バッテリー寿命計算ツール
平均消費電流、デューティサイクル、自己放電率、および放電深度カットオフを考慮して、IoT およびポータブルデバイスのバッテリー稼働時間を推定します。LiPo、アルカリ、NiMH、コイン電池に適しています。
公式
参考: Nordic Semiconductor PWR Profiler methodology; Texas Instruments SLUA364
仕組み
バッテリー寿命計算ツールは容量、負荷電流、デューティサイクルから実行時間を推定します。これはIoTデバイス、ウェアラブル、およびポータブル電子機器の設計に不可欠です。組み込みシステムエンジニア、製品設計者、フィールドアプリケーションエンジニアは、このツールを使用してバッテリのサイズを決定し、電力バジェットを最適化します。テキサス・インスツルメンツの「パワー・マネジメント・ガイド」（SLVA773）によると、一般的なBLEセンサー・ノードは、送信時に15mA（デューティ・サイクル 1%）、スリープ・モードでは3µAの電流を消費し、平均電流は270µAです。2000mAhのCR2450コインセルは308日間の動作が可能です。バッテリー容量の測定とPeukertモデリングは、IEC 61960（ポータブルアプリケーション用の二次リチウム電池とバッテリー）およびIEC 60086（一次バッテリー）規格に準拠しています。基本方程式の実行時間 = 容量 × (1-自己放電)/Average_Current は放電が定常であることを前提としていますが、実際のバッテリーの放電曲線は非線形です。リチウムイオン電池は、3.6 V 以上では定格容量の 90% を供給しますが、3.6 V ～ 3.0 V のカットオフでは最後の 10% しか供給しません。Peukertの式 (Cp = i^K × t) は、レートに依存する容量損失をモデル化しています。C/10のレートで2000 mAhのバッテリは全容量を提供しますが、1Cのレートでは1850 mAh (エナジャイザのアプリケーションノートでは 7.5% の損失) しか得られません。
計算例
目標寿命が 10 年の LoRaWAN 環境センサー用のバッテリーシステムを設計します。TI CC1310 データシートに基づく負荷プロファイル:送信モード = 15 分ごとに 100 ミリ秒で 25 mA、アクティブ処理 = 1 回の送信あたり 50 ミリ秒で 3 mA、ディープスリープ = 0.7 µA 連続。ステップ 1: 平均電流の計算 — 送信:25 mA × (0.1秒/900 秒) = 2.78 µA。処理:3 mA × (0.05秒/900 秒) = 0.17 µA。スリープ:0.7 µA。合計平均値 = 3.65 µA。ステップ 2: 自己放電を考慮する — タディランリチウム塩化チオニル電池の自己放電は、1 年あたり 1% 未満です。10年以上：10% の容量損失。ステップ3: 必要な容量を計算します。3.65 µA × 87,600 時間 × 1.1 (自己放電マージン) × 1.2 (終電マージン) = 423 mAh。ステップ4: バッテリーの選択 — TadiranTL-5920 (Cサイズ、8500 mAh) は20倍の安全マージンを備え、温度低下や経年劣化の影響に対応できます。
実践的なヒント
- ✓Nordic Semiconductor AN-9102によると、NA解像度の電流計（ケースレー6221/2182Aまたはジュールスコープ）で実際のスリープ電流を測定します。ファームウェアのバグにより、仕様よりも100倍高いスリープ電流が発生することがよくあります
- ✓化学特有のPeukert補正には、パナソニックまたは村田製作所の電池寿命計算ツールを使用してください。アルカリ電池は、100mAの放電率で10mAに対して30％の容量を失います
- ✓製造時のばらつき、バッテリの経年劣化（500 サイクルあたり 10% の容量損失）、および極端な現場温度に対する設計マージンを 20 ～ 30% 含める
よくある間違い
- ✗平均電流の代わりにピーク電流を使うと、毎時5秒間50mAを消費するGPSモジュールの平均電流は50mAではなく69µAになります（720倍の過大評価）
- ✗温度の影響を無視 — Samsung SDI仕様では、リチウムイオン容量は0°Cで20％、-20°Cで40％低下します。最悪の動作温度に対応するサイズのバッテリー
- ✗使用可能容量を 100% と仮定すると、ほとんどのデバイスはバッテリカットオフを超える最小動作電圧を必要とします。3.3VのLDOには3.5V以上の入力が必要であり、リチウムイオン容量の下位 15% が失われます。
よくある質問
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