W tym poście chciałbym zaprezentować w jaki sposób obliczyć jaka bateria będzie potrzebna dla budowanego urządzenia.
Do określenia pojemności baterii używana jest miliamperogodzina (mAh).
Aby obliczyć wartość prądu jaka jest pobierana przez dane urządzenie, należy wiedzieć ile prądu będzie ono pobierać, i przez jaki okres czasu będzie to urządzenie działać.
Przyjmijmy, że dane urządzenie będzie pobierać 100mA w czasie normalnej pracy, która będzie wynosiła 1 minutę w ciągu jednego cyklu pracy wynoszącego 1 godzinę. Dodatkowo należy określić wartość prądu jaka będzie pobierana w czasie kiedy urządzenie będzie w trybie czuwania. Dla przykładu wybiorę mikrokontroler STM32F103RB, dla którego wartość pobieranego prądu z włączonym wewnętrznym oscylatorem oraz watchdogiem wynosi 3,4 uA (z noty katalogowej układu). Dodając do tego pozostałe układy włączone w trybie czuwania do obliczeń przyjmuję wartość 1mA.
Kolejnym istotnym parametrem jest czas, na jaki dana bateria powinna wystarczyć. Ja przyjmuję, że chce aby układ działał, bez konieczności wymiany baterii przez 2 miesiące.
Następnie należy określić, w jakim stopniu bateria ulegnie samo rozładowaniu. Jest to proces który zachodzi w wyniku reakcji chemicznych jakie występują w baterii. Ten parametr zależny jest ok rodzaju baterii jaki został w projekcie użyty np.
Baterie litowe tracą około 3% swojej nominalnej wartości w ciągu miesiąca. Baterie niklowe natomiast ten parametr mają bardzo wysoki gdyż wynosi on około 20 %.
W związku z tym dużo lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie baterii litowej lub litowo polimerowej.
Gdy już parametry zostały wybrane należy przeprowadzić obliczenia:
Wartość prądu jaki będzie pobierał układ sumarycznie wynosi około 100mA, zaokrąglając w górę. Wobec tego wartość jaką pobierze układ wynosi:
Ip = 100mA w czasie 1 minuty
Is = 10uA w czasie 59 minut
Średnia wartość prądu jaką układ będzie pobierał wynosi:
[(1minuta * 100mA) + (59minut * 1mA)] / 60 minut = 2,65mA
Wobec tego jeśli układ ma działać 2 miesiące to pojemność baterii musi wynosić:
(24godziny * 2,65mA) * 30 = 1908mAh.
Wobec tego należy przyjąć ogniwo o pojemności minimum 1908mAh, patrząc natomiast po ofertach sklepowych najbliżej znajduje się ogniwo o pojemnosci 2200mAh. Wartość ta spokojnie zabezpieczy układ na wymagane 2 miesiące, nawet uwzględniając trzy procentową wartość samo rozładowania, która dla tej baterii będzie wynosić około 66mAh na miesiąc.
Rys. 1. Bateria Litowo Polimerowa[botland.com.pl]
Do określenia pojemności baterii używana jest miliamperogodzina (mAh).
Aby obliczyć wartość prądu jaka jest pobierana przez dane urządzenie, należy wiedzieć ile prądu będzie ono pobierać, i przez jaki okres czasu będzie to urządzenie działać.
Przyjmijmy, że dane urządzenie będzie pobierać 100mA w czasie normalnej pracy, która będzie wynosiła 1 minutę w ciągu jednego cyklu pracy wynoszącego 1 godzinę. Dodatkowo należy określić wartość prądu jaka będzie pobierana w czasie kiedy urządzenie będzie w trybie czuwania. Dla przykładu wybiorę mikrokontroler STM32F103RB, dla którego wartość pobieranego prądu z włączonym wewnętrznym oscylatorem oraz watchdogiem wynosi 3,4 uA (z noty katalogowej układu). Dodając do tego pozostałe układy włączone w trybie czuwania do obliczeń przyjmuję wartość 1mA.
Kolejnym istotnym parametrem jest czas, na jaki dana bateria powinna wystarczyć. Ja przyjmuję, że chce aby układ działał, bez konieczności wymiany baterii przez 2 miesiące.
Następnie należy określić, w jakim stopniu bateria ulegnie samo rozładowaniu. Jest to proces który zachodzi w wyniku reakcji chemicznych jakie występują w baterii. Ten parametr zależny jest ok rodzaju baterii jaki został w projekcie użyty np.
Baterie litowe tracą około 3% swojej nominalnej wartości w ciągu miesiąca. Baterie niklowe natomiast ten parametr mają bardzo wysoki gdyż wynosi on około 20 %.
W związku z tym dużo lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie baterii litowej lub litowo polimerowej.
Gdy już parametry zostały wybrane należy przeprowadzić obliczenia:
Wartość prądu jaki będzie pobierał układ sumarycznie wynosi około 100mA, zaokrąglając w górę. Wobec tego wartość jaką pobierze układ wynosi:
Ip = 100mA w czasie 1 minuty
Is = 10uA w czasie 59 minut
Średnia wartość prądu jaką układ będzie pobierał wynosi:
[(1minuta * 100mA) + (59minut * 1mA)] / 60 minut = 2,65mA
Wobec tego jeśli układ ma działać 2 miesiące to pojemność baterii musi wynosić:
(24godziny * 2,65mA) * 30 = 1908mAh.
Wobec tego należy przyjąć ogniwo o pojemności minimum 1908mAh, patrząc natomiast po ofertach sklepowych najbliżej znajduje się ogniwo o pojemnosci 2200mAh. Wartość ta spokojnie zabezpieczy układ na wymagane 2 miesiące, nawet uwzględniając trzy procentową wartość samo rozładowania, która dla tej baterii będzie wynosić około 66mAh na miesiąc.
