Messung des Stromverbrauchs der E-10 und der Entladekurve von NiMH Akkus Autor: Klaus Schraeder Zahlreiche Postings in diesem Forum haben sich mit den Fragen des Stromverbrauchs, der optimalen Akkus und der Verwendbarkeit des IBM Microdrives unter diesem Gesichtspunkt beschäftigt. In diesem Beitrag soll versucht werden, die Entladecharakteristik eines GP 1700 mah NiMH Akkus darzustellen und unter dem Gesichtspunkt der spezifischen E-10 Anforderungen zu diskutieren. Des weiteren werde ich versuchen, den Stromverbrauch der E-10 unter den verschiedenen Betriebsbedingungen zu ermitteln und Konsequenzen für die Benutzer aufzuzeigen. 1. Entladecharakteristik GP 1700 Vier neue 1700 mah NiMH Akkus von GP wurden total entladen und danach mit ca. 1900 mah geladen. Die Entladekurve wurde mit einer elektronischen Last mit einem konstanten Entladestrom von 420 ma aufgenommen und die resultierende Spannungskurve der 4 Akkus aufgezeichnet. Die Messungen erfolgten in Abständen von genau 10 Minuten (entsprechend 70 mah). Der Entladestrom von 420 ma entspricht realistischen Bedingungen, nämlich dem Verbrauch in der Bereitschaftsphase. Bild 1 zeigt die Entladekurve, in der Low Battery Schwelle als auch die Abschaltspannung der E-10 eingetragen wurden. Die x-achse zeigt die Entladekapazität in mah in Inkrementen von 70 mah, die y-achse die Akkuspannung der 4 Akkus unter Last in Volt
Bild 1 Volt 5,5 Entladekurve von 4 NiMH Akkus GP1700 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 70 210 350 490 630 770 910 1050 1190 1330 1470 1610 1750 Volt Low Battery Abschaltsp. mah Die Entladekurve ist typisch für NiMH Akkus: Starker Abfall der Spannung während der ersten 300 mah, langes Plateau bis zu einer Zellenspannung von ca. 1 V, dann drastischer Abfall bis zur Entladung. Die E-10 gibt eine Low-Battery Warning bei einer Spannung von kleiner 4.5 V und schaltet ab, wenn die Akkuspannung unter 4.43 V gesunken ist. Beide Werte sind in die Entladekurve eingetragen und entsprechen folgenden entnommenen Kapazitäten: Low Battery 1120 mah, Abschalten bei 1260 mah. Dies entspricht einer Nutzung von 75 % des voll geladenen Akkus.
2. Innenwiderstand Die Leerlaufspannung der Akkus betrug 5.4 V, unter der Last von 420 ma sank die Spannung auf 4.95 V. Daraus ergibt sich ein Innenwiderstand der 4 in Serie geschalteten Akkus von R=Delta U/I oder 0.45V/0.42A = 1.07 Ohm Je nach Last fällt an diesem Innenwiderstand eine Spannung ab, die die Akkuspannung entsprechend verringert. 3. Verbrauchsmessungen Die Verbrauchsmessungen wurden mit konstanter Spannung aus einem stabilisiertem Netzteil mit 4.8 V vorgenommen. In der E-10 befand sich nur eine SM mit 64 MB. Ergänzend habe ich einige Messungen mit eingesetztem 340 MB Microdrive wiederhalt, dabei musste ich jedoch in diesem Fall auf 5 V gehen. Dabei handelt es sich nicht um statische Werte, sondern um dynamische, wobei ich versucht habe, über deren Dauer zu integrieren, um zu einer Abschätzung der Stromaufnahme zu kommen. Aktion Stromaufnahme ma Einschalten, 4 sek 850 Einschalten, 4 sek, mit MD 1100 Standby 230 Standby mit MD 265 Aufnahmebereitschaft 10 sek 460 Aufnahmebereitschaft 10 sek MD 475 Fokussieren 1 sek 1500 Fokussieren manuell 1500 Blitz laden 7 sek 1500 Speichern auf SM 4 sek 560 Speichern auf MD 4 sek 750 Monitorwiedergabe 525 Aufnahmebereitschaft mit Monitor 650 Interessant ist, dass offensichtlich die Motorsteuerung für den Fokus und die Blitzaufladung so geschaltet sind, dass die E-10 trotz des grossen Spannungsabfalls von 1.5 V nicht abschaltet obwohl die Akkuspannung in diesen Fällen unter der Abschaltspannung von 4.43 V liegt.
4. Stromverbrauch Mit den oben genannten Daten lässt sich jetzt natürlich auch eine Abschätzung des gesamten Stromverbrauchs vornehmen. Folgende Bedingungen habe ich zugrunde gelegt, und hoffe, dass meine Werte einigermassen o.k. sind: 1 Stunde fotografiert, 40 Bilder geschossen, die Hälfte davon mit Blitz, 2 x pro Bild fokussiert, jedes Bild 5 sek kontrolliert. Verbrauch Verbrauch mas Standby 2600 sek x 230 ma 598000 Bereitschaft 400 sek x 460 ma 184000 Fokussieren 80 sek x 1500 ma 120000 Blitz laden 140 sek x 1500 ma 210000 Speichern 160 sek x 560 ma 90000 Monitorkontrolle 200 sek x 525 ma 105000 Total 1307000 Dies entspricht 363 mah oder ca. ¼ nutzbare Akkukapazität. Also sollten unter diesen Randbedingungen mit einem Satz 1700 mah Akkus ca 150 Aufnahmen gemacht werden können. Dies mögen optimistische Werte sein, in der Realität wird sicher öfter fokussiert. 5. Einschaltcharakteristik, Abschaltcharakteristik der E-10 Interessanterweise sind die Schwellen Low Battery und Abschalten/Einschalten unterschiedlich beim Abschalten bzw. beim Einschalten der E-10 Abschalten: Abgeschaltet Low Battery o.k. 4.43 V 4.49 V Einschalten: Keine Anzeige Low Battery o.k. 4.02 V 4.68 V
6. Lithium-Polymer Akku B-10LPB Der optional erhältliche Li-Polymer Akku (einsetzbar nur mir Power grip) konnte leider nicht gemessen werden, da seine Kontakte nicht zugänglich sind. Dieser Akku ist spezifiziert mit 3.7 V, 4200 mah. Da dieser Akku fast vollständig entladen wird (hier benutzt Olympus offensichtlich in der E-10 einen sogenannten DC/DC Konverter, der die 3.7 V hochtransformiert auf die Systemspannung von mindestens 4.43 V) steht insgesamt eine Kapazität von 15 Wh zur Verfügung. Damit liefert der LiPo fast 2.5 mal mehr als die oben beschriebenen GP 1700 mit, berücksichtigt man den nutzbaren Bereich bis ca 1300 mah, insgesamt 6 Wh. Allerdings ist sein Preis mehr als 2.5 mal so hoch, nämlich fast 20 mal! (Für die 4 GP1700 habe ich 40.- bezahlt, der B-10LPB kostet alleine 800.- DM). 7. IBM Microdrive Der 340 MB Microdrive zieht beim Hochfahren 250 ma mehr aus den Akkus, wegen des Innenwiderstandes von 1 Ohm der GP1700 fallen damit 250 mv Spannung an den Akkus ab. Bei voll geladenen Akkus mag das noch unerheblich sein, berücksichtigt man jedoch die Entladekurve und die Abschaltschwelle von 4.43 V, ist ein Microdrive eigentlich nicht mehr einsetzbar, nachdem aus den Akkus bereits 300 ma entnommen wurden. Hier spielen natürlich Toleranzen eine nicht unerhebliche Rolle. Definitiv zieht der Microdrive auch im Standby und bei der Aufnahmebereitschaft einen etwas höheren Strom, und kann bei nachlassender Akkuleistung zu früherem Abschalten führen. Der Betrieb mit dem Lipo oder dem optionalen Netzteil ist dagegen völlig unkritisch. 8. Zusammenfassung Die E-10 ist eine stromhungerige Kamera. Ihre Abschaltschwelle liegt relativ hoch und deshalb sollten nur erstklassige NiMH Akkus höchster Kapazität von mindestens 1600 mah verwendet werden, wenn man nicht dauernd die Akkus wechseln will. NiCD kommen wegen ihrer geringen Kapazität und wiederaufladbare Alkali-Zellen wegen ihres grossen Innenwiderstandes nicht in Frage. Die nicht aufladbaren Li- Zellen werden wohl aus Kostengründen eher als Notnagel bei Arktisexpeditionen herhalten müssen. Der Anwender kann mit der Tabelle unter 3 und 4 den Stromverbrauch in geringen Massen beeinflussen. Wichtig erscheint mir, Ladegeräte für die NiMH Akkus zu verwenden, die eine vollständige Entladung der Zellen vor der eigentlichen Ladung ermöglichen, da immerhin 25 % der Kapazität
ungenutzt im Akku verbleiben und NiMH Zellen sehr wohl einen Memory-Effekt zeigen.