LED Lichterkette mit Batterien - Stromverbrauch / Brenndauer errechen?

[CaptainKarracho]

Ich hab ne ganz komplizierte Aufgabe und komme einfach nicht dahinter... vielleicht könnt ihr mir helfen....

Ich möchte ein Päckchen zu Weihnachten verschicken, ein Geschenk! Im Baumarkt gab es diese LED Lichterketten mit 20 LEDs für 2,20 Euro...!
Ich wollte so eine Lichterkette an schalten und ins Packet legen bzw. habe ich die Lichter schon ordentlich an den Seitenwänden an gebracht...!

Jetzt will ich natürlich wissen wie lange so eine Lichterkette brennt mit den eingelegten Batterien, ob sie halt noch am Weihnachtsfest beim auspacken brennen...!

Auf der Lichterkette steht: "4,5 V" - "20 LED´s 2V/0,04W" - "0,8W"
Die Lichterkette benötigt 3 AA Batterien um zu funktionieren....
Ich habe solche Batterien gekauft:
Daimon Mignon-Batterie

Auf den Batterie´n selbst ist keine mAh angegeben... was die Sache sicherlich schwieriger macht...! (wüsste aber selbst nicht wie ich das ausrechne hätte ich die mAh Angabe)

Ich will einfach nur wissen, wie lange die Lichterkette mit den 3 Batterien brennt... sollte doch eigentlich leicht auszurechnen ein...!

Würd mich über Hilfe freuen!
Lieben Gruß,
Sebastian

PS: Ein Arbeitskolege hat es auch leihenhaft ausgerechnet und kommt bei 500 mAh pro Batterie auf knappe 11 Tage... jetzt wissen wir nicht ob dieser Wert realistisch ist... (wissen ja auch nicht ob wir richtig gerechnet haben!)

[makkie]

Also Sebastian,

der Wert ist schon realistisch, aber Du kannst es wirklich nicht exakt berechnen, da Du ja nie weist, in welchem Zustand sich die Batterien befinden. Damit meine ich, dass auch wenn Du neue Batterien kaufst, trotzdem unterschiedliche Ladezustände anliegen können. Ich an Deiner Stelle würde kein Risiko eingehen und das Paket erst kurz vor dem Verschenken / Versenden fertig machen, dann ist gewährleistet, dass die LED´s auch wirklich brennen. Wenn Du es mit der Post versendest müssen sie halt 3 Tage halten . Ich weis nicht, ob es dann sinvoll wäre etwas hochwertigere Batterien wie z.B. Duracell, oder irgendwas mit "Longlife" zu verwenden.

makkie

[CaptainKarracho]

Ich hatte ja sowieso vor das Packet vor der Post zu verschließen, kurz nachdem ich die Lichterkette eingeschaltet habe...!
Vielleicht bring ich das Montag zur Post... nur is die Frage, obs da noch pünktlich zum Weihnachtsfest da ist...
Und wen ichs Freitag zur Post bringe... ob die LED´s dan am Donnerstag noch brennen is fragelich! (= Deswegen wollt ich das auf diesem Wege abklären...

[Suthriel]

Also 11 Tage kommen mir doch etwas unrealistisch lange vor :/

Von den R6 oder LR6 oder eben AA Akkus weiss ich, das die größeren bis zu 2000 oder gar 2400 mAH haben, solche hab ich zufällig letztens geholt. Kann durchaus sein , das normale Batterien noch etwas mehr haben, können ja der einfachheit halber mal von 2500 mAH (oder eben 2,5 AH) ausgehen.

Wieviel mAH eine LED braucht steht ja schon indirekt auf der Verpackung, da eine 2V braucht und 0,04 Watt.
Mal schauen ob ichs noch zusammen bekomme:

Ampere * Volt = Watt

oder Watt : Volt = Ampere
0,04 : 2 = 0,02 A oder 20mAH

Da sie 4,5 V brauchen (1,5 Volt per Batterie mal 3 Batterien = 4,5 V), bleibt die Amperezahl gleich, war doch irgendwie so mit Reihe und Parallelschaltung, jedenfalls muss am Ende die selbe Wattzahl rauskommen.

Mal gucken:
4,5 Volt von 3 Batterien bei 2,5 A sollten 11,25 Watt ergeben
(oder andersrum 1,5 V per Batterie bei 7,5 A von 3 Batterien auch 11,25 Watt)

11,25 W durch die 0,8 W von den 20 LEDs = 14,06 Stunden würde ich dann sagen.

Oder bei deinen 500 mAH bzw 0,5 AH Batterien:
4,5 V * 0,5 = 2,25 Watt
2,25 Watt : 0,8 Watt LED Verbrauch = 2,81 Stunden

Das wäre so meine Rechnung, wie würdet ihr da auf mehr oder weniger kommen, oder hat sich bei mir ein kapitaler Denkfehler eingeschlichen?
Unklar ist mir allerdings, wie sie die LEDs geschalten haben, das sie 4,5 Volt brauchen, warscheinlich immer 2 in Reihe (erg#äbe aber nur 4 V per Reihe) und dann 10 Reihen parallel oder so.

[CaptainKarracho]

Das klingt sehr plausiebel, und auf die fast 3 Stunden sind wir auch gekommen!
Das kann aber allerdings nicht sein, da ich die besagte Lichterkette in gebrauch hatte und diese bissher länger als 3 Stunden gelaufen ist!

Im Internet steht bei vergleichsweisen Lichterketten, wie ich ebend gefunden habe, eine Brenndauer mit 2 AA Batterien von 100 bis 200 Stunden bei...

Jetzt ist die Frage... was ist richtig!?!

Außerdem handelt es sich ja um keine Akkus! /= Sondern normale Batterien! Leider steht da nix drauf! Vielleicht nehmen wir da mal den schlechteren durchschnittswert an...

[Suthriel]

Ja, die Akkus hab ich deswegen erwähnt, weil die meist weniger mAH haben, als die normalen Batterien, meine Akkus hatten die erwähnten 2400 gab aber auch noch größere, und wenn die Akkus schon so groß sind, kann man sicher davon ausgehen, das gute Batterien an die 2500 bis 3000 mAH haben, villt sogar mehr.

Aber eben, wenn nichts auf den Batterien drauf steht, kanns auch sein, das die nur 1000mAH haben :/ man weiss es leider nicht, aber 500mAH Batterien dürfte es nicht mehr geben

Edit meint noch: 100 oder 200 Stunden? Was für LEDs benutzen die? o.O ich kenne zwar noch LEDs mit 0,002 A aber meist werden die als kleine Signallichter oder so benutzt, also nicht unbedingt leuchtstark. Die normalen Taschenlampen LEDs haben alle um die 0,02 A Verbrauch.

Naja, bleibt auch immer noch die Möglichkeit eines Rechenfehlers bei mir ^.^

[CaptainKarracho]

Gut zu wissen mit der Stromstärke... wir sind nämlich von 500mAh ausgegangen... ein Arbeitskollege meinte (klang jedenfalls so als wüste er es) das Batterien so um die 800 mAh besitzen... keine Ahnung...

Jedenfalls hab ich die Lichterketten hier gefunden:
Lichterketten

Da steht bei einer:
20 gelbe Leuchtdioden 3,4V 0,07W
2 Mignon Batterien erforderlich
Leuchtdauer: 100 - 200 Std je nach Batterie Qualität

Also eigentlich mehr Leistungsfressend als die, die ich besitze... da eine ja nur 0,04W benötigt...

[Suthriel]

Hier verlässt mich grade mein Verständnis... weil das irgendwie nicht wirklich zusammen passt *grübel* jedenfalls nicht, wenn ich mein spärliches Wissen ranziehe.

0,07 Watt pro LED, vermute ich mal, wären bei 3,4 Volt = die üblichen 0,02 A.
0,07W mal 20 LEDs gleich 1,4 Watt, dann passts aber wirklich nicht, denn das wären ja 140 bis 280 Watt bei der angegebenen Zeit....

Oder 0,07 Watt für alle zusammengerechnet? Das wären

0,07 : 20 LEDs = 0,0035 Wat pro Stück,
0,0035 W : 3,4 V -> rund 0,001 A oder 1 mA pro LED

Wenn wir die oben genannten Beispielbatterien nehmen würden mit 2,5 A per Batterie zu 3 Batterien

11,25 W : 0,07 Watt Gesamt = 160 Stunden

Wobei die bei dieser Lichterkette nur 2 wollen also

160 : 3 = 53,33 usw mal 2 Batterien = 106,66 usw.Stunden

Das wäre die einzige Möglichkeit, um auf so hohe Stundenzahlen zu kommen, allerdings kann ich mir nicht vorstellen, das die dann noch sonderlich hell leuchten.

Ansonsten... keine Ahnung *ratlos guck* wo sind die Techniker?

[Cordess]

Gut zu wissen mit der Stromstärke... wir sind nämlich von 500mAh ausgegangen... ein Arbeitskollege meinte (klang jedenfalls so als wüste er es) das Batterien so um die 800 mAh besitzen... keine Ahnung...

Die ganz kleinen Akkus der Größe Micro (also AAA) haben in der Regel ca. 600-800 mAh.
Die dürfte er wohl gemeint haben.

Das sind aber Akkus, daher ist das nicht 1:1 vergleichbar.
Bei Batterien gibt es in der Regel keine Kapazitätsangabe, aber dennoch
kann man von der Pi mal Daumen Regel davon ausgehen, daß gute Markenbatterien bei gleicher Größe eine größere Kapazität haben als Akkus.

Bei NoName Batterien kann es natürlich passieren, daß in der Batterie nicht die ganze größe der Batterie als Speicher verwendet wird, dann ist die Kapazität natürlich deutlich geringer.
Das Gewicht kann hier Rückschlüsse erlauben.


Desweiteren haben Batterien eine Ausgangsspannung von 1,5 V die aber bei hoher Strombelastung schnell absinkt, sogar deutlich stärker als bei Akkus.
Akkus können ihre Spannung von 1,2 V in der Regel über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten, Batterien fallen sehr schnell unter 1,2 V und weniger bei hoher Strombelastung.
Siehe dazu auch folgende Wikipedia Grafik:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/4/42/Nimhcharakteristikrp.png

Zu deinem Problem.
An deiner Stelle würde ich ja eine kleine Schaltung mit Fotodiode einbauen,
so daß die Lichterkette erst dann angeht, wenn man das Paket aufmacht und Licht auf die Fotodiode drauffällt.
Mit dieser Methode kannst du dir sicher sein, daß die Batterien auch noch nach Wochen voll sind, solange das Paket halt lichtdicht und somit verschlossen bleibt.
So eine Schaltung ist schon mit einfachsten Mitteln realisbar und besteht nur aus sehr wenigen Bauteilen.

Um die Leuchtdauer der Lichterkette zu verlängern kannst du aber auch einfach mehrere Batterien parallel schalten, das erhöht die Kapazität.
Wenn du z.B. normalerweise 3 Batterien in Reihe benötigst, dann kannst du 3 weitere Batterien dazu nehmen und diese paralell zu den 3 anderen Batterien schalten.
Siehe dazu: Wikipedia Artikel Paralellschaltung, da ist das auch anhand einer Skizze beschrieben.
Grenzen setzt hier eigentlich nur das Gewicht des Paktes.
Im Prinzip kannst du nämlich soviele Batterien wie du willst parallelschalten.
Solange halt immer 3 in Reihe sind, so daß du die notwendige Spaninung erreichst.

Alternativ dazu bietet sich aber auch 3 Monoblöcke an, die haben eine deutlich höhere Kapazität als Mignonbatterien.

http://de.wikipedia.org/wiki/Mono_%28Batterie%29

Der Nachteil ist halt, daß man Monoblöcke nur in wenigen Geräten weiterverwenden kann.
Während man für Mignonbatterien in Fernbedienungen, Wecker etc. immer eine Verwendung findet.


Desweiteren kannst du auch den Typ der Batteriewechseln.
Die von dir erwähnten Batterien sind Alkali-Mangan Batterien.
Es gibt aber auch schon Lithium-Eisensulfied Batterien, die haben eine deutlich höhere Kapazität bei geringerem Gewicht. Dafür sind sie aber auch deutlich teurer.
Du mußt halt ausrechnen ob sich ein höherer Preis für das Packet aufgrund eines höheren Gewichts
und mehr Batterien eher rechnet, als diese teuren Lithiumbatterien.


EDIT:
Laut diesem Wikipediaartikel hat eine normale Alkali-Mangan Batterie in Mignogröße eine Kapazität von ca. 2,8 Ah, damit kann man also schonmal rechnen.
Zu beachten ist hierbei aber, daß die Kapazität abhängig von dem Entladungstrom ist, je größer
dieser ist, desto weniger Kapazität kann man aus der Batterie herausholen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Alkali-Mangan-Batterie#Vergleich_Alkali-Mangan-_und_Zink-Kohle-Zelle

[Pyromancer]

Hier verlässt mich grade mein Verständnis... weil das irgendwie nicht wirklich zusammen passt *grübel* jedenfalls nicht, wenn ich mein spärliches Wissen ranziehe.

0,07 Watt pro LED, vermute ich mal, wären bei 3,4 Volt = die üblichen 0,02 A.
0,07W mal 20 LEDs gleich 1,4 Watt, dann passts aber wirklich nicht, denn das wären ja 140 bis 280 Watt bei der angegebenen Zeit....

Oder 0,07 Watt für alle zusammengerechnet? Das wären

0,07 : 20 LEDs = 0,0035 Wat pro Stück,
0,0035 W : 3,4 V -> rund 0,001 A oder 1 mA pro LED

Wenn wir die oben genannten Beispielbatterien nehmen würden mit 2,5 A per Batterie zu 3 Batterien

11,25 W : 0,07 Watt Gesamt = 160 Stunden

Wobei die bei dieser Lichterkette nur 2 wollen also

160 : 3 = 53,33 usw mal 2 Batterien = 106,66 usw.Stunden

Das wäre die einzige Möglichkeit, um auf so hohe Stundenzahlen zu kommen, allerdings kann ich mir nicht vorstellen, das die dann noch sonderlich hell leuchten.

Ansonsten... keine Ahnung *ratlos guck* wo sind die Techniker?

Rein Ladungstechnisch betrachtet:
Gehen wir mal von 3 Batterien a 3Ah aus, dann haben wir 9Ah.
Wenn die 20 LEDs insgesamt 0,4 Ampere (20*0,02A) ziehen, dann käme man nach Adam Riese auf 9Ah/0,4A = 22,5 Stunden.

Billig-Batterien werden entsprechend kürzer halten.

[Cordess]

Unklar ist mir allerdings, wie sie die LEDs geschalten haben, das sie 4,5 Volt brauchen, warscheinlich immer 2 in Reihe (erg#äbe aber nur 4 V per Reihe) und dann 10 Reihen parallel oder so.

Die 4 V pro Reihe sind nicht das Problem.
LEDs vertragen auch durchaus eine etwas größere Spannung als die Nennspannung.
Macht bei 2 Leds in Reihe also, 2,25 V pro LED.
0,25 V Spannungsdifferenz ist nicht viel, das verkraften die locker.
Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Spannung der Batterie sehr schnell abfallen wird.

Nach relativ kurzer Zeit liefern 3 Batterien in Reihe also nicht mehr 4,5 V (also 1,5 V pro Batterie) sondern nur noch 3,6 V und weniger (also nur 1,2 V pro Batterie), Tendenz weiter fließend fallend.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Cordess schrieb nach 12 Minuten und 38 Sekunden:

Auf der Lichterkette steht: "4,5 V" - "20 LED´s 2V/0,04W" - "0,8W"
Die Lichterkette benötigt 3 AA Batterien um zu funktionieren....

Wenn wir von einer Kapazität von 2,8 Ah für die Mignon Batterien ausgehen.
Siehe: Alkali-Mangan-Batterie ? Wikipedia


Dann sind das rechnerisch:
0,8 W / 4,5 V ~ 0,18 A Stromverbrauch

Ich würde aber eher von 0,2 A ausgehen, da die Batteriespannung im Laufe
der Zeit ja fallen wird und somit mehr Strom der Batterie entzogen wird um die Leistung von 0,8 W erbringen zu können.

Außerdem kommt bei 10 LEDs in parallelbetrieb ein Nennstrom von 0,2 A / 10 = 20 mA pro LED eher hin, als irgendeine krumme Zahl. 20 mA sind auch ein durchaus typischer Wert für den Nennstrom von LEDs.





D.h. die 3 Batterien reichen für ca.:
2,8 Ah / 0,2 A = 14 h.

14 Stunden werden für den Postversand also kaum ausreichen.
Nimmst du 6 Batterien, wovon 3 in Reihe geschalten werden und die Reihen dann parallel, dann verdoppelt sich die Kapazität und damit auch die Anzahl der Stunden auf 28 h.
Das reicht aber immer noch nicht.

Du solltest also schon 4 Reihen * 3 Batterien verwenden, also 12 Batterien.
Dann kommst du immerhin auf 56 h. Das sollte bei Expressversand genügen.



Die andere von dir genannten Lichterkette hat kleinere Leds, die brauchen damit auch weniger Strom:

Da steht bei einer:
20 gelbe Leuchtdioden 3,4V 0,07W
2 Mignon Batterien erforderlich
Leuchtdauer: 100 - 200 Std je nach Batterie Qualität

http://www.telefon-wittmann.de/weihn...ng/p18746.html




Ausgehend von 2 Leds in Reihe:
3,4 V / 2 = 1,7 V pro Led
0,07 W / 3,4 V = 0,020 A für alle Reihen zusammen
0,020 A / 10 = 2 mA pro LED

Diese Lichterkette hat also LEDs die nur 1/10 des Stromes von deiner Lichterkette benötigt.
Übertragen auf die Zeit von deinen 15 h kommt das bei dieser Lichterkette dann auch
problemlos auf die 100-200 h hin, denn 15 h * 10 ~ 150 h.


Fazit:

Deine Lichterkette benötigt zu viel Energie, du brauchst also mehr Batterien oder Batterien mit höherer Kapazität, damit du die Lichterkette länger als 15 h betreiben kannst.

Eine elektrische Schaltung wäre daher die beste Lösung.

Und ganz nebenbei gemerkt.
Dies wäre auch aus Umweltgründen die bessere Lösung.
Denn einfach mal so 3-12 Batterien leer machen, für fast nichts, das ist schon ne ziemliche Verschwendung mit mieser Umweltbilanz.
Die Batterien kann der Empfänger jedenfalls kaum noch gebrauchen.
Mit einer elektrischen Schaltung bleiben diese aber noch ziemlich frisch.


PS:
Gerade fällt mir ein.

Im Prinzip würde bei dir auch ein entsprechender Schalter oder Taster genügen, der genau dann auf "Strom an" stellt, wenn man ihn los läßt.
Wenn du den Schalter dann beim Packet festklemmst, so daß das Paket den Schalter gedrückt hält solange es geschlossen ist, dann kommst du sogar ganz ohne elektrische Schaltung und nur mit 3 Batterien aus.

Der richtige Schalter wäre also die Ideale Lösung.
Und damit das Einspannen hält, würde ich ein Stückchen Holz als Klemmhilfe verwenden.

[CaptainKarracho]

Auf meiner Lichterkette steht: "4,5 V" - "20 LED´s 2V/0,04W" - "0,8W"

Auf der zu kaufen 20 gelbe Leuchtdioden 3,4V 0,07W

Also... verbraucht die 2. ja pro Birne 0,07W und meine verbraucht pro Birne 0,04W...
Oder wo ist da mein Denkfehler...? O_o

[Cordess]

Auf meiner Lichterkette steht: "4,5 V" - "20 LED´s 2V/0,04W" - "0,8W"

Auf der zu kaufen 20 gelbe Leuchtdioden 3,4V 0,07W

Also... verbraucht die 2. ja pro Birne 0,07W und meine verbraucht pro Birne 0,04W...
Oder wo ist da mein Denkfehler...? O_o

Nein, die 0,07 W beziehen sich ja auf das Gesamtsystem bei einer Spannung von 3,4 V, also auf
alle LEDs zusammen, nicht nur auf einer einzigen.

Auf eine bezogen sind das:
0,002 A * 1,7 V = 0,0034 W
bzw. 3,4 mW

Also 1/10 von dem was deine benötigt.


Übrigens ist eine LED eine Leuchtdiode, keine Birne.
Eine Birne, das ist ne Glühbirne.

[Suthriel]

Nein, die 0,07 W beziehen sich ja auf das Gesamtsystem bei einer Spannung von 3,4 V.

Denk ich auch, die benutzen dort wohl diese sogenannten "Low current" LEDs, die arbeiten tatsächlich nur mit 1 bis 2 mA, taugen aber wirklich nicht für mehr als Standby-Leuchten, Signal-/Anzeigelichter und dergleichen, also keine gleißend helle Festbeleuchtung erwarten
Hat schon seinen Grund, warum diese Lichterketten meist bei abgedunkelten Räumen fotografiert werden *grins*

[Cairol]

Die 4 V pro Reihe sind nicht das Problem.
LEDs vertragen auch durchaus eine etwas größere Spannung als die Nennspannung.
Macht bei 2 Leds in Reihe also, 2,25 V pro LED.
0,25 V Spannungsdifferenz ist nicht viel, das verkraften die locker.

Genau genommen nimmt sich ne LED ihre spezifizierte Durchlassspannung - also hier 2 Volt.
Alles was die Quelle an höherer Spannung liefert wird normalerweise an einem Vorwiderstand verheizt (je nach Schaltung sind da u.U. auch mehr als einer nötig) oder falls man (= Hersteller) sich den Vorwiderstand unschöner Weise spart, wird die überschüssige Spannung eben an den Innenwiderständen der Batterien/Akkus verheizt.
Die LEDs selbst interessiert viel mehr der Strom der durchfließt. Der steigt natürlich wenn man eine Batterie mit mehr Spannung dranhängt. Die LED wird wärmer und hat dadurch ne reduzierte Lebensdauer.

Um die Leuchtdauer der Lichterkette zu verlängern kannst du aber auch einfach mehrere Batterien parallel schalten, das erhöht die Kapazität.
Wenn du z.B. normalerweise 3 Batterien in Reihe benötigst, dann kannst du 3 weitere Batterien dazu nehmen und diese paralell zu den 3 anderen Batterien schalten.
Siehe dazu: Wikipedia Artikel Paralellschaltung, da ist das auch anhand einer Skizze beschrieben.
Grenzen setzt hier eigentlich nur das Gewicht des Paktes.
Im Prinzip kannst du nämlich soviele Batterien wie du willst parallelschalten.
Solange halt immer 3 in Reihe sind, so daß du die notwendige Spaninung erreichst.

Tu sowas mit Batterien bitte NIE, NIE, NIE, NIE!

Bei Akkus kann man das machen, wenn man gleiche Typen (also vor allem mit identischem Innenwiderstand) nimmt - oder wenn man unterschiedliche Akkus parallel hängen will - mit Dioden, die die dabei auftretenden Ausgleichsströme minimieren.

Bei normalen, nicht-wiederaufladbaren Batterien kann sowas ganz böse ins Auge gehen, denn die vertragen es überhaupt nicht, wenn Strom (hier durch die Ausgleichsströme) hineingeleitet wird.
Kann zum Brand führen oder zur Explosion.
Batterien und Akkus haben IMMER Toleranzen beim Ri und Un, also bitte nicht einfach so drauflosbasteln.
Der Beschenkte soll ja sicher nicht beim Auspacken ne Ladung Batteriesäure ins Gesicht bekommen.


Mal davon abgesehen: wenn die eingeschaltete Lichterkette im Postauto abfackelt (soll ja vorkommen), wird es sicher unangenehm für den TE...

Sorry dass ich nix anderes beitragen kann, aber das ist IMHO eine schlechte Idee.
Ein Leuchtstern mit ner einzelnen LED wär da sicher einfacher zu handhaben und die Geste wäre die selbe.