Beregne batteriforbruk og ladetid, litt forvirret?

[Magnusha]

Sitter med et prosjekt som jeg skal beregne batteriforbruket på. Men har forvillet meg litt inn i watt, ampere, volt, joule og timer osv.

 

Jeg har et system som har et batteri som er på 4400 mAh ved ca. 6,6 V, dette er råspenning og blir konvertert ned til 3,3 V før det går til diverse systemer. Batteriet kan bli ladet opp av solcellepaneler som leverer ca 2,3 V og 0.5 A.

 

Jeg har et system som skrur seg av og på i et gitt intervall 1 minutt på og 30 sekunder av. Systemet har oppgitt forbruk på 1000 mA. Jeg har kommet frem til at det benytter 16,6 mAh per minutt (I_min = 0.01667 h * 1000 mA = 16,6 mAh). Dette gir et strømforburk per time (av og på i 1 time) på: 697,2mAh.

 

Men la oss si at solcellene ikke får lys på en god tid, hvordan kan beregner man tiden det vil ta før batteriet er flatt? Regner man dette i mAh eller i mWh? For batteriet er jo 6.6V, mens systemet mitt er jo 3.3V. Jeg kan vel ikke få batteriet ned i 3.4 V, da er det vel alt for utladet?

 

Og tilslutt hvordan beregner jeg tiden til batteriet er ladet opp?

 

Vet dette ble litt rotete, men håper noen forstod dette.

 

[Professor Balthazar]

Hei. Det er ikke SÅ vanskelig om du regner det om til Wh. Regn også med ca. 30-40% tap i hver av omformingene.

 

Batterietet, 4,4Ah x 6,6V gir deg en maks kapassitet på 29Wh. De fleste batterieprodusenter lyver litt, så la oss si effektivt 20Wh = Max lagret effekt.

 

Kilden du skal bruke for å lade dette er solcellepanelet på 2,3V x 0,5A. Altså en lade effekt på 1,15W. Siden spenningen først må omformes opp og du i tillegg mister litt i varmgang når dette skal dyttes inn på batteriet, så kan vi runde den effektive ladeeffekten ned til ca. 0,6W. Siden du neppe har noe solfølgesystem på solcellepanelet så kan du maks regne med 3 timer effektiv lading på en god soldag. Altså maks 1,8Wh. I sum så vil du da trenge 11 soldager for å topplade batteriet.

 

Lasten din er på 3,3V x 0,7A (i snitt), altså 2,3W. Spenningen må omformes fra 6,6V til 3,3V og da oppstår det tap. La oss derfor gå ut fra en last på ca. 4W.

 

Batteriet kan yte 20Wh og lasten er 4W. Da kan kretsen kjøre i 5 timer før batteriet er flatt. Om systemet skal driftes uten tilsyn så vil jeg anbefale en krets som kutter laste når batteriet har mistet 20-30% av sin maks spenning. Dette for å ikke ødelegge eller skade batteriet.

[Andrull]

Her er en typisk Ltihium-Ion utladningskurve. Hvor mye du får ut av batteriet vil variere på hvor raskt du utlader det (strømstyrken) som altså sier hvor mye som går bort til varme, og dette representeres av de forskjellige kurvene:

Dette er da for et 3,7V lithiumbatteri) Og som du ser så vil spenningen være en del høyere enn den nominelle spenningen. Forventer derfor at batteriet ditt eeegentlig skal lades med rundt 7,3-7,6V (og har også det som toppsenning)

1C betyr like mange ampere som du har kapasitet. Dvs. Har du 4,4Ah batteri, så blir det 4,4A.

På samme måte så blir 0,2C ved 4,4Ah batteri = 0,2*4,4 = 0,88A

Bruk da gjerne den kurven, bare med andre tall på spenning som skalerer opp med ditt tilfelle.

Nå vet jeg ikke HVA du skal bruke for å konvertere ned med (om det er en DC/DC konverter så vil du bare tape rundt 10 % i varme), om du gjør det med en lineær transistor så snakker vi om alt over 3,3V som varmetap. Og så må du vite hva minste spenning denne konvertereren takler. Om det laveste konverteringsprosessen kan nå er 4V, så må du lese av på kurven hvor mye av kapasiteten du får utnyttet. Du kan nå finne ut omtrentlig hvor stort batteriet er i praksis.

Om du er usikker på om leverandøren juger, så kan man alltids lage en slik kurve selv, om man kjører en utladningsyklus hvor du holder øye med spenningsnivået og har et konstant strømtrekk. Husk at det ikke alltid er slik at de nødvendigvis lyver, men at de tar absolutt beste tilfelle, hvor du utlader batteriet svært sakte, og dermed går ut fra at null varmetap, samt oppgir de siste prosentene som en del av totale kapasiteten, som du aldri vil kunne utnytte.