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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Laufzeit von einem Powerbank berechnen


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Autor: Christian (Gast)
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Guten Tag,

Wer kann mir bei der Berechnung helfen?

Folgende Ausgangssituation :
Verbraucher (Echolot) 12v 0.75A (mal angenommen, dass es konstant wäre)
Powerbank 20000 mAh bei 3.7V (ca. 13000 mAh bei 5.1V), unter anderem 
wäre es in der Lage 2x 5.1V bei 2x 2,4A; 9V bei 2A und 12V bei 1.5A 
auszugeben.
Die Spannungsmodi werden über einen Trigger gesteuert.

Jetzt ist die Frage für wie Lange würde die volle Ladung ausreichen? 
(Minuten/Stunden?)

Danke

Mfg. Christian

Autor: Jens M. (schuchkleisser)
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Verbraucher 12x0,75=9W
Akku 5*13=65Wh
Zeit dann 65Wh/9W=7,2h

Autor: Jemand (Gast)
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Guten Tag

Wandlerverluste nicht außer acht lassen.
Im allgemeinen steigen diese wenn die Wandlerverhältnisse, vor allem bei 
step up, größer werden auch ist natürlich der Strom mit den die 
eigentliche Zelle belastet wird auch etwa 3,5 bis 4 mal höher als der 
Strom am 12V Ausgang und leider ist die nutzbare Kapazität auch bei der 
LiIon Technologie vom Entladestrom abhängig.
Auf welchen Entladestrom und welcher genauen Entladeschlussspannung die 
Wh Angabe beruht wird bei den Powerbänken eigentlich nie angegeben 
(würde wohl auch 95% der Nutzer nur verwirren - die haben ja schon 
Probleme mit den Wh...)

Jemand

Autor: Christian (Gast)
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Kann man da eventuell die Kapazität bei 12v Spannung von so einem 
Powerbank ausrechnen?

Weil du rechnest mit 5V Ausgang, der Powerbank wird aber am Ausgang 12V 
haben.
Mich interessieren vor allem dieser Wert
20000mAh = 3.7V
13000mAh = 5.1V
??? = 12V

2 obere Werte sind vom Hersteller. Wie kommt man dazu?

Autor: Falk B. (falk)
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Christian schrieb:
> Kann man da eventuell die Kapazität bei 12v Spannung von so einem
> Powerbank ausrechnen?

Abschätzen.

> Weil du rechnest mit 5V Ausgang, der Powerbank wird aber am Ausgang 12V
> haben.
> Mich interessieren vor allem dieser Wert
> 20000mAh = 3.7V
> 13000mAh = 5.1V
> ??? = 12V
>
> 2 obere Werte sind vom Hersteller. Wie kommt man dazu?

Rechne die Energie aus und berücksichtige den Wirkungsgrad des 
Schaltreglers. Den kann man nur vorsichtig schätzen, sagen wir 80-90%. 
Oder real messen, indem man eine konstante Last (Leistungswiderstand) 
dranhängt und die Zeit mißt, das wird noch etwas genauer, weil 
realistisch.

Eein = Uein * Qein = 3,7V * 20Ah = 74Wh
Eaus = Eein * eta = 74Wh * 80% = 59,2Wh
taus = Eaus / (Iaus * Uaus) = 59,2Wh / (12V*0,75A) = 6,6h

Autor: Jens M. (schuchkleisser)
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Christian schrieb:
> 20000mAh = 3.7V
> 13000mAh = 5.1V

Das sagt dir nur: Da ist ein 20Ah Akku drin.
Und: Da kann man 13Ah bei 5V USB-Anschluss mit aufladen.

Der Spannungswandler da drin ist schon mit seinem Wirkungsgrad 
berechnet, denn 3,7V ist schon nur Nominalspannung, reell ist das ja 
mehr, aber bei 3,7V sind 74Wh drin.
Wenn man 90% Wirkungsgrad annimmt, kommt man bei 66Wh raus, was sich gut 
mit "13Ah bei 5V" deckt, das sind ja 65.
Wenn der Wandler jetzt auf 12V statt 5V wandelt, sind es immer noch 
65Wh, also so 5,4 Ah.
Was dann etwa 7h ergeben müsste.

Bei der Lügerei aus Asien mit den Powerbankakkus würde ich alles 
jenseits der 5h als Gewinn einschätzen.
Wenn es davor schon schlappmacht war es wirklich das billigste vom 
billigen...

Autor: Wolfgang (Gast)
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Christian schrieb:
> Jetzt ist die Frage für wie Lange würde die volle Ladung ausreichen?
> (Minuten/Stunden?)

Gehe die beiden Aufgaben nacheinander an.

1) Zuerst rechnest du per Dreisatz die verfügbare Ladung auf 12V-Niveau 
aus.
x / 20000mAh = 3.7V / 12V

2) Diese Ladung multiplizierst du mit dem Gesamtwirkungsgrad des/der 
Step-Up Wandler.

3) Die so berechnete, auf 12V verfügbare Ladung teilst du durch die 
Stromaufnahme deines Echolotes.

4) Bruchteile von Stunden rechnest du anschließen in Minuten um, indem 
du mit sie mit 60 min/h multiplizierst.

p.s.
Was genau hat dein Problem jetzt eigentlich mit Mikrocontrollern zu tun?

Autor: Jemand (Gast)
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Hallo

Das Problem und die Herausforderung sind halt der unbekannte 
Wirkungsgrad der rein aus Erfahrung zwischen 80% und 95% liegen dürfte - 
der ist aber auch noch Last abhängig.
Hinzu kommt dann noch die unbekannte Kapazitätsverminderung die nun mal 
bei allen Akkusystemen bei höheren Strömen stattfindet.

Als Extra noch die unbekannte Entladeendspannung (man kann im Netz zwar 
die ungefähren Werte ausfindig machen, aber wer kennt schon die genau 
eingesetzte LiIonen Technologie und was dem Hersteller der Powerbank 
wichtiger ist - maximale Kapazität oder hohe Lebensdauer - und nicht 
immer vom ersten Gedanken ausgehen...).

Dann kommt noch die unbekannte tatsächliche Stromstärke mit ins Spiel- 
digitale Systeme ziehen gerne mal sehr kräftige Impulse legen aber auch 
längere "Schlafphasen" ein so das die Vorgabe vom TO zwar schön ist aber 
die Realität schnell was anderes lehren kann (besonders dann wenn der 
Akku sich dem Ladeschluss nähert und die kräftigen Strompulse dafür 
sorgen das die Schutzschaltung der Powerbank diese halt abschaltet).

Die Mathematik dahinter ist recht einfach - nur sind leider auch LiIonen 
Akkus auch nicht frei von solchen Einflüssen die halt dafür sorgen das 
die Kapazitäts-- und Wh Angaben ohne weiteren, möglichst belegten 
Angaben, (zuverlässige Datenblätter mit Angaben wie gemessen wurde) nur 
sehr grobe Angaben sind die für den typischen Einsatzbereich halt in 
etwas zutreffen, bzw, als Vergleich innerhalb dieser Systeme und 
Leistungsklassen dienen können.

Jemand

Autor: Christian (Gast)
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Danke für die zahlreiche Antworten.

Vor paar Tagen habe ich sowohl das Echolot als auch so eine 
elektronische USB Last dazu geholt.

Info:
-Die vollgeladene Powerbank Xiaomi Mi Power Bank 2C 20000 mAh
-Das Echolot von Garmin Striker PLUS 9sv (der Verbrauch bei der 
100%Helligkeit lag tatsächlich, wie vom Hersteller eingegeben, bei 0.7A)

Die Powerbank hat insgesamt fast 7,5 Std bei 0.72A Last durchgehalten, 
bis die Unterspannungsschutz bei der Powerbank das Ganze abgeschaltet 
hat. Laut der Messung von USB Last wurde so um 5,3Ah verbraten.

Das Einzige was ich nicht so toll fand, war der Trigger, bei der 
Einschaltung, wenn er schon auf 12V gewechselt hat und wenn man dann die 
Last einhängt, fängt er kurz zwischen 9(10) und 12V zu wechseln, was 
wiederum dazu führt, dass das Echolot manchmal nicht einschaltet.

d.h. so wie es aussieht, wäre es einfacher,  den externen DC DC Step Up 
Modul einzuhängen.

Autor: Jens M. (schuchkleisser)
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Jens M. schrieb:
> also so 5,4 Ah.
> Was dann etwa 7h ergeben müsste.

Oh, nice.
Danke für die Rückmeldung!

Autor: oszi40 (Gast)
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Christian schrieb:
> Diese Powerbank hat insgesamt fast 7,5 Std bei 0.72A Last durchgehalten

Je nach Umgebungstemperatur und Entladestrom könnte es auch anders sein, 
da der Akku bei höherem Entladestrom oft größere Verluste hat.

Autor: Rolf M. (rmagnus)
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Jemand schrieb:
> Dann kommt noch die unbekannte tatsächliche Stromstärke mit ins Spiel-
> digitale Systeme ziehen gerne mal sehr kräftige Impulse legen aber auch
> längere "Schlafphasen" ein so das die Vorgabe vom TO zwar schön ist aber
> die Realität schnell was anderes lehren kann (besonders dann wenn der
> Akku sich dem Ladeschluss nähert und die kräftigen Strompulse dafür
> sorgen das die Schutzschaltung der Powerbank diese halt abschaltet).

Der größte Verbraucher in einem Echolot ist ein Lautsprecher, der 
regelmäßig mit einem kräftigen Ultraschall-Impuls belegt wird. 
Dementsprechend wird auch die Stromaufnahme von starken Impulsen geprägt 
sein.

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