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Rechner für die Batterielaufzeit

Wie lange ein batteriebetriebener Sensor hält, der schläft, misst und einmal pro Intervall sendet.

Batterie

Jeder Zyklus

Ergebnis

3,79 Jahre

Mittlerer Strom 54,99 µA.

Mittlerer Strom
54,99 µA3,299 mA·s pro Zyklus
Anteil: Schlaf
9,07 %59,85 s pro Zyklus
Anteil: Messen
30,3 %1 mA·s pro Zyklus
Anteil: Senden
60,6 %2 mA·s pro Zyklus
Selbstentladung als Strom
2,738 µA1 % der Kapazität pro Jahr
Laufzeit in Tagen
1385,91920 mAh nutzbar
Zyklen über die Laufzeit
1996000gesendete Messwerte
Spitzenstrom
40 mAdie Batterie muss ihn liefern, ohne unter die Abschaltspannung zu fallen
Formeln und Normen
Iavg = (Isleep tsleep + Imeas tmeas + Itx ttx) / T
life = C × usable share / (Iavg + C × self-discharge / 8766 h)

Ein Sensorknoten, der einmal pro Intervall aufwacht, verbraucht seine Ladung in drei Teilen: den Schlafstrom über den größten Teil der Zeit, eine Messung und eine Funkübertragung. Der mittlere Strom ist die Ladung pro Zyklus geteilt durch das Intervall; die Selbstentladung kommt als der Strom hinzu, der dieselbe Ladung pro Jahr entnähme. Die Laufzeit ist die nutzbare Kapazität geteilt durch diese Summe.

Die Nennkapazität wird bei kleinem, gleichmäßigem Strom und Raumtemperatur gemessen. Kälte, hohe Impulsströme und eine hohe Abschaltspannung verringern, was Sie erhalten; der nutzbare Anteil deckt das ab. Lithium-Thionylchlorid-Zellen haben eine sehr geringe Selbstentladung, aber begrenzten Impulsstrom und werden oft mit einem Kondensator für die Funkspitzen kombiniert. Die Kapazität bei Ihrer Temperatur und Last steht im Datenblatt der Batterie.

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So funktioniert der Rechner für die Batterielaufzeit

Ein batteriebetriebener Sensor schläft die meiste Zeit, wacht zum Messen auf, sendet das Ergebnis per Funk und schläft wieder. Jeder dieser Zustände nimmt einen anderen Strom für eine andere Zeit auf. Der Rechner addiert die Ladung der drei Zustände pro Zyklus, teilt durch die Zykluszeit für den mittleren Strom, addiert die Selbstentladung der Batterie und teilt die nutzbare Kapazität durch die Summe.

Er zeigt auch, welcher Zustand den größten Teil der Ladung verbraucht, damit Sie wissen, wo sich Sparen lohnt.

Mittlerer Strom

Für einen Knoten, der mit 5 µA schläft, 100 ms bei 10 mA misst und einmal pro Minute 50 ms bei 40 mA sendet, beträgt die Ladung pro Zyklus 0,30 mA·s im Schlaf, 1 mA·s beim Messen und 2 mA·s beim Senden. Der Mittelwert ist 55 µA. Der Funk macht 61 % der Summe aus: Die Sendezeit zu halbieren oder nur jede zweite Messung zu senden spart weit mehr als ein kleinerer Schlafstrom.

Mit einer 2400-mAh-Zelle, von der 80 % nutzbar sind, und 1 % Selbstentladung pro Jahr ergeben sich etwa 3,8 Jahre.

Nutzbare Kapazität

Die Nennkapazität wird bei kleinem gleichmäßigem Strom, Raumtemperatur und einer angegebenen Abschaltspannung gemessen. Ihr Knoten bekommt weniger, wenn es kalt ist, wenn er hohe Impulse zieht oder wenn seine Elektronik oberhalb der Abschaltspannung der Batterie aussteigt. Der nutzbare Anteil deckt das ab; 70 bis 85 % sind ein üblicher Planungswert, die Kapazitätskurven im Batteriedatenblatt für Ihre Temperatur und Last ergeben einen besseren.

Spitzenstrom und Batteriechemie

Lithium-Thionylchlorid-Zellen (Li-SOCl₂) haben eine hohe Kapazität und eine sehr geringe Selbstentladung, was sie in Zählern und langlebigen Sensoren verbreitet macht. Zellen in Bobbin-Bauweise liefern nur kleine Impulsströme, und ein Funkimpuls kann ihre Spannung unter die Abschaltspannung ziehen, besonders in der Kälte. Ein Kondensator oder ein Hybrid-Schichtkondensator parallel zur Zelle liefert die Spitzen. Prüfen Sie den vom Rechner gezeigten Spitzenstrom gegen die Impulsbelastbarkeit der Batterie.

Selbstentladung und lange Laufzeiten

Die Selbstentladung ist ein Anteil der Kapazität, der pro Jahr verloren geht, ob der Knoten Strom zieht oder nicht. Bei sehr kleinen mittleren Strömen kann sie die Last übersteigen, und bei Laufzeiten über etwa zehn Jahre begrenzen meist Lagerfähigkeit und Passivierung der Batterie, nicht die Last.

Häufige Fragen

Wie messe ich die Ströme?

Mit einem Messgerät oder Stromprofiler, der den Schlafstrom in Mikroampere und die kurzen Impulse in Milliampere erfasst. Ein Multimeter im mA-Bereich mittelt die Impulse und übersieht den Schlafstrom.

Muss das Intervall konstant sein?

Nein. Für einen Knoten, der bei Alarm öfter sendet, rechnen Sie beide Fälle und gewichten sie danach, wie lange jeder dauert.

Und die Aufwärmzeit des Sensors?

Viele Sensoren brauchen nach dem Einschalten Zeit bis zum ersten gültigen Messwert. Rechnen Sie diese Zeit mit dem Strom des Sensors in die Messdauer ein.

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