Batterie-Profiling prüft, ob Kapazitätsangaben der Realität standhalten

Battery-Profiling ist der Unterschied zwischen dem Auslegen einer Schaltung anhand einer aufgedruckten Zahl und dem tatsächlichen Wissen, was diese Zelle unter realen Bedingungen liefern kann. In diesem Clip aus dem Elektor Lab Talk zeigt Saad Imtiaz, wie er ein Qoitech Otii Ace einsetzt, um Batterien unter repräsentativen Aktiv- und Schlaflasten zu charakterisieren, und vergleicht diesen Ansatz mit einem Joulescope für Leistungsverbrauchsmessungen. Der Clip knüpft an das praktische Problem an, das Elektor in einem früheren Beitrag über batteriebetriebene Embedded-Systeme untersucht hat: Die Nennkapazität allein sagt nichts darüber aus, wie lange ein reales Gerät tatsächlich läuft.

Battery-Profiling unter realer Last

Das aktuelle Qoitech Otii Ace Pro fungiert sowohl als Spannungsquelle als auch als Messinstrument; die optionale Battery Toolbox ergänzt Funktionen für Battery-Profiling, Tests und Emulation. Imtiaz richtet einen sich wiederholenden Arbeitszyklus ein, der ein Embedded-Projekt nachbildet – mit einer kurzen Wachphase mit höherem Stromverbrauch und einer deutlich längeren Schlafphase mit wesentlich geringerem Verbrauch. In seinem Beispiel beträgt das Wachintervall 10 s und das Schlafintervall 200 s. Der Profiler entlädt die Zelle gemäß diesem Muster und zeichnet auf, wie sich die Spannung im Zeitverlauf verändert. Diese Kurve ist aussagekräftiger als ein einzelner Kapazitätswert, da das Projekt aufhören kann zu funktionieren, bevor die Zelle vollständig entladen ist. In Saads Beispiel wird das System bei etwa 3,2 V unbrauchbar, weil die Versorgungsspannung die Elektronik nicht mehr ausreichend versorgen kann.

Wenn aus 3000 mAh plötzlich 250 mAh werden

Das auffälligste Ergebnis lieferten 18650-Lithium-Ionen-Zellen, die mit 3000 mAh angegeben oder beschriftet waren. Saad hatte den Stromverbrauch seines Projekts bereits berechnet, konnte sich die schlechte Laufzeit aber nicht erklären. Das Battery-Profiling lieferte die Antwort: Einige der Zellen wiesen nur etwa 250 mAh auf. Ob diese Zellen verschlissen, falsch beschriftet oder schlicht minderer Qualität waren, lässt der Clip offen – er zeigt jedoch, warum eine Kapazitätsprüfung viel unnötiges Debugging an anderer Stelle im Design ersparen kann.

Saad setzt außerdem ein Joulescope für detaillierte Leistungsmessungen ein. In seinem Aufbau wird das Zielgerät von einer externen Batterie oder Spannungsquelle versorgt, während das Joulescope den Stromverbrauch des Embedded-Systems misst. Das Otii hingegen kann das Projekt direkt versorgen und gleichzeitig messen, was es besonders praktisch macht, wenn sowohl Geräteleistungs-Profiling als auch Batteriecharakterisierung gefragt sind.

Den Arbeitszyklus messen, nicht nur das Etikett lesen

Bei stromsparender Embedded-Hardware lautet die entscheidende Frage selten nur: „Wie viele Milliamperestunden verspricht diese Batterie?" Ein Sensorknoten verbringt den Großteil seiner Zeit im Schlafmodus, wacht kurz zum Erfassen oder Senden auf und kehrt dann in einen sehr stromsparenden Zustand zurück. Diese Betriebsmodi als realistischen Zyklus zu messen liefert eine wesentlich bessere Grundlage, um Zellen zu vergleichen, die Laufzeit abzuschätzen und stromhungrige Firmware-Verhaltensweisen aufzudecken. Zudem lassen sich damit zwei leicht zu verwechselnde Probleme trennen: ein zu hoher Stromverbrauch des Projekts und eine Batterie, die deutlich weniger Energie liefert als erwartet.