Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Batterieversorgung - Wie hat man es gemacht?


von Max (Gast)


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Hallo,
es gibt da etwas, was mir nicht aus dem Kopf geht.
Es geht um diese Armbanduhr:

http://www.qlocktwo.com/info_w.php?lang=de

Wie man das Ganze vom Prinzip her nachbauen könnte ist nicht das 
Problem.
Aber wie haben die das mit der Betriebszeit und der Batterie 
hinbekommen?
Laut Datenblatt befindet sich dort drinnen nur eine 3V Knopfzelle 
(CR2032); wohl mit 230mAh.
Ich konnte leider nichts zur Betriebsdauer finden.
Wie berechnet man dies jetzt? Nutzt man nun die 20mA pro LED oder die 
Pulsströme? Die Batterie müsste doch aber so oder so mehrmals im Jahr 
gewechselt werden. Einen Akku habe ich nur mit 45mAh gefunden; nachladen 
wäre ja nicht weiter schlimm aber mit 45mAh müsste man dies doch sehr 
häufig machen.
Klar ist die Uhr nicht immer an aber selbst wenn man die ganze Schaltung 
schlafen legt und einen z.B. MSP430 nutzt, wenn die Matrix an ist, hält 
die Knopfzelle wohl nicht lange durch.

Also, wie gehts oder muss man bei dem Ding wirklich 2-4 mal pro Jahr die 
Batterie wechseln?

Grüße

Max

von Rufus Τ. F. (rufus) Benutzerseite


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Max schrieb:
> Nutzt man nun die 20mA pro LED

Woher kommt eigentlich die permanent wiederholte Idee, man müsse LEDs 
mit 20 mA bestromen, damit die sichtbar leuchten? Das ist vielleicht bei 
Low-Efficiency-LEDs aus den 70er Jahren so, aber andere LEDs sind auch 
bei Strömen < 1 mA ausreichend hell, um gesehen zu werden.

> Klar ist die Uhr nicht immer an

Das ist der entscheidende Trick.
"Erst auf sanften Knopfdruck erscheint die Zeit.", d.h. die LEDs 
leuchten nur, wenn der Benutzer es will.

von BattMan (Gast)


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Evt. sind es sogar organische LEDs. Die brauchen fast keinen Strom.
Damit könnte die Uhr 1 Jahr durchhalten, ohne die Batterie zu wechseln.

von c-hater (Gast)


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BattMan schrieb:

> Evt. sind es sogar organische LEDs. Die brauchen fast keinen Strom.

Schön wäre es. Tatsache ist allerdings, daß organische LEDs sogar 
deutlich ineffizienter sind als die Besten ihre anorganischen 
Gegenstücke und obendrein auch noch wesentlich weniger haltbar.

Sie sind für kleine Leistungen und höhe Packungsdichte nur wesentlich 
billiger herzustellen.

Das ist alles.

von Rufus Τ. F. (rufus) Benutzerseite


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BattMan schrieb:
> Evt. sind es sogar organische LEDs. Die brauchen fast keinen Strom.

Was lässt Dich das annehmen? Die brauchen genausoviel Strom wie andere 
LEDs aus; die Lichtausbeute (üblicherweise in lm/W angegeben) ist bei 
denen nicht höher.

Nein, die LEDs leuchten eben normalerweise nicht, sondern nur für 
überschaubare Zeit nach dem Drücken auf einen Knopf.

Genauso wird es auch bei allen anderen LED-basierten Armbanduhren 
gemacht, denn der Stromverbrauch auch hocheffizienter LEDs ist nur sehr 
eingeschränkt mit Batteriebetrieb kompatibel.

von Max (Gast)


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@Rufus
Dass sie nicht mit 20mA leuchten müssen leuchtet ein. Bei Farnell habe 
ich welche gefunden, die bei 10mA mit 280mcd leuchten.
Aber reicht das, um die Uhr auch im Freien ablesen zu können?

>Das ist der entscheidende Trick.
>d.h. die LEDs leuchten nur, wenn der Benutzer es will.

Aber selbst wenn man von einer Betriebsdauer von 1-5 Minuten pro Tag 
ausginge, würde die Uhr doch nicht wirklich lange durchhalten oder?

@BattMan
Meinst du organische Displays oder wirklich einzelne organische LEDs? 
Von letzteren habe ich bisher noch nicht gehört.

Grüße

Max

von Lottermann (Gast)


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> Aber selbst wenn man von einer Betriebsdauer von 1-5 Minuten pro Tag
> ausginge, würde die Uhr doch nicht wirklich lange durchhalten oder?

Ausrechnen. Nimm einfach ein paar gescheite Parameter an (wie z. b. 
LED-Strom 1 mA) und rechne das Ganze durch.

von Frank M. (frank_m35)


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BattMan schrieb:
> Evt. sind es sogar organische LEDs. Die brauchen fast keinen Strom.
> Damit könnte die Uhr 1 Jahr durchhalten, ohne die Batterie zu wechseln.

Diese Fehlinformation kam erst letztlich in einem anderen Beitrag auf 
und wurde dort schon widerlegt:
Beitrag "Re: MC fuer Einsatz in Armbanduhr gesucht"
(und folgende Beiträge bitte auch lesen, bspw. hat Max H. eine grobe 
Beispielrechnung gemacht)

Also nein, OLEDs sind noch lange nicht effizienter als LEDs.


Zur Ausgangsfrage:
Die Schaltung an sich braucht vermutlich so gut wie nichts an Energie, 
d.h. die Uhr läuft sicherlich > 3 Jahre problemlos durch.
Die LEDs hingegen brauchen Energie und zwar massig. Wenn du einmal am 
Tag die Uhrzeit abließt hält es sich vermutlich in Grenzen und du musst 
nur alle zwei Jahre die Batterie auswechseln.

Ansonsten kochen die auch nur mit Wasser, d.h. nutzt du die Uhr wie man 
eine Uhr eben nutzt, d.h. mehrmals am Tag draufschauen, so wirst du 
sicherlich mit der Zeit viel Übung im Batterienwechseln haben.

Ansonsten gilt das was Rufus gesagt hat. Effiziente moderne LEDs sind 
schon hell bei weitaus weniger als 20mA.

von Gerald G. (gerald_g)


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Bei uns an der Uni werden organische LEDs gebaut und untersucht. Der 
Wirkungsgrad ist im Moment vergleichbar mit den "normalen" LEDs. Nur ist 
die Technik jünger, und hatte zu Beginn einen schlechteren Wirkungsgrad 
(bedingt durch nervende Triplettzustände).  Deshalb geht man ( natürlich 
vor allem an unserer Uni) davon aus dass diese bald einen besseren 
Wirkungsgrad haben werden als anorganische.

von Max (Gast)


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Ach jetzt kann ich nicht editieren; muss mich endlich mal anmelden. ;)

Genau, auch wenn die LEDs größtenteils aus sind, stellt sich ein 
Batteriebetrieb einer LED-Matrix nach meinem Verständnis auch eher wie 
ein Widerspruch dar.

>Ausrechnen. Nimm einfach ein paar gescheite Parameter an (wie z. b.
>LED-Strom 1 mA) und rechne das Ganze durch.

Bei 1mA komme ich auf 230 Stunden; also 13800 Minuten. Ist das korrekt?
Dann würde die Uhr doch länger laufen als ich Anfangs gedacht hätte; 
viel länger. Aber lassen sich die LEDs denn dann auch noch im Freien 
ablesen?
Wahrscheinlich werden sie ja auch noch gedimmt, sodass man sie in Räumen 
wohl wirklich mit 1mA betreiben kann und draußen halt mit mehr Strom.

Grüße

von Dödel (Gast)


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Gerald G. schrieb:
> Deshalb geht man ( natürlich
> vor allem an unserer Uni) davon aus dass diese bald einen besseren
> Wirkungsgrad haben werden als anorganische.

Also noch nirgends verbaut sind und somit im Zusammenhang dieses Threads 
nichts zu suchen haben.

von Lottermann (Gast)


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> Bei 1mA komme ich auf 230 Stunden; also 13800 Minuten. Ist das korrekt?

Was meinst DU?

Du solltest noch weitere Annahmen machen: z. B. wie viele LED im 
Durchschnitt eingeschaltet sind, wie oft die Anzeige aktiviert wird, wie 
lange die Uhrzeit angezeigt wird, etc.

von Gerald G. (gerald_g)


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Dödel schrieb:
> Also noch nirgends verbaut sind und somit im Zusammenhang dieses Threads
> nichts zu suchen haben.

Dein Name passt. Der TO hat danach gefragt und ich habe ihm geantwortet. 
Der Clou an den organischen LEDs ist, dass man diese nicht wie 
herkömmliche LEDs herstellen muss, sondern "einfach" in der Form druckt 
wie man sie möchte. Solch eine Uhr ist prädestiniert fur eine Anwendung 
von OLEDs, da nur die Teile leuchten die auch Leuchten sollen und nicht 
einfach alles leuchtet und was man nicht brauch wird wieder gefiltert. 
Doch für eine solche Kleinserie lohnt es sich wohl (noch) nicht.

von Frank M. (frank_m35)


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Max schrieb:
> Bei 1mA komme ich auf 230 Stunden; also 13800 Minuten. Ist das korrekt?
> Dann würde die Uhr doch länger laufen als ich Anfangs gedacht hätte;
> viel länger. Aber lassen sich die LEDs denn dann auch noch im Freien
> ablesen?
> Wahrscheinlich werden sie ja auch noch gedimmt, sodass man sie in Räumen
> wohl wirklich mit 1mA betreiben kann und draußen halt mit mehr Strom.

Wir wissen nicht wie sie es intern verschalten haben. Wenn jede Ziffer 
eine eigene LED hat, dann würde ich mit 0.5-1mA pro Ziffer rechnen. Wenn 
jedes Wort eine LED hat, dann vielleicht mit 2mA pro Wort. Wenn sie 
einfach ein OLED Display oder ein LCD dahinter gepappt haben, dann halt 
mehr.

Also angenommen pro Ziffer eine LED, jede LED braucht 0.7mA, dann sind 
wir bei bspw. 20 LEDs bei insg. 14mA. Das macht 16h Leuchtdauer. Bei 5 
Sekunden Leuchtdauer pro Knopfdruck kannst du die Uhr 11800 mal 
einschalten.

Hält aber immer noch länger als ich vermutet hätte. Also ein Jahr wird 
die Batterie vermutlich schon durchhalten.

Sinn macht die Uhr dennoch nicht :-) Weder von der Technik noch von der 
Funktionalität.

von Max (Gast)


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Autsch stimmt. Ich glaube maximal waren 10 LEDs an.
Im schlimmsten Fall (immer 10 LEDs an) wären es also nur noch 23 
Stunden.
Ginge man davon aus, dass die LED 5 Minuten am Tag an ist, würde das ein 
Batteriewechsel alle 276 Tage bedeuten. Ernüchternd aber immer noch 
besser als gedacht.

von Max (Gast)


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Theoretisch müsste das doch aber bedeuten, dass ich mit einem 45mAh Akku 
(Knopfzelle) 4,5 Stunden aushalten könnte und ich sie somit 540 mal 
anschalten kann bei 30 Sekunden Leuchtdauer. Mit einer Ladeschaltung 
müsste ich sie also weniger oft laden, als ein Smartphone der letzten 
Generationen.

Ist das korrekt?

von Manuel X. (vophatec)


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Ich weiß nicht was du für ein Handy hast, aber meins hält deutlich 
länger als 4.5h durch ;)

von Frank M. (frank_m35)


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Max schrieb:
> Theoretisch müsste das doch aber bedeuten, dass ich mit einem 45mAh Akku
> (Knopfzelle) 4,5 Stunden aushalten könnte und ich sie somit 540 mal
> anschalten kann bei 30 Sekunden Leuchtdauer. Mit einer Ladeschaltung
> müsste ich sie also weniger oft laden, als ein Smartphone der letzten
> Generationen.
>
> Ist das korrekt?

Das sieht korrekt aus, aber was bringt der Vergleich? Was willst du 
damit aussagen/bezwecken?
Natürlich braucht ein Modellflugzeug weniger Sprit als ein 
Passagierflugzeug, und nun?

Manuel hat es mit seiner Antwort auf den Punkt gebracht, es sei denn du 
wolltest etwas anderes vergleichen.

von Max (Gast)


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Ja, der vergleich hinkt. Ging halt nur darum, wie oft man seine heutigen 
Elektronikgadgets laden muss. Mein erstes Handy hat auch mehrere Wochen 
durchgehalten. Was ich sagen wollte war letztendlich nur, dass die Uhr 
ja nur ein paar Tage durchhalten müsste und dann ans Ladegerät müsste; 
ich hatte Anfangs eher damit gerechnet, dass die Uhr nichtmal einen Tag 
durchhalten würde und das wäre wirklich suboptimal.

Aber ja, letztendlich hinkt der Vergleich wirklich. ;)

von Guido C. (guidoanalog)


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Hallo,

eine Uhr bei der man erst einen Knopf drücken muss, um die Zeit ablesen 
zu können, ist doch total unpraktisch. Das merkt man spätestens dann, 
wenn man einen Koffer zum Bahnhof schleppt und kurz auf die Uhr sehen 
will, um zu überprüfen, wie viel Zeit bis zur Abfahrt des Zuges noch 
bleibt. Wobei dieses Szenario, auf Grund der Auflösung der Uhr, sowieso 
"witzlos" ist.

Folglich bleibt nur eins. Bei der Uhr handelt es sich um Modeschmuck was 
wiederum dazu führt, dass die Leute die Batterie auch täglich wechseln 
würden ;-)

Mit freundlichen Grüßen
Guido

von Max (Gast)


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Ich will die Uhr ja auch nicht kaufen (vom unsagbar hohem Preis mal 
abgesehen).
Das so etwas mit einer Knopfzelle betrieben wird hat mich fasziniert, da 
ich mir das mit einer LED-Matrix kaum vorstellen konnte.

Wenn man mal bedenkt, dass man dann auch noch regelmäßig das Ding öffnen 
und ständig neue Knopfzellen kaufen müsste, würde ich es selbst als 
Modeschmuck furchtbar nervig finden.

Aber deine Probleme könnte man ja schon mit einem Accelerometer und 
besagten Akku lösen. Die Uhr würde dann solange schlafen, bis man die 
Uhr in einem bestimmten Winkel hält und der Rest wird per Interrupt 
geweckt. Danach geht wieder alles schlafen. So ein Accelerometer 
bräuchte auch nur wenige µA.

Aber das wäre jetzt wieder eine weitere Geschichte.

Der Batteriebetrieb hatte mich wie gesagt interessiert und das ist 
soweit geklärt denke ich. :)

Vielen Dank an alle!

Grüße

von Frank M. (frank_m35)


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Max schrieb:
> Ja, der vergleich hinkt. Ging halt nur darum, wie oft man seine heutigen
> Elektronikgadgets laden muss. Mein erstes Handy hat auch mehrere Wochen
> durchgehalten. Was ich sagen wollte war letztendlich nur, dass die Uhr
> ja nur ein paar Tage durchhalten müsste und dann ans Ladegerät müsste;
> ich hatte Anfangs eher damit gerechnet, dass die Uhr nichtmal einen Tag
> durchhalten würde und das wäre wirklich suboptimal.

Mit einem modernen Smartphone kann man länger telefonieren als mit alten 
Handys. Die Standbyzeit ist vergleichbar.
Nokia 6230i: Stand-by Up to 300 h, Talk time Up to 5 h
Samsung Galaxy S5: Stand-by Up to 390 h, Talk time Up to 21 h

Mein Handy hat auch nur einen Tag durchgehalten, wenn ich darauf ein 
Spiel gespielt hatte, genauso wie mein Smartphone.

Die einzige Sache die sich geändert hat ist, dass man das Smartphone 
viel häufiger am Tag benutzt als damals ein Handy, daher der fälschliche 
Eindruck einer verkürzten Akkulaufzeit.


Zur Uhr:
Ein Akku hätte hier sehr viel Sinn gemacht. Kaum einer wird mit so einer 
Uhr am Handgelenk schlafen. D.h. man hätte es über nacht drahtlos auf 
einer Ladestation laden können.
Das Problem an der Sache wird aber daran liegen, dass die Uhr eben von 
Designern für Designer hergestellt worden ist, die wenig Ahnung von 
Technik haben und wenig Ambitionen haben, das Alltagstauglich 
umzusetzen. Wie sonst kann man so einen hohen Preis für so eine simple 
Uhr rechtfertigen.

PS: Man bekommt bei der Uhr eine Minutengenaue Angabe, Sekunden sind 
sogar auch irgendwie anzeigbar. Immerhin.

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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ich tippe eher auf electronic ink denn auf LED deren Energiebedarf ist 
deutlich geringer. Eventuell mit Nachtbeleuchtung durch 1 LED

: Bearbeitet durch User
von Achim H. (anymouse)


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Winfried J. schrieb:
> ich tippe eher auf electronic ink denn auf LED deren Energiebedarf
> ist
> deutlich geringer. Eventuell mit Nachtbeleuchtung durch 1 LED

Würde das zu "LED-Uhrwerk ... mit 114 weißen Leuchtelementen" passen? 
Vielleicht also Nachtbeleuchtung durch 114 zusammengeschaltete LEDs.

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