Archiv der Kategorie: Allgemein

Powerbank – Kapazität realistisch betrachtet

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Die Powerbank „Lüge“


Es liegt in der Natur des Menschen vernünftig zu denken und unvernünftig zu handeln.

(Unbekannter Autor)

Mir ist aufgefallen, dass ich mit meinen Powerbanken (ist das überhaupt der korrekte Plural?) weit aus weniger häufig mein Mobiltelefon oder andere Geräte laden kann als erwartet. Geworben wird oft damit wie oft man sein Mobilgerät laden kann: Man nehme die mAh Angabe der Powerbank und teile sie durch die Akkukapazität des Mobiltelefons. Ist das so einfach? Was sind eigentlich „mAh“?


Mit diesen Fragen habe ich mich beschäftigt, nachdem ich gemerkt habe, dass irgendwas nicht stimmen kann. Ich besitze mittlerweile auch so viele von diesen tragbaren Energiespeichern, dass ich mir sicher war, dass sie nicht alle defekt sein können. Was also ist da los? Zunächst einmal die gute Nachricht: Die Powerbank ist in der Regel nicht kaputt! Und das führt mich zum Thema: 


In dem kleinen Gehäuse steckt ein normaler Akku, oft sogar ein Standardakku, wie er überall nachzukaufen ist (wäre also nicht alles verschweißt, geklebt und verklipst, wäre sogar ein Zellentausch möglich).

Etwas Theorie

Was bedeutet die Angabe „mAh“ überhaupt und warum erreiche ich diese gefühlt niemals? (Schnelle Antwort: Weil wir sie realistisch nicht erreichen können), aber zunächst einmal die graue Theorie, die ich hier stark vereinfacht darstellen werde:

Grundlagen

Ein Akku hat eine Kapazität, also eine bestimmte Menge Energie, die er speichern kann. Nehmen wir als Beispiel einmal an, eine Zelle hat „3000 mAh“. Dann bedeutet das ich kann eine Stunde Lang 3000 mA (oder eben 3A) entnehmen, dann ist der Speicher leer.  Benötige ich das doppelte, also 6A, dann geht das prinzipiell auch, aber der Speicher ist eben schon nach einer halben Stunde entleert. Das ist aber nur die halbe Wahrheit… oder… eigentlich nichteinmal das!

Zunächst einmal muss man wissen, dass die Energie, die wir landläufig als „Strom“ bezeichnen immer mit 2 Parametern oder Einheiten in Verbindung steht: Das eine ist die Stromstärke, die wir in Ampere (Formelzeichen A) angeben und dann die Spannung in Volt (Formelzeichen V). Beide multipliziert ergeben die Leistung in Watt (Formelzeichen W). Beispiel: Eine 60W Glühbirne verbraucht 60W, da wir im Stromnetz eine Spannung von 220V haben ergibt sich daraus eine Stromstärke von 0,272 A oder eben 272 mA. Kling unspektakulär.. ist es auch!

Und was machen wir jetzt mit diesem Wissen?

Wir haben also jetzt erfahren, dass die Energie in dieser Powerbank irgendwie mit den Ampere und der Spannung zusammenhängt. Wenn der Akku nun also 3000mAh hat, müssen wir als nächstes einmal schauen bei welcher Spannung. Und ab jetzt wird es interessant: Die Spannung beträgt typischerweise irgendetwas um die 3,2V. 

Das war noch nicht alles…

Moment… mein Gerät hat einen USB Stecker, also reden wir doch 5V! Oha.. stimmt 😀
Also muss man anfangen zu rechnen: Die Umwandlung von 3,2V in 5V geht leider nicht ohne Verluste vonstatten (merkt man auch daran, dass das Gerät wärmer wird). Es gibt so viele verschiedene Standardschaltungen, die dann auch noch unterschiedlich gut ausgeführt sind (wird sauber verlötet, welche Bauteile werden verwendet usw…), dass man hier etwas ins Schwimmen kommt. Aber mit einem Umwandlungsverlust von 20% kann man „ruhigen Gewissens“ rechnen. 


Der nächste Punkt ist, dass man einen Akku ja niemals tiefentladen soll. Also die 0% darf man schon mal nicht ausschöpfen. Ratgeber sagen, man sollte Akkus immer bei spätestens 20% neu aufladen. Das bedeutet von den 100% (3000 mAh) darf ich maximal 80% verbrauchen. Es bleiben also 2400mAh übrig. Davon gehen dann die Umwandlungsverluste von erneut 20% „ab“. Wir kommen dann also bei einer effektiven Kapazität von 1920mAh heraus. Und jetzt wird es richtig schlimm: Der Akku im Mobilgerät läuft ja nicht wirklich auf 5V… ! Es ist wieder ein Akku bei etwa 3,x V. Also müssen wir erneut 20% Umwandlungsverluste in Kauf nehmen. Wir bekommen: 1536mAh. Das ist fast die Hälfte der angegebenen Kapazität.

Ergebnis

Die Umwandlungsverluste sind möglicherweise im Mobiltelefon geringer als in der (günstig produzierten) Powerbank. Es bleibt aber dabei: 50% …mehr sollte man nicht erwarten. Die Praxis zeigt, dass diese Erwartung nun aber ziemlich realistisch ist. 

Anmerkung zum Schluss

Noch etwas anderes sollte aber spätestens jetzt jedem klar werden: Das hin und her gewandle von Spannungen bringt immer wieder große Verluste. Es ist aus ökologischen Gesichtspunkten sowieso schon fragwürdig Akkus fest zu verbauen (220V -> 5V -> Akkuspannung), ein Ladegerät für Akkus (220V -> Akkuspannung) wäre deutlich effizienter, aber diesen Akku dann noch über eine Powerbank zu laden ist quasi der pure Wahnsinn (220V -> 5V -> 3,2V -> 5V -> Akkuspannung)!

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Raspberry Pi – Watchdog nutzen

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Watchdog auf dem Raspberry Pi

Was ist ein Watchdog?

Ein Watchdog ist ein Wachhund. Besser als die Übersetzung des Namens, kann man seine Aufgabe auch gar nicht beschreiben. Er passt auf und führt für vorgegebene Szenarien festgelegte Schritte aus. Somit ist er ähnlich wie ein Cronjob, der regelmäßig bestimmte Dinge prüft und Aktionen durchführt, wenn Bedingungen nicht erfüllt sind.

Wie richte ich einen Watchdog auf dem Raspberry Pi ein?

Hardwareseitig bringt der Raspberry Pi alles mit was man braucht, der Watchdog ist auf dem BCM2708 des Raspberry Pi schon verbaut. Dieser Chip – sofern er aktiviert ist, erkennt anhand von regelmäßigen Signalen des Watchdog Daemons, ob bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Ist das System überlastet, bleiben beispielsweise die Signale aus und der Chip bootet das System neu. Es kann aber auch die Temperatur oder ähnliches überwacht werden.

In diesem Beispiel werden wir einen einfachen Watchdog erstellen, der im Abstand von einer Minute checkt ob das System noch reagiert oder nicht.

sudo modprobe bcm2708_wdog
echo "bcm2708_wdog" | sudo tee -a /etc/modules
sudo apt-get install watchdog

Damit wird erstmal das Kernelmodul geladen um den Chip zu aktivieren, danach wird der deamon geladen. Diesen werden wir jetzt konfigurieren:

sudo nano /etc/watchdog.conf

Jetzt muss die Datei noch angepasst werden. Wir sehen im ersten Schritt zunächst, dass die Datei viele Einträge enthält, die mit einem Doppelkreuz (#) auskommentiert sind. Um den Wachhund in Zukunft „scharf“ zu schalten entfernen wir das Doppelkreuz vor folgenden beiden Einträgen und passen ggf. die Zeichen nach dem Gleichheitszeichen an:

watchdog-device        = /dev/watchdog
max-load-1             = 24

Mit watchdog-device wird das Watchdogziel angegeben, max-load-1 hat den Hintergrund, dass der Test im Zeitraum von 1 Minute durchgeführt wird. max-load-5 wären 5 Minuten.

Ist dieser Schritt abgeschlossen, kommen wir zum wichtigsten Schritt:

sudo /etc/init.d/watchdog restart

Jetzt wird das System automatisch neu gestartet wenn das System überlastet ist.

Eine ganz gute Übersicht findet man in den einschlägigen man-pages oder z.B. hier.

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Heute hat mich mein Sohn mal wieder überrascht…

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Heute Morgen beim Frühstück fragt mich Jannik plötzlich, ob ich auf der Arbeit an etwas speziellem arbeite. Ich frage ihn, ob er jetzt generell meinen Aufgabenbereich oder eine bestimmt Arbeit jetzt im Moment meint. Er wollte wissen, an was ich grade arbeite. Ich habe gerade einige Untersuchungen an verspiegelten Kunststoffteilen, die für Head-Up-Displays im Fahrzeug benutzt werden. Damit konnte er gar nichts anfangen, also habe ich ihm erklärt wozu es da ist. Also kurz gesagt um die Tachoanzeige auf die Windschutzscheibe zu bringen, damit man sich über wichtige Fahrzeugdaten, vor allem die Geschwindigkeit informieren kann, ohne den Blick von der Straße zu wenden, was die Sicherheit erhöht. Obwohl ich die Fachbegriffe verwendet habe, ohne sie zu erklären, hat er sofort verstanden was ich meine. Hammer! Aber dann kam das eigentlich geniale.

Er denkt nach – und Eltern fällt es ja immer schwer Denkvorgänge bei Kindern nachzuvollziehen – und meint dann: „Das ist gut für die Polizei“

Ich schaue ihn verwundert an und meine: „Warum das denn?“

Er lächelt und meint: „Na dann haben die es einfacher beim Blitzen zu sehen, wie schnell du warst“

…einen schönen, erstaunten Tag wünsche ich 😀

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Fernzugriff auf den Raspberry Pi – Teil 2 (Technische Grundlagen)

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Die Technische Seite / Umsetzung

Prinzipiell wird man immer über eine Art Netzwerk auf ein entferntes Gerät zugreifen, das kann ein Mobilfunknetz (über GPRS,EDGE,UMTS,LTE…), ein WLAN (Wireless local area network also „kabelloses lokales Netzwerk“ oder auch ein LAN sein. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird man also auch eine Verbindung über das „Internet“ benutzen (selbst wenn es ein Heimnetzwerk ist… die Unterschiede sind gar nicht so groß wie viele annehmen). Da zur Zeit Raspian eine der am meisten benutzen „Distributionen“, also eine Betriebssystemvariante – hier Debian Linux – die speziell auf den Rasperry Pi erstellt, ist, werde ich im weiteren auch davon ausgehen, dass Raspian in einer halbwegs aktuellen Version Verwendung findet.

Den im Netzwerk angeschlossenen Raspberry wiederfinden!

Um zu verstehen, wie man den Pi wiederfindet und warum es so kompliziert werden kann, muss man ein paar Dinge über Netzwerke wissen.

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