Måter å gi røykvarsleren lenger levetid på

[Bjerknez]

Da har jeg åpnet røyvarsleren jeg kjøpte med "innebygget" lithium batteri som lover 10 år varighet. Batteriet er et CR123A 3V batteri med 1500mAh kapasitet. Altså dobbelt så mye kapasitet som et standard 9V batteri, men med en mye lavere spenning (3V vs 9V). Så hvis denne røykvarsleren varer i 10 år så har det lite med batteriet i seg selv å gjøre tror jeg. 

Jeg vil tro kretsen er mer effektiv og at det er det som evt. gjør det, siden de 3V fra batteriet neppe blir regulert noe sted. 

Endret 11. juli 2023 av Uderzo

[Bjerknez]

Skal man ha lengst mulig varighet på en røykvarsler bør man kjøpe en som bruker et 3V lithium batteri. Slik som det siste jeg åpnet fra Biltema over. 

Da kan man bare bruke så mange 18650 batterier man ønsker i parallel til man får den kapasiteten man vil ha for så og bruke en LDO regulator som trekker veldig lite strøm som gir stabile 3V ut. 

Tror det er den vien man må gå hvis man vik fikse til noe selv. 9V er i mine øyne en ganske unødvendig høy spenning å bruke i en røykvarsler siden spenningen uansett må reguleres ned til 5-3V. I denne reguleringen vil jeg tro man får en del tap som tapper batteriet unødig. 

Derfor tror jeg røykvarsleren med 3V batteri er mer effektiv da spenningen trolig ikke reguleres noe sted. Men jeg kan ta feil....

[sedsberg]

Husk at strømtrekket ved "idle" er utrolig lavt. Trolig nede i mikroampere. Da blir tapet også forsvinnende lite. Skulle ikke forundre meg om selvutladinga til batteriet vil ha mer å si.

Prøv å mål strømtrekket med et muiltimeter/amperemeter.

[Bjerknez]

sedsberg skrev (7 minutter siden):

Husk at strømtrekket ved "idle" er utrolig lavt. Trolig nede i mikroampere. Da blir tapet også forsvinnende lite. Skulle ikke forundre meg om selvutladinga til batteriet vil ha mer å si.

Prøv å mål strømtrekket med et muiltimeter/amperemeter.

Du har nok rett i det. Men skal disse batteriene vare 1-10 år så MÅ strømtrekket være lite. Selv en god regulator med lite strømtrekk kan halvere batteritiden. 

Men jeg skal måle strømtrekket ganske snart, både ved idle og under test med alarm  

[sedsberg]

For de som lurer på hvordan de fungerer:

Spoiler

 

 

[Bjerknez]

Har testet strømtrekket til røkvarsleren med innebygget Lithium batteri nå. Den trekker 3uA i idle og hver ca. 10-15 sekund så er det en kort puls på rundt 1 sekund hvor den trekker 30uA. Når man tvangsstyrer alarmen så trekker den mellom 30-40mA.

Med disse tallene skulle det vel la seg gjøre og finne faktisk varighet på batteriet vil jeg tro, som har en spenning på 3V og kapasitet på 1.500mAh?

[sedsberg]

Hvis den hadde trukket 30uA konstant så ville det holdt i ca. 5 år. Men det er nok ganske mange andre variabler i bildet.

3uA ville holdt i 50 år.

[Bjerknez]

sedsberg skrev (Akkurat nå):

Hvis den hadde trukket 30uA konstant så ville det holdt i ca. 5 år. Men det er nok ganske mange andre variabler i bildet.

3uA ville holdt i 50 år.

Ja, kan godt være det er flere pulser som dukker opp og at den sjekker oftere etter en stund. Jeg testet bare strømtrekket i rundt 5 minutter og så bare 3uA med en puls på 30uA hvert tiende sekund ca. Og 30-40mA ved tvangsstyring av alarm. 

Det kan godt hende at kretsen i denne røykvarsleren er særdeles mye mer effektiv enn i den andre billigere utgaven med 9V batteri. Skal teste denne også senere i dag

[Bjerknez]

Men skulle jeg kjøpt røykvarsler i dag hadde jeg hatt stor tro på den med innebygget lithium batteri fra Biltema tror jeg. Det står i manualen at man skal teste den en gang i uken. Hvis man gjør dette så er det kanskje det som ligger til grunn for den påståtte varigheten på 10 år. 

Så har dem sikkert også tatt med selvutladning som du nevnte tidligere. Den er trolig større enn selve idle forbruket vil jeg tro? 

[sedsberg]

Hvis du har sett videoen jeg linket til så forklarer han hvordan de typisk fungerer. Den er i praksis helt av mesteparten av tiden (3uA er i prinsippet "av"). Ved faste intervaller tar den en prøve og utfører en liten selv-test. Hvis den detekterer noe så går den over i "high sensitivity" og detekterer konstant for å bekrefte at det faktisk er stigende nivå av røyk og ikke bare støvpartikkel e.l.

Det vil være en av variablene. Hvor ofte den sjekker kontinuerlig (mye støv/damp/etc det er i området).

[Bjerknez]

sedsberg skrev (1 minutt siden):

Hvis du har sett videoen jeg linket til så forklarer han hvordan de typisk fungerer. Den er i praksis helt av mesteparten av tiden (3uA er i prinsippet "av"). Ved faste intervaller tar den en prøve og utfører en liten selv-test. Hvis den detekterer noe så går den over i "high sensitivity" og detekterer konstant for å bekrefte at det faktisk er stigende nivå av røyk og ikke bare støvpartikkel e.l.

Det vil være en av variablene. Hvor ofte den sjekker kontinuerlig (mye støv/damp/etc det er i området).

Ja, enig. Så har man selvutladingen av batteriet også, nevnt over. Man må jo legge til grunn at det er en del falske alarmer rundt om også. 

Som nevnt mange variabler, men overraskende lavt strømtrekk er det uansett. Virker som en ganske gjennomtenkt liten sak dette som koster utrolig lite. At man får en slik enhet til rundt 100-lappen og en såkalt "dum" Ni-MH batterilader koster mer så sier det meg at det er ikke teknologien man betaler for...

[sedsberg]

Selvutlading er jeg usikker på. Men vet lithium primærceller er veldig gode på dette. Vanlige alkaliske derimot....

Her er noen fra Biltema etter noen få år:

Spoiler

 

[Bjerknez]

Ja, men merk også at kretsen i en røykvarsler som har et 3V batteri neppe virker optimalt med mye mindre spenning enn det da chip'er etc. ofte kjlres på rundt den spenningen. 

Så jeg tror selvutladingen er det største problemet egentlig. Merk at sier "tror"

[Bjerknez]

Laget meg en liten batteripakke med 2 stk. 18650 i parallell. Dette er gamle laptop batterier så dissa har jeg testet og dem har en kapasitet på 2.600mAh pr. Batteri. Denne pakken gir da for dere som lurer 3.7V (nominell) og en kapasitet på 2.600mAh x 2 som er lik 5.200mAh.

Den bittelille komponenten på toppen der er en MCP1700. Dette er en 3.3V regulator som da gir stabile 3.3V ut uavhengig av hva den får inn. Jeg vil tro røykvarsleren takler 3.3V. Skulle den ryke, så er jo uansett ikke det noe krise.

 

[Bjerknez]

I dag skal jeg lage ferdig den lille batteripakken, wrappe den inn og lage en kontakt ved hjelp av XT30 connector som da er polarisert slik at det ikke er mulig og koble til batteriet feil vei til røykvarsleren. 

Den lille HT7333 LDO regulatoren som kun trekker 1.5uA og en batteribeskyttelseskrets i form av en TP4056 som trekker rundt 6uA så snakker vi i teorien et ganske ubetydelig strømtrekk. 

I teorien betyr det at det totale strømtrekket hvis røykvarsler KUN befinner seg i idle mode blir rundt 57 år. Men de fleste skjønner at dette ikke er tillfelle i praksis da selvutladingen til disse batteriene er høyere og at røykvarsleren faktisk våkner til live rett som det er og sjekker etc. 

Men at man kan holde den i live i 10 år er jeg ganske sikker på... selv om jeg her bruker gamle (men gode) laptop celler. Planen er å koble batteripakken til og legge røykvarsleren ett sted i kjelleren og glemme den hvor jeg måler batterispenningen jevnlig. 

[Bjerknez]

Da har jeg laget en liten midlertidig polaritetsbeskyttelse i forbindelse med batteripakken i tillegg til en spenningsregulator som gir 3.2V ut til røykvarsler. Skulle man koble til batteriet feil vei, så skjer det ingenting. Her har jeg brukt en p-channel mosfet til dette. 

[sverreb]

Det som gjerne er en begrensende faktor for levetiden til en røykvarsler er selve sensoren. I sensorkammeret er det en IR diode og en fotosensor. Sensoren fungerer ved at innsiden av kammeret er sort og man har ingen optisk vei for fotoner fra utsiden eller fra IR dioden til å nå fotosensoren. Røyk vil raskt øke hvor mye fotoner som når sensoren og dermed gi en rask økning i deteksjoner som utløser alarmen. Ettersom tiden går vil støv finne veien inn i sensorkammeret, og dermed øker bakgrunnsdeteksjonene og senker sensitiviteten siden det er en økning i deteksjon som utløser alarmen.

Å øke batterikapasiteten for å øke levetiden er dermed ikke nødvendigvis helt heldig siden røykvarsleren da raskt vil brukes forbi den tiden hvor sensoren faktisk er følsom nok.

Oppladbare batterier er generellt ikke optimalt for denne typen applikasjoner da de gjerne har høyere selvutlading (P.g.a optimeringskriterie mer enn teknologigitte forhold)

For lengelevende batteridrevne systemer er det gjerne li-thionylklorid som er ønsket kjemi da disse cellene kan lages med langt lavere selvutlading enn fleste andre primærceller.

LDO er ikke en veldig god regulatortype å bruke i lavenergiapplikasjoner siden den bare dumper energien i spenningen over reguleringsspenningen. En effektiv DCDC kan nå 97% virkningsgrad, men du trenger da en type som er adaptiv og kan håndtere store forskjeller i last. Det er da gjerne bedre å bruke de integrerte regulatorene du har i mange MCUer og som er grunnen til at mange har et ganske bredt spenningsområde. Dette er også en grunn til å unngå oppladbare celler siden i lading kan du komme opp i 4.2-4.3V, noe som ofte er for høyt.

[Bjerknez]

LDO'en jeg bruker heter MCP1700 og den har en dropout på rundt 100mV og bruker kun 1.5uA for å holdes i gang. Faktisk en ganske effektiv LDO spør du meg. 

Til bruket skissert over så vil denne LDO'en aldri se mer enn maks 4.3V. Så det er ikke noe behov for en regulator som takler mer sprik på spenningen. Disse regulatorene bruker som oftest også mer strøm for å holde seg våkne. 

Jeg har heller ikke hele katalogen til Mouser i kjelleren, så jeg bruker det jeg har og jeg gjør dette for morroskyld og ikke for å forandre verden  

[Bjerknez]

Da er jeg ferdig med kretsen. Nå har jeg koblet den til og den virker som den skal. 

Enkelt forklart og en liten oppsummering:

Jeg kjøpte en røykvarsler på biltema med varenr: "21-8060" som er den varianten med innebygget Lithium Ion batteri på 3V og 1500mAh. Denne er lovet å virke i 10 år i følge forpakningen. 

for morroskyld så laget jeg en egen batteripakke til denne med 2 stk. 18650 batterier i parallell som da gir 3.7V nominell og har en kapasitet på 5.200mAh. 

Siden røykvarsleren skal ha 3V så koblet jeg batteristrømmen gjennom MCP1700 som er en liten 3.3V LDO spenningsregulator og en TP4056 modul som beskytter batteripakken mot for lav spenning (og høy selvsagt). Batteripakken kan derfor lades opp om nødvendig, men når det er sagt så er det vel bedre og bytte batteripakken når den er utladet siden den da sikkert vil være moden for det, da det trolig tar noen pr før det skjer...  

Her er er to kjappe bilder av ferdig prosjekt:

 

oppdatering kommer underveis

[sedsberg]

Er det en USB-plugg på høyre side av kretskortet??