電池寿命計算ツール

電池寿命計算ツールのしくみ

電池駆動のセンサは、大半の時間をスリープで過ごし、起動して測定し、結果を無線で送ってまたスリープします。それぞれの状態で、流れる電流も続く時間も異なります。このツールは 1 サイクルあたりの 3 つの状態の電荷を足し、サイクル時間で割って平均電流を求め、電池の自己放電を加えて、使用可能容量を合計で割ります。

どの状態が電荷の大部分を使っているかも示すので、どこを節約すると効果的かがわかります。

平均電流

5 µA でスリープし、10 mA で 100 ms 測定し、40 mA で 50 ms 送信するのを 1 分に 1 回行うノードでは、1 サイクルの電荷はスリープ 0.30 mA·s、測定 1 mA·s、送信 2 mA·s です。平均は 55 µA で、無線が合計の 61 % を占めます。送信時間を半分にするか、2 回に 1 回だけ送るほうが、スリープ電流を下げるよりはるかに効果があります。

2400 mAh の電池で使用可能な割合を 80 %、自己放電を年 1 % とすると、結果は約 3.8 年です。

使用可能容量

定格容量は、小さな一定電流、室温、所定の終止電圧で測定されています。低温のとき、大きなパルス電流を流すとき、電子回路が電池の終止電圧より高い電圧で止まるとき、得られる容量は減ります。使用可能な割合でこれを考慮します。計画値としては 70～85 % がよく使われますが、使用温度と負荷に対する電池データシートの容量曲線を使えばより正確です。

ピーク電流と電池の種類

塩化チオニルリチウム（Li-SOCl₂）電池は容量が大きく自己放電がごく小さいため、メータや長寿命センサでよく使われます。ボビン型セルは小さなパルス電流しか流せず、無線送信のバーストで電圧が終止電圧を下回ることがあり、特に低温で起こりやすくなります。セルに並列に接続したコンデンサやハイブリッド型コンデンサがピークを供給します。ツールが示すピーク電流を電池のパルス能力と比べてください。

自己放電と長寿命

自己放電は、ノードが電流を流しているかどうかにかかわらず、毎年失われる容量の割合です。平均電流がごく小さいと負荷より大きくなることもあり、寿命が約 10 年を超える場合は、通常、負荷ではなく電池の保存寿命や不働態化が限界を決めます。

よくある質問

電流はどう測ればよいですか？

スリープ電流をマイクロアンペアで、短いバーストをミリアンペアで捉えられる計測器や電流プロファイラを使います。mA レンジのテスタではバーストが平均化され、スリープ電流も捉えられません。

間隔は一定でなければなりませんか？

いいえ。警報時に送信回数が増えるノードなら、両方の場合を計算し、それぞれが続く時間で重み付けしてください。

センサのウォームアップ時間はどうしますか？

多くのセンサは、電源を入れてから最初の有効な測定値が得られるまで時間がかかります。その時間をセンサの電流で測定時間に含めてください。