Hallo, ich möchte eine CR2032-Batterie durch einen Kondensator ersetzen. Erst dachte ich an einen Doppelschichtkondensator (Goldcap), las dann aber, dass die nur eine kurze Lebensdauer haben. So würde ich einfach gerne mal errechnen, wie weit ich mit einem 3300uF Elko komme. Vorweg: Das grundlegende Problem bei einen Kondensator gegenüber einer Batterie, dass die Spannung beim Entladen linear sinkt, habe ich verstanden. Deshalb habe ich mir einen 3V-LDO ausgesucht mit nur 1,6-4uA Ruhestrom: MCP1700-3002 im TO92 Gehäuse: https://de.farnell.com/microchip/mcp1700-3002e-to/ldo-regler-0-25a-to-92-3/dp/1331480 Tipps für bessere LDOs für die Anwendung nehme ich gerne an! Er verträgt Eingangsspannungen bis 6V, insofern plane ich den Elko auf 6V zu laden. Die Stromaufnahme des Dauer-Verbrauchers liegt bei ca. 20uA, wenn ich richtig gerechnet habe (11uA und alle 2sek. einen ziemlich dreieckförmigen 3,5mA Peak für 10ms). Mit dem LDO nehmen wir einfach mal 25uA an. Der Kondensator soll nun von 6V auf 3V (bzw. 3,2V wegen dem Drop) mit 25uA entladen werden. Wie errechnet ich nun die Entladezeit? Über Tau=R*C? Danke im Voraus, Tobias
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Tobias schrieb: > Der Kondensator soll nun von 6V auf 3V (bzw. 3,2V wegen dem Drop) mit > 25uA entladen werden. Wie errechnet ich nun die Entladezeit Wenn ein 1F Kondensator mit 1A entladen wird fällt die Spannung um 1V in 1s. 3300uF also in 3.3ms. 2.8V also in 9.24ms. 25uA also 37 Sekunden.
Tobias schrieb: > Über Tau=R*C? Im Prinzip ja, die konkrete Spannung zum Zeitpunkt X ist etwas aufwendiger zu berechnen. - https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)#Lade-_und_Entladevorgang Tobias schrieb: > dass die Spannung beim Entladen linear sinkt, Nö, das ist eine e-Funktion: - https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)#/media/Datei:Series_RC_resistor_voltage.svg Bei LDO musst du beachten das dann irgendwann die Ausgangsspannung einfach mit abfällt, der Schaltetet nicht einfach ab oder so. Da muss deine Schaltung mit umgehen können.
> Kondensator als Akku?
Vergleiche die Entladekurven.
Danke für die schnelle Antwort. Und alles rein mit Dreisatz errechnet. Passt soweit. Das Ergebnis ist jedoch ziemlich ernüchternd, dass ich es kaum glauben kann. Da leuchtet in der Praxis eine LED mit mehreren mA-Stromaufnahme ja länger als der hier errechnete Wert.
Irgend W. schrieb: > Tobias schrieb: >> dass die Spannung beim Entladen linear sinkt, > Nö, das ist eine e-Funktion: Nö, weil der Strom dank LDO konstant ist, jedenfalls zwischen 6 und 3.4V.
Tobias schrieb: > Da leuchtet in der Praxis eine LED mit mehreren mA-Stromaufnahme ja > länger als der hier errechnete Wert. Du könntest mit der LED ja eine Photozelle beleuchten und aus deren 25uA die Schaltung betreiben wenn du meinst das funktioniert länger. Das ist dann wohl weder ein Münchhausen-Effekt noch ein Perpetuum Mobile und wird von den Patentämtern nicht gleich abgelehnt.
Der Kondensator soll nun von 6V auf 3V (bzw. 3,2V wegen dem Drop) mit 25uA entladen werden. Wie errechnet ich nun die Entladezeit? Über Tau=R*C? Naja, es ist: Q=C*U, Q=I*t und damit I*t=C*U (konstanter Strom) also t=C*U/I = C*3V/25µA
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Irgend W. schrieb: > Tobias schrieb: >> dass die Spannung beim Entladen linear sinkt, > Nö, das ist eine e-Funktion: Eine e-Funktion ist es, wenn über einen konstanten Widerstand entladen wird. Hier wird aber mit einem konstanten Strom entladen, und dann sinkt die Spannung proportional zur Zeit. Ich habe den Ansatz Q = C*U (Merkregel: "Kuh = Kuh") genommen. Mit Q = I * t ergibt sich eingesetzt: I * t = C * U bzw. t = C * U / I Werte und Einheiten hinein (mit Farad = As/V): t = 3300 µAs/V * 2,8 V / 25 µA µA und V kürzen sich, es bleibt: t = 369,6 s (also 370 s) Das wäre die 10fache Zeit von Michael B. (laberkopp). Da scheint noch irgendwo eine Kommastelle verrutscht zu sein.
Welchen Spannungshub verträgt der Verbraucher? CMOS-Technologie? Wie lange soll der Verbraucher betrieben werden können? Ist ein kleiner Li-Akku keine Alternative? https://www.akkushop-austria.at/at/ml2032-li-ion-akku-3v-akku-ml-2032-32-x-20-mm 65mAh (~3000h bei 22μA) sind zu wenig? Vorteile: - die Spannung des Akkus ist nahezu konstant 3,0V - kann in der Schaltung aufgeladen werden - kein LDO erforderlich - passt in die Batteriehalterung einer CR2032 und ist leicht tauschbar
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Danke, damit ist die Idee verworfen und ein echter NiMH-Akku samt Ladeschaltung muss her. Selbst mit einem 1F-Goldcap käme ich (wobei der hier nur 5,5V kann) auf gerade mal einen Tag, wo die kleinere CR2023-Zelle mit 230mAh über 1Jahr hält. Dass die Werte soweit auseinanderliegen, hätte ich nicht gedacht. Danke nochmal an alle für die Hilfe!
Gerald K. schrieb: > Welchen Spannungshub verträgt der Verbraucher? > > CMOS-Technologie? > > Wie lange soll der Verbraucher betrieben werden können? > > Ist ein kleiner Li-Akku keine Alternative? > > https://www.akkushop-austria.at/at/ml2032-li-ion-akku-3v-akku-ml-2032-32-x-20-mm > > 65mAh (~3000h bei 22μA) sind zu wenig? > > Vorteile: > > - die Spannung des Akkus ist nahezu konstant 3,0V > - kann in der Schaltung aufgeladen werden > - kein LDO erforderlich > - passt in die Batteriehalterung einer CR2032 und ist leicht tauschbar Klingt interessant. Leider kein ausführliches Datenblatt dazu. 3V Li-Io? Ist da der LDO und Ladeschaltung mit integriert? Normalerweise haben die doch ~3,7V (und 4,2V Ladeschlussspannung). Details über den Verbraucher kenne ich nicht (alles nur eigene Messwerte). Er soll am Fahrrad betrieben werden und über den Nabendynamo oder alternativ über kleine Solarzelle geladen werden. Ein Akku ist ja leider nicht so zyklenfest wie ein Kondensator, weshalb ich erst auf die Idee gekommen bin. Deshalb würde wohl noch ein aufwendige Hysterese-Schaltung erforderlich, damit er nicht soviele Ladezyklen abbekommt. Alternativ könnte ich das Laden auch nur per Hand einschalten. Das Gerät meldet eine Akkuwarnung der CR2032-Zelle über Bluetooth mit. Es handelt sich um einen Smart Tag https://www.aliexpress.com/item/1005005447981439.html
Tobias schrieb: > Danke, damit ist die Idee verworfen und ein echter NiMH-Akku samt > Ladeschaltung Vosicht bei NiMH-Akku-Technologie: - Zellspannung nur 1,2V - hohe Selbstendladung
Tobias schrieb: > Tipps für bessere LDOs für die Anwendung nehme ich gerne an! TPS70930DBV, braucht max. 2uA, verträgt aber 2.7 bis 30V am Eingang. Tobias schrieb: > Erst dachte ich an einen Doppelschichtkondensator (Goldcap), > las dann aber, dass die nur eine kurze Lebensdauer haben. Vor allem gibt es dazu keine vernünftigen Daten. Man weiß nur, dass die Lebensdauer stark von der Temperatur abhängt und auch vom Verhältnis Ladeschlussspannung zu Nennspannung. Ein Typ, der mit 1000h bei 85°C beworben wird, hält demnach 4 Mal so lange, wie einer mit 1000h bei 65°C. Die besten, die ich kenne, sind die PHVL-3R9 von Eaton. Das sind 5V-Typen mit 3.9V Nennspannung und 5000h bei 85°C. Mit Wenn und Aber könntest du die in Erwägung ziehen. Wenn dein Gerät mit z.B. 2 bis 3.3V funktioniert, könnte man den Spannungsregler vor den Supercap bauen. Das verlängert auf jeden Fall die Lebensdauer, bei alten Typen von WIMA war es ein Faktor 2, hier ist es sicher weniger. Wenn das Gerät dann bei 25 bis 35 Grad betrieben wird, sollten die theoretisch über 20 Jahre halten. Und hätten dann immer noch 70% der Nennkapazität und weil sie neu nur 0.5 Ohm haben, könnten sie deine 3.5mA immer noch liefern. Tja, und dann liest man immer wieder, dass Supercap auslaufen und die Platine ruinieren. Über dazu gibt es schon garkeine Daten :(
Tobias schrieb: > Danke, damit ist die Idee verworfen und ein echter NiMH-Akku samt > Ladeschaltung muss her. Wie war das mit der Lebensdauer? Am langlebigsten sind ganz klar gute Batterien, die gibt es auch mit mehreren Ah und 3.6V, z.B. von Tadiran.
wenn 1 ampere eine sekunde lang strömt , sind das ca 6,241509074*10^18 elektronen, gleich 1 coulomb. 1 farad ist nun 6,2*10^18 elektronen pro volt (C/V) die batterie amperestunde Ah ist also eine ladungsmenge in coulomb (C*3600). nun weiß ich nicht welche voltspannung für die kondensatorkapazität F wertangabebezeichnend bestimmend ist, die maximalspannung ? früher dachte ich mal die elektrolyseabscheidemenge (elektronenmenge) wäre mit der avogadrozahl(lohschmidtzahl) mol korelliert, aber das ist doch nicht so, wäre ja auch zu einfach gewesen.
Tobias schrieb: > Klingt interessant. Leider kein ausführliches Datenblatt dazu. 3V Li-Io? LiMn Lithium Mangan. Wenn Platz für AA-Size ist, dann würde ich LiFePo4 Akku nehmen. Ich verwende diesen für IP-Bewegungsmelder. SOLAR Mignon AA Akkus – wiederaufladbare 3,2V Batterien -1,92Wh LiFePo4 Hochleistungs- Akku, speziell für Solarlampen, Lichterketten, Solarleuchte, Alarmanlagen und vieles mehr! 4 STK in Plastikbox https://amzn.eu/d/aXTYTOt - sicherer Betrieb - geringe Selbstentladung - konstante 3,2V - hohe Zyklenzahl - günstiger Preis - leicht tauschbar - AA-Batteriehalterung
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Erfahrung mit alten PC: Am langlebigsten sind Lithium Einwegbatterien. So lange wie die halten lebt kein Akku und auch kein Superkondensator.
Stefan F. schrieb: > Erfahrung mit alten PC: > Am langlebigsten sind Lithium Einwegbatterien. So lange wie die halten > lebt kein Akku und auch kein Superkondensator. LS14500 - konstante Spannung - 3,7V / 2,6Ah - leicht tauschbar - AA-Size Batteriehalter - geringe Selbstentladung - >10Jahr kein Lade!
Bauform B. schrieb: > Tobias schrieb: >> Danke, damit ist die Idee verworfen und ein echter NiMH-Akku samt >> Ladeschaltung muss her. > > Wie war das mit der Lebensdauer? Am langlebigsten sind ganz klar gute > Batterien, die gibt es auch mit mehreren Ah und 3.6V, z.B. von Tadiran. Ich habe gute Erfahrung mit z.B. Panasonic Eneloop NiMH LSD-Akkus (bzw. die baugleichen von Ikea). Die AAA haben 750mA. Sowas muss es doch noch etwas kompakter geben als ein Pack mit 3xAAA-Zellen? Problem ist eher die Zyklenfestigkeit, so dass unschönerweise bei Bedarf nur per Hand den Ladeprozess einleiten würde. 10Jahre Lebensdauer sollten schon drin sein? Wie groß und teuer wären denn die gute Batterien von Tadiran? Vielleicht wäre das auch eine Alternative, anstatt jedes Jahr eine CR2032 auszubauen.
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Tobias schrieb: > Ich habe gute Erfahrung mit z.B. Panasonic Eneloop NiMH LSD-Akkus (bzw. > die baugleichen von Ikea). Die AAA haben 750mA. Sowas muss es doch noch > etwas kompakter geben als ein Pack mit 3xAAA-Zellen? Problem ist eher > die Zyklenfestigkeit, so dass unschönerweise bei Bedarf nur per Hand den > Ladeprozess einleiten würde. 10Jahre Lebensdauer sollten schon drin > sein? Wie groß und teuer wären denn die gute Batterien von Tadiran? > Vielleicht wäre das auch eine Alternative, anstatt jedes Jahr eine > CR2032 auszubauen. Kein Problem mit dem richtigen Ladegerät aber: - empfindlich gegen Überladung (z.B. bei Schnurlostelefon) - nur 1,2V, weiche Entladungskennlinie - überlebt Tiefentladung meist nicht
Tobias, sage mal was du damit vor hast. Dann brauchen wir nicht so einen langen Eiertanz zu machen. Es gibt nicht die eine optimale Lösung für alle Fälle.
nochmal , ist die kapazität des kondensators von 3300µF bei allen ladespannungen 3V 6V 20V 50V immer gleich ? für welche spannung gilt die kapazitätsangabe ?
Carypt C. schrieb: > nochmal , ist die kapazität des kondensators von 3300µF bei allen > ladespannungen 3V 6V 20V 50V immer gleich ? für welche spannung gilt > die kapazitätsangabe ? Wenn du die oben angegebenen Formeln angeschaut hättest, wüsstest du die Antwort... Egal: Wenn du einen 1 F - Kondensator mit 1 A für eine Sekunde entlädst, sinkt die Spannung um 1 V. Egal ob der Kondensator vorher nur ein Volt hatte, und danach auf 0V ist, oder ob der vorher 1000V hatte, und nachher nur noch 999V. Aber: Den 1000V-Kondensator kannst du nachher noch für 999 weitere Sekunden mit 1A entladen, er enthält mehr Energie. Das alles als theoretische Betrachtung für "ideale" Kondensatoren, bei realen (hust MLCC hust) ändert sich die Kapazität auch mit der angelegten Spannung, dann --> Datenblatt.
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Carypt C. schrieb: > nochmal , ist die kapazität des kondensators von 3300µF bei allen > ladespannungen 3V 6V 20V 50V immer gleich ? Die in Farad gemessene Kapzität ist unabhängig von der Spannung. Früher hat man so etwas im Physikunterricht gelernt. Allerdings gibt es Kondensatoren, die ihre Kapazität in Abhängigkeit von der Spannung ändern, so etwas kann bei einigen MLCC-Kondensatoren (Keramik, SMD) vorkommen. BTW: Du plenkst.
Michael B. schrieb: > 9.24ms. > 25uA also 37 Sekunden. Edi R. schrieb: > Das wäre die 10fache Zeit von Michael B. (laberkopp). Da scheint noch > irgendwo eine Kommastelle verrutscht zu sein. 0.00924/0.000025 sind auch 370.
Tobias schrieb: > Wie errechnet ich nun die Entladezeit? Über Tau=R*C? Nein - du schreibst doch, dass du mit konstantem Strom entladen willst. Die Formel mit der Zeitkonstanten beschreibt einen exponentiellen Verlauf bei Entladung über einen festen Widerstand. Bei konstantem Strom nimmt die Ladung linear mit der Zeit ab (Q=I*t) und da die Spannung proportional zur Ladung ist (U=Q/C) nimmt entsprechend die Spannung auch linear ab.
oh, danke. das war mir nicht klar. das bedeutet also die angegebene kapazität 3300µF in elektronenzahl wären 6,2*10^18 elektronen * 0,0033 = 2,059*10^16 elektronen. diese ladung kann ich mit der spannung 3V multiplizieren um die gesamtladung im kondensator zu wissen. würde ich diese 0,0099*C in einer sekunde entladen flössen 0,0099 A. hmmm, 25µA sind 25µC/sek. für 2,8V am kondensator sind es also 0,00924 C : 0,000025 C = 369,6. 369,6 sekunden lang fließt ein strom von 25µA langweilig, aber ich verstehe also die spannung als linearen kompressor für elektronendichte. hmm
Da er wohl nicht mehr wiederkommt, spekuliere ich mal rum: Er dachte sich wohl "Ich bin doch nicht doof und kaufe mir jedes Jahr für 3 Euro ne Knopfzelle!!!!!1111" Sind ja auch teilweise staatlich legalisierte Mafiastrukturen. Beim Ali gibts die jedenfalls avg für 20 Cent pro Stück und selbst wenn die nur halb so gut sind, lohnts sich. Ich habe jedenfalls mal welche getestet. Ist drin was draufsteht.
Es geht mir weniger um die Kosten der Knopfzelle, sondern um den Aufwand des Wechsels und den ökologischen Schwachsinn des Batterieverbrauchs, wenn doch gelegentlich Ladespannung zur Verfügung steht. Wenn das Ding einmal vernünftig verbaut ist, möchte ich da nicht jedes Jahr wieder ausbauen. Für wenig mehr bekommt man übrigens auch einen Smart Tag mit einer größerer Bauform und Batterie (CR2450) bei Ali, der 3Jahre hält, bzw. halten soll. Die Zellen gäbe es dort auch unter 1EUR/Stück. Außerdem plane ich die Tags auch im PKW Boardnetz fest einzubauen und über Boardspannung zu versorgen. Ein Ausfallpuffer für ein paar Tage wäre ggf. auch nicht schlecht gewesen.
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