Pourquoi la tension n'apparaît-elle pas dans le calcul de la durée de vie de la batterie?

J'ai un PCB avec quelques modules radio dessus. Dans ses différents états, il utilise actuellement entre 100 µA et 100 mA. Je peux calculer combien de temps il passe dans chacun de ses états au cours d'une année donnée.

Les modules radio de mon PCB ont tous une large plage de tension d'entrée acceptable. Mon processeur principal et mon module Bluetooth Low Energy, par exemple, acceptent tout de 1,8 V à 3,6 V. En ce moment, je l'exécute à 3,0 V, en utilisant un convertisseur DC-DC abaisseur.

La batterie est un 18650 lithium-ion ( fiche technique ).

Lorsqu'il est complètement chargé, il fournit environ 4,3 V. Je vais descendre à 3.0V. La batterie a une capacité de 3400 mAh.

En supposant que le courant moyen que j'en tire est de 400 µA. Mon calcul de la durée de vie de la batterie est simplement:

temps (h) = capacité (Ah) / courant (A)

3,4 Ah / 400 µA = environ un an

Maintenant, je sais que pour réduire ma consommation d'énergie, je devrais faire fonctionner mon circuit à la tension la plus basse possible, donc j'envisage de changer mon convertisseur DC-DC et d'exécuter mon processeur principal et mon module BLE à 1,8 V au lieu de 3,0 V .

Ma question est: pourquoi la tension n'apparaît-elle nulle part dans le calcul de la durée de vie de ma batterie?

Il n'apparaît pas dans votre équation car cette équation suppose que vous utilisez la batterie à sa tension de sortie pendant toute l'utilisation sans conversion.

Ce n'est pas le cas ici, car vous utilisez un convertisseur abaisseur. Donc, pour construire l'équation correcte, vous:

• obtenez Vavgbat : la tension moyenne de la batterie pendant tout le cycle de décharge: le graphique de décharge de la fiche technique de la batterie montre qu'elle est d'environ 3,6 V pour les faibles courants, comme celui que vous utilisez.
• get Iavgbat : le courant que vous tirerez de la batterie, en moyenne, pendant tout le cycle. Ce n'est pas le courant que vous utilisez à la sortie du convertisseur DC-DC (c'est là que vous avez manqué quelque chose, je pense). Si nous disons que le courant de sortie du convertisseur est Iout , alors Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / efficacité (l' efficacité étant l'efficacité du convertisseur DC-DC, généralement autour de 80-90%, consultez la fiche technique).
• puis vous appliquez le forum que vous avez mentionné: temps = capacité / Iavgbat .

Maintenant, vous voyez la tension de sortie dans la formule.

Donc, si la capacité = 3,4 Ah, Iout = 400 µA et l' efficacité = 85%, nous avons:

• temps = 8670 heures (environ un an) pour une sortie 3V
• temps = 14450 heures (plus d'un an et demi) pour une sortie 1,8V

Une dernière chose : étant donné les temps importants qui en résultent, je pense que vous devez tenir compte de l'autodécharge des batteries (ou du courant de fuite), qui peut être important. Malheureusement, je ne l'ai pas vu mentionné dans la fiche technique des batteries.

Détail supplémentaire : d'où vient la formule Iavgbat = ( Iout * Vout / Vavgbat ) / efficacité ?

Cela vient du fait qu'un convertisseur DC-DC, contrairement à un régulateur linéaire, est capable de produire (presque) autant d'énergie qu'il en tire de son entrée. Donc Pin = Pout / efficacité . Si nous disons Pin = Vavgbat * Iavgbat et Pout = Vout * Iout , nous pouvons obtenir la formule ci-dessus.

Au contraire, avec un régulateur linéaire, la tension chute sans aucune conséquence sur le courant d'entrée / sortie. Donc Iavgbat serait égal à Iout (sans tenir compte du courant de repos), ce qui était votre hypothèse initiale (inexacte).

Ma question est la suivante: pourquoi la tension n'apparaît-elle nulle part dans le calcul de la durée de vie de ma batterie?

Parce qu'il manque un aspect à votre calcul.

Vous pouvez utiliser deux types de régulateurs de tension:

• linéaire ou
• mode de commutateur abaisseur.

Maintenant, avec linéaire, l'énergie par charge (= définition physique de la tension) qui est "trop" trop est juste convertie en chaleur (et par la suite, perdue).

Ainsi, le courant entrant dans le régulateur linéaire est à peu près le même que le courant utilisé sur la sortie régulée. La puissance entrant dans le régulateur est plus élevée que celle qui en sort - car le courant est le même, mais la tension est inférieure.

Avec les convertisseurs à découpage, l'énergie du côté "entrée" est stockée, généralement dans un champ magnétique à l'intérieur d'une bobine (mais pour vos faibles puissances, les circuits intégrés de régulateur de tension à capacité commutée bon marché et de petite taille pourraient également avoir un sens là où l'énergie est stocké dans un champ électrique uniquement).

Ensuite, seulement autant de tension est "générée" à partir de l'énergie stockée que nécessaire.

Cela signifie que le pouvoir va dans le régulateur est le même que le pouvoir sortant ( en dehors de l' efficacité non 100%), ce qui implique que si vous, par exemple, la moitié de la tension dans votre régulateur, votre régulateur ne consomme que la moitié du courant ça approvisionne!

Maintenant, la question est, si tous vos modules prennent en charge une large plage de tension d'entrée, cela signifie qu'ils ont tous des régulateurs d'alimentation intégrés. Maintenant, si ceux-ci sont linéaires, vous avez probablement raison d'utiliser un convertisseur abaisseur de mode de commutation pour augmenter l'efficacité. Si ces modules contiennent des alimentations à découpage, vous ne devriez pas utiliser votre propre régulateur - il est très probable que la cascade de régulateurs sera moins efficace que la seule intégrée.

Quelle que soit l'efficacité du convertisseur (ou en supposant 100%), la tension de la batterie est utilisée pour calculer la capacité (mah) de la batterie. Plus correctement, la chute de tension utilisable , 1,4 V ( 4,2 V - 2,8 V).

Dans votre utilisation particulière, votre chute de tension n'est que de 1,2 V (4,2 - 3,0) et l'efficacité réelle peut être de 90%, les deux ont tendance à réduire la durée. Cependant, votre courant moyen n'est que de 400 µA, ce qui tend à augmenter la durée, donc votre réponse d'environ un an semble juste.