배터리 수명 계산기의 원리
배터리로 동작하는 센서는 대부분의 시간을 슬립으로 보내다가 깨어나 측정하고, 결과를 무선으로 보낸 뒤 다시 잠듭니다. 상태마다 흐르는 전류도 지속 시간도 다릅니다. 이 계산기는 사이클당 세 상태의 전하를 더하고, 사이클 시간으로 나눠 평균 전류를 구한 뒤 배터리의 자기 방전을 더해, 사용 가능 용량을 그 합계로 나눕니다.
어느 상태가 전하의 대부분을 쓰는지도 보여 주므로 어디를 아껴야 효과가 큰지 알 수 있습니다.
평균 전류
5 µA로 자고, 10 mA로 100 ms 측정하고, 40 mA로 50 ms 송신하기를 1분에 한 번 하는 노드라면, 사이클당 전하는 슬립 0.30 mA·s, 측정 1 mA·s, 송신 2 mA·s입니다. 평균은 55 µA이며 무선이 합계의 61 %를 차지합니다. 송신 시간을 절반으로 줄이거나 두 번에 한 번만 보내는 것이 슬립 전류를 낮추는 것보다 훨씬 효과적입니다.
2400 mAh 전지에서 사용 가능 비율 80 %, 자기 방전 연 1 %라면 결과는 약 3.8년입니다.
사용 가능 용량
정격 용량은 작은 일정 전류, 실온, 정해진 종지 전압에서 측정합니다. 추울 때, 큰 펄스 전류를 쓸 때, 전자 회로가 배터리 종지 전압보다 높은 전압에서 멈출 때는 얻는 용량이 줄어듭니다. 사용 가능 비율이 이를 반영합니다. 계획값으로는 70~85 %가 흔하며, 사용 온도와 부하에 대한 배터리 데이터시트의 용량 곡선을 쓰면 더 정확합니다.
피크 전류와 전지 종류
리튬 염화티오닐(Li-SOCl₂) 전지는 용량이 크고 자기 방전이 매우 작아 계량기와 장수명 센서에 많이 쓰입니다. 보빈형 셀은 작은 펄스 전류만 낼 수 있어서 무선 송신 버스트에 전압이 종지 전압 아래로 떨어질 수 있으며, 특히 추울 때 그렇습니다. 셀에 병렬로 단 커패시터나 하이브리드형 커패시터가 피크를 공급합니다. 계산기가 보여 주는 피크 전류를 배터리의 펄스 능력과 비교하세요.
자기 방전과 장수명
자기 방전은 노드가 전류를 쓰든 안 쓰든 해마다 잃는 용량의 비율입니다. 평균 전류가 아주 작으면 부하보다 커질 수 있고, 수명이 약 10년을 넘으면 보통 부하가 아니라 배터리의 보관 수명과 부동태화가 한계를 정합니다.
자주 묻는 질문
전류는 어떻게 재나요?
슬립 전류를 마이크로암페어로, 짧은 버스트를 밀리암페어로 잡을 수 있는 계측기나 전류 프로파일러를 쓰세요. mA 레인지의 멀티미터는 버스트를 평균해 버리고 슬립 전류도 놓칩니다.
간격이 일정해야 하나요?
아닙니다. 경보 때 더 자주 송신하는 노드라면 두 경우를 모두 계산하고, 각각이 지속되는 시간으로 가중하세요.
센서의 예열 시간은 어떻게 하나요?
많은 센서는 전원을 켠 뒤 첫 유효 측정값까지 시간이 걸립니다. 그 시간을 센서 전류와 함께 측정 시간에 넣으세요.