बैटरी जीवन गणना में वोल्टेज क्यों नहीं दिखाई देता है?

Question

मेरे पास इस पर कुछ रेडियो मॉड्यूल के साथ एक पीसीबी है। अपने विभिन्न राज्यों में यह वर्तमान में 100 currentlyA और 100 mA के बीच कहीं भी उपयोग करता है। मैं यह गणना कर सकता हूं कि किसी दिए गए वर्ष में यह अपने प्रत्येक राज्य में कितना समय बिताता है।

मेरे पीसीबी पर रेडियो मॉड्यूल सभी में एक विस्तृत स्वीकार्य इनपुट वोल्टेज रेंज है। मेरा मुख्य प्रोसेसर और ब्लूटूथ लो एनर्जी मॉड्यूल, उदाहरण के लिए, 1.8V से 3.6V के लिए कुछ भी स्वीकार करता है। अभी मैं इसे 3.0V पर चला रहा हूं, डीसी-डीसी कनवर्टर के एक चरण का उपयोग करके।

बैटरी एक 18650 लिथियम-आयन ( डेटाशीट ) है।

जब पूरी तरह से चार्ज किया जाता है, तो यह लगभग 4.3V प्रदान करता है। मैं इसे 3.0V तक ले जाऊंगा। बैटरी की क्षमता 3400 एमएएच है।

मान लीजिए कि मैं जिस औसत धारा से आ रहा हूं, वह 400 currentA है। बैटरी जीवन के लिए मेरी गणना बस है:

समय (एच) = क्षमता (आह) / वर्तमान (ए)

३.४ आह / ४०० Ah ए = लगभग एक वर्ष

अब, मुझे पता है कि अपनी बिजली की खपत को कम करने के लिए, मुझे अपने सर्किट को सबसे कम संभव वोल्टेज पर चलाना चाहिए, इसलिए मैं अपने डीसी-डीसी कनवर्टर को बदलने और अपने मुख्य प्रोसेसर और BLE मॉड्यूल को 3.0V के बजाय 1.8V पर चलाने पर विचार कर रहा हूं। ।

मेरा सवाल है: मेरी बैटरी जीवन गणना में कहीं भी वोल्टेज क्यों नहीं है?

Comments

मंद का जवाब अच्छा लगता है, जो मैं जोड़ सकता हूं वह यह है कि आप शायद अपनी बैटरी को एक निश्चित स्तर से नीचे नहीं करना चाहते हैं। प्रत्येक चक्र के दौरान निर्वहन की गहराई यह विचार करने के लिए महत्वपूर्ण हो सकती है कि क्या आपका डिवाइस बैटरी परिवर्तन के बिना लंबे समय तक काम करना है (हम वर्ष की बात कर रहे हैं)।

— NoobPointerException

Answer 1

यह आपके समीकरण में प्रकट नहीं होता है क्योंकि यह समीकरण मानता है कि आप रूपांतरण के बिना पूरे उपयोग के दौरान अपने आउटपुट वोल्टेज पर बैटरी का उपयोग कर रहे हैं।

यह यहाँ मामला नहीं है, क्योंकि आप एक कदम-नीचे कनवर्टर का उपयोग कर रहे हैं। तो, आप सही समीकरण बनाने के लिए:

• Vavgbat प्राप्त करें : पूरे डिस्चार्ज चक्र के दौरान बैटरी का औसत वोल्टेज: बैटरी डेटाशीट का डिस्चार्ज ग्राफ कम धाराओं के लिए 3.6V के आसपास दिखाता है, जैसे कि आप उपयोग करते हैं।
• Iavgbat प्राप्त करें : वर्तमान में आप पूरे चक्र के दौरान औसतन बैटरी से आकर्षित होंगे। यह डीसी-डीसी कनवर्टर के आउटपुट पर आपके द्वारा उपयोग किया जाने वाला वर्तमान नहीं है (यह वह जगह है जहां आपने कुछ याद किया है, मुझे लगता है)। यदि हम कहते हैं कि कनवर्टर आउटपुट करेंट Iout है , तो Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / दक्षता ( दक्षता डीसी-डीसी कनवर्टर की दक्षता होने के नाते, आमतौर पर लगभग 80-90%, डेटशीट की जाँच करें)।
• फिर आप अपने द्वारा बताए गए फोरमला को लागू करते हैं: समय = क्षमता / Iavgbat ।

$$time = \frac{capacity}{Iout \frac{Vout}{Vavgbat}} efficiency$$

अब, आप सूत्र में आउटपुट वोल्टेज देखते हैं।

तो, अगर क्षमता = 3.4Ah, Iout = 400 andA और दक्षता = 85%, हमारे पास है:

• 3V आउटपुट के लिए समय = 8670 घंटे (लगभग एक वर्ष)
• 1.8 वी आउटपुट के लिए समय = 14450 घंटे (एक वर्ष और एक आधे से अधिक)

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एक और बात : बड़े समय के परिणामस्वरूप, मुझे लगता है कि आपको बैटरी सेल्फ डिस्चार्ज (या लीकेज करंट) का हिसाब देना होगा, जो महत्वपूर्ण हो सकता है। दुर्भाग्य से, मैंने इसे बैटरी डेटाशीट में उल्लिखित नहीं देखा।

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अतिरिक्त विवरण : Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / दक्षता सूत्र कहां से आता है?

यह इस तथ्य से आता है कि एक डीसी-डीसी कनवर्टर, एक रैखिक नियामक के विपरीत, लगभग (लगभग) उतनी ही शक्ति का उत्पादन करने में सक्षम है जितना वह अपने इनपुट से खींचता है। तो पिन = पाउट / दक्षता । अगर हम Pin = Vavgbat * Iavgbat और Pout = Vout * Iout कहते हैं , तो हम उपरोक्त सूत्र प्राप्त कर सकते हैं।

इसके विपरीत, एक रैखिक नियामक के साथ, वोल्टेज को इनपुट / आउटपुट करंट पर किसी परिणाम के बिना गिरा दिया जाता है। इसलिए Iavgbat Iout के बराबर होगा (वर्तमान के लिए लेखांकन नहीं), जो कि आपकी प्रारंभिक (गलत) धारणा थी।

Comments

बहुत कम धाराओं पर, कनवर्टर दक्षता भयावह हो सकती है, भले ही यह उच्च वर्तमान में 85% हो। यह किसी भी दिए गए कनवर्टर के लिए लक्ष्य वर्तमान में मापा जाना चाहिए।

— नील_यूके

@Neil_UK आप सही हैं, ओपी द्वारा उल्लिखित 400eA बल्कि कम है, और मानक स्विचिंग कन्वर्टर्स की इन स्तरों पर खराब दक्षता है। लेकिन अगर कम लोड पर उच्च दक्षता की आवश्यकता को सही ढंग से माना जाता है, तो उपयुक्त कन्वर्टर्स ढूंढना बहुत कठिन नहीं है: बस Google "माइक्रोप्रोवर हिरन" ... इसके अलावा, यह वास्तव में मेरे जवाब की बात नहीं थी।

— एसई में खो विश्वास मंद

Answer 2

मेरा सवाल है, मेरी बैटरी की गणना में कहीं भी वोल्टेज क्यों नहीं है?

क्योंकि आपकी गणना एक पहलू को याद कर रही है।

आप दो प्रकार के वोल्टेज नियामकों का उपयोग कर सकते हैं:

• रैखिक या
• स्टेप-डाउन स्विच मोड।

अब, रैखिक के साथ, ऊर्जा प्रति चार्ज (= वोल्टेज की भौतिक परिभाषा) जो "बहुत" है, बस गर्मी में परिवर्तित हो जाती है (और बाद में, खो गई)।

तो, रैखिक रेगुलेटर में जाने वाला करंट रेगुलेटेड आउटपुट पर इस्तेमाल होने वाले करंट की तरह ही होता है। नियामक में जाने वाली शक्ति इससे बाहर आने की तुलना में अधिक है - क्योंकि वर्तमान समान है, लेकिन वोल्टेज कम है।

स्विच-मोड कन्वर्टर्स के साथ, "इनपुट" पक्ष से ऊर्जा संग्रहीत की जाती है, आमतौर पर एक कॉइल के अंदर एक चुंबकीय क्षेत्र में (लेकिन आपकी कम शक्तियों के लिए, सस्ते और छोटे स्विच किए गए कैपेसिटेंस वोल्टेज नियामक आईसीएस, समझ भी बना सकते हैं, जहां ऊर्जा केवल एक विद्युत क्षेत्र के भीतर संग्रहीत किया जाता है)।

फिर, संग्रहीत ऊर्जा से केवल उतना ही वोल्टेज "उत्पन्न" होता है, जितना आवश्यक हो।

इसका मतलब यह है कि नियामक में जाने वाली शक्ति वही है जो बाहर आने वाली शक्ति (गैर-शत-प्रतिशत दक्षता से हटकर) है, जिसका अर्थ है कि यदि आप, उदाहरण के लिए, आपके नियामक में आधा वोल्टेज, तो आपका नियामक केवल आधा वर्तमान खींचता है यह आपूर्ति करता है!

अब, सवाल यह है कि यदि आपके सभी मॉड्यूल एक विस्तृत इनपुट वोल्टेज रेंज का समर्थन करते हैं, तो इसका मतलब है कि उन सभी में एकीकृत आपूर्ति नियामक हैं। अब, यदि ये रैखिक हैं, तो आप दक्षता बढ़ाने के लिए स्विच मोड स्टेप-डाउन कनवर्टर का उपयोग करने के लिए शायद सही हैं। यदि इन मॉड्यूल में स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति होती है, तो आपको अपने स्वयं के नियामक का उपयोग नहीं करना चाहिए - यह बहुत संभावना है कि नियामकों का झरना एकीकृत अकेले की तुलना में कम कुशल होगा।

Answer 3

कनवर्टर दक्षता (या 100% मानने के बावजूद), बैटरी की क्षमता (माह) की गणना करने के लिए बैटरी वोल्टेज का उपयोग किया जा रहा है । अधिक सही ढंग से प्रयोग करने योग्य वोल्टेज ड्रॉप , 1.4v ( 4.2v - 2.8v)।

आपके विशेष उपयोग में, आपका वोल्टेज ड्रॉप केवल 1.2v (4.2 - 3.0) है और वास्तविक दक्षता 90% हो सकती है, दोनों समय की लंबाई को कम करते हैं। हालांकि, आपका औसत वर्तमान केवल 400uA है, जो समय की लंबाई को बढ़ाता है, इसलिए लगभग एक वर्ष का आपका उत्तर सही लगता है।