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배터리 수명 계산기

잠들고, 측정하고, 일정 간격으로 송신하는 배터리 구동 센서가 얼마나 가는지 구합니다.

배터리

1사이클

결과

3.79년

평균 전류 54.99 µA.

평균 전류
54.99 µA사이클당 3.299 mA·s
비율: 슬립
9.07 %사이클당 59.85 s
비율: 측정
30.3 %사이클당 1 mA·s
비율: 송신
60.6 %사이클당 2 mA·s
전류로 환산한 자기 방전
2.738 µA용량의 연 1 %
수명(일)
1385.9사용 가능 1920 mAh
수명 동안의 사이클 수
1996000보낸 측정값
피크 전류
40 mA종지 전압 아래로 떨어지지 않고 배터리가 공급해야 함
공식 및 규격
Iavg = (Isleep tsleep + Imeas tmeas + Itx ttx) / T
life = C × usable share / (Iavg + C × self-discharge / 8766 h)

일정 간격으로 깨어나는 센서 노드는 전하를 세 부분으로 씁니다. 대부분 시간의 슬립 전류, 측정, 무선 송신입니다. 평균 전류는 사이클당 전하를 간격으로 나눈 값이고, 자기 방전은 1년에 같은 전하를 빼앗는 전류로 더합니다. 수명은 사용 가능 용량을 이 합계로 나눈 값입니다.

정격 용량은 작은 일정 전류와 실온에서 측정합니다. 저온, 큰 펄스 전류, 높은 종지 전압에서는 얻는 용량이 줄며, 사용 가능 비율로 이를 반영합니다. 리튬 염화티오닐 전지는 자기 방전이 매우 작지만 펄스 전류가 제한되어, 무선 피크용으로 커패시터를 함께 쓰는 경우가 많습니다. 사용 온도와 부하에서의 용량은 배터리 데이터시트를 확인하세요.

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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.

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