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Rechner für die Akkulaufzeit

Schätzen Sie die Akkulaufzeit für IoT- und tragbare Geräte unter Berücksichtigung der durchschnittlichen Stromaufnahme, des Arbeitszyklus, der Selbstentladungsrate und der Abschaltung für die Entladetiefe ab. Geeignet für LiPo-, Alkali-, NiMH- und Knopfzellenbatterien.

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Formel

I_{eff} = I_{avg} \cdot \frac{D}{100},\quad t = \frac{C \cdot (1 - SoC_{min}/100)}{I_{eff} + R_{sd}}

Referenz: Nordic Semiconductor PWR Profiler methodology; Texas Instruments SLUA364

I_eff— Effective current after duty cycle (mA)
I_avg— Average current draw (mA)
D— Duty cycle (%)
C— Battery capacity (mAh)
SoC_min— Cutoff state of charge (%)
R_sd— Self-discharge per hour (mAh/h)

Wie es funktioniert

Die Berechnung der Batterielebensdauer ist ein wichtiger Aspekt des Stromnetzdesigns und verbindet theoretische Elektrochemie mit praktischer Elektrotechnik. Das grundlegende Prinzip besteht darin, die gesamte verfügbare Ladekapazität zu verstehen und zu verstehen, wie verschiedene Faktoren die Batterieleistung beeinträchtigen. Die Selbstentladung ist ein häufig übersehenes Phänomen, bei dem Batterien aufgrund interner chemischer Reaktionen und Elektronenmigration ihre Ladung verlieren, auch wenn sie nicht aktiv verwendet werden. Das Konzept des Arbeitszyklus spiegelt den realen intermittierenden Gerätebetrieb wider, bei dem der Spitzenstromverbrauch erheblich von der durchschnittlichen Stromaufnahme abweicht. Ingenieure müssen die Besonderheiten der Batteriechemie berücksichtigen, da Lithium-Ionen-, Blei-Säure- und Alkalibatterien unterschiedliche Entladeeigenschaften aufweisen. Temperatur, Lastprofil und Innenwiderstand erschweren die Vorhersage der Batterielaufzeit zusätzlich, weshalb eine präzise Modellierung für die Entwicklung energieeffizienter elektronischer Systeme unerlässlich ist.

Bearbeitetes Beispiel

Stellen Sie sich einen 2000-mAh-Lithium-Ionen-Akku vor, der einen drahtlosen Sensor mit 50 mA Spitzenstrom bei einer Einschaltdauer von 10% versorgt. Die monatliche Selbstentladungsrate beträgt 3%. Berechnen Sie die erwartete Laufzeit. Spitzenstrom: 50 mA. Arbeitszyklus: 10% Durchschnittliche Stromberechnung: 50 mA × 0,1 = 5 mA. Selbstentladung pro Monat: 3% Monatliche Selbstentladung pro Stunde: 3% ÷ 720 Stunden = 0,0042 mA. Berechnung der Laufzeit: (2000 mAh × 0,9) ÷ (5 mA + 0,0042 mA) = 323 Stunden oder ungefähr 13,5 Tage Dauerbetrieb.

Praktische Tipps

  • ✓Messen Sie immer die tatsächliche Selbstentladungsrate für ein bestimmtes Batterielot
  • ✓Verwenden Sie das Datenblatt des Herstellers für genaue Batterieeigenschaften
  • ✓Berücksichtigen Sie die Auswirkungen der Temperatur auf die Akkuleistung

Häufige Fehler

  • ✗Vernachlässigung der Selbstentladungsrate bei Schätzungen der langfristigen Akkulaufzeit
  • ✗Annahme einer linearen Entladungskurve für nichtlineare Batteriechemien
  • ✗Verwendung des Spitzenstroms anstelle des Durchschnittsstroms für Laufzeitberechnungen

Häufig gestellte Fragen

Niedrigere Temperaturen reduzieren die Batteriekapazität und erhöhen den Innenwiderstand. Höhere Temperaturen beschleunigen die Selbstentladung und können die Batteriechemie schneller verschlechtern.
Der Arbeitszyklus gibt den Prozentsatz der Zeit an, in der ein Gerät aktiv Strom verbraucht, während es sich während einer bestimmten Betriebsperiode in einem niedrigen Stromverbrauch oder im Leerlauf befindet.
Der Grenzwert verhindert eine Tiefentladung, die die chemische Struktur der Batterie dauerhaft schädigen könnte, und reduziert die verfügbare nutzbare Kapazität, um die Lebensdauer der Batterie zu schützen.
Taschenrechner liefern vernünftige Schätzungen, können aber die realen Bedingungen nicht perfekt vorhersagen. Die tatsächliche Akkulaufzeit hängt von der Temperatur, den Lastschwankungen und dem Alter der Batterie ab.
Nein, die Selbstentladungsraten unterscheiden sich je nach Batteriechemie erheblich. Lithium-Ionen-Batterien haben im Vergleich zu Blei-Säure- oder Alkalibatterien in der Regel niedrigere Selbstentladungsraten.

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