von ca 70% (unter optimalen Bedingungen!). Du
> verliest also fast 100µA.
>
> Linear-Regler mit weniger als 100µA Verlust sind leicht zu finden und
> weniger anspruchsvoll.

Können aber nicht aus einer Mignonzelle 3V holen ;) (der L6920 ist ein 
Step-Up-Regler)

MfG, Arno

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