Dies ist Kapitel B der C02-Notiz zu taktischen und militärischen Funkgeräten. Es nimmt das Arbeitsprofil aus Kapitel A und macht daraus ein Packdesign: wie viele Zellen, welche Kapazität und welche Reserve das Funkgerät für seine Mission braucht. Es folgt der Reihenfolge, die ein Ingenieur tatsächlich anwendet - Mission und Lastkonvention festlegen, die drei Betriebszustände in einen mittleren Strom umrechnen, die Zellkonfiguration für die benötigte Spannung wählen, Kälte- und Lebensdauer-Deratings anwenden, Puls- und Temperaturgrenzen prüfen und dann die Feldladung festlegen. Zwei vollständige Rechenbeispiele werden gezeigt: ein Handfunkgerät nach der 5-5-90-Konvention und ein Patrouillenfunkgerät nach der 1:9-Konvention. Jede Zahl darin ist ausdrücklich als illustrativ gekennzeichnet und aus Strömen im Bereich veröffentlichter Datenblätter aufgebaut, keine Spezifikation für ein benanntes Produkt; die verbindlichen Werte für ein echtes Projekt sind das eigene Datenblatt des Funkgeräts und die vereinbarte Packzeichnung.
Wichtiger Fakt 1. Die Auslegung beginnt bei der Mission, nicht beim mAh-Schild. Die Eingaben sind die Ströme des Funkgeräts in Bereitschaft, Empfang und Senden, die sie gewichtende Lastkonvention, die benötigte Laufzeit in Stunden und die Betriebstemperatur. Im Feld gibt es zwei Konventionen: 5-5-90 (5 Prozent Senden, 5 Prozent Empfang, 90 Prozent Bereitschaft) und 1:9 (ein Teil Senden, neun Teile Empfang, ohne separate Bereitschaft). Laufzeitangaben sind nur vergleichbar, wenn Konvention und Temperatur übereinstimmen.
Wichtiger Fakt 2. Der mittlere Strom ist eine gewichtete Summe, und die Kapazität ist mittlerer Strom mal Stunden. Im illustrativen Handfunkbeispiel unten ergeben Ströme von 0,08 A Bereitschaft, 0,3 A Empfang und 1,6 A Senden nach 5-5-90 einen Mittelwert von 0,167 A, sodass eine Zehn-Stunden-Schicht 1,67 Ah Ladung braucht. Der Sendezustand dauert nur 5 Prozent der Zeit, trägt aber fast die Hälfte zum mittleren Strom bei, weshalb die Laufzeit eines Vielsprechers schnell vom veröffentlichten Wert abweicht.
Wichtiger Fakt 3. Die Zellenzahl wird durch die Spannung bestimmt. Jede versiegelte Nickelzelle hat 1,2 V, also ergeben sechs Zellen 7,2 V, acht 9,6 V, zehn 12 V und zwölf 14,4 V. Professionelle Handfunkpacks sind häufig 7,2 V oder 9,6 V, während größere Feld- und Manpack-Systeme höhere Konfigurationen verwenden. Der akzeptierte Batteriespannungsbereich des Funkgeräts, nicht allein das Ladegerät, bestimmt, welche Konfiguration für das Design zulässig ist.
Wichtiger Fakt 4. Die Nennkapazität muss über dem Missionswert liegen, weil die nutzbare Kapazität schrumpft. Kälte mindert die Entladeleistung und ein Pack verliert über seine Lebensdauer Kapazität, deshalb wendet das Design Derating-Faktoren an und hält eine Reserve. Im Rechenbeispiel wird der Missionsbedarf von 1,67 Ah durch illustrative Kälte- und Lebensdauerfaktoren von je 0,85 geteilt, was eine erforderliche Nennkapazität von etwa 2,31 Ah ergibt, bevor eine Standardzelle gewählt wird.
Wichtiger Fakt 5. Der Pack ist eine mechanische und Sicherheitsbaugruppe, nicht nur Zellen. Er muss den Sendeimpuls liefern, ohne dass die Spannung einbricht, seine Temperatur beim Laden und Entladen beherrschen und in der festgelegten Geometrie des Funkgeräts Schutz wie PTC und rückstellbare Sicherung tragen. Die Feldladung wird gleichzeitig festgelegt, einschließlich Fahrzeugladung über den 28-V-MIL-STD-1275-Bus und Batterie-Eliminatoren, die die Batterie vollständig aus dem Lastpfad nehmen.
Die erste Designentscheidung ist, welche Lastkonvention den Nutzer repräsentiert. Die 5-5-90-Konvention stammt aus der Landmobil-Praxis und ist um lange Bereitschaftszeiten mit kurzen Gesprächen aufgebaut, was zu einem durch eine Schicht getragenen Handfunkgerät passt. Die 1:9-Konvention stammt aus der HF- und Patrouillenpraxis, wo das Funkgerät dauerhaft mithört und periodisch sendet, ohne separaten Bereitschaftszustand. Die Temperatur wird zusammen mit der Konvention erfasst, weil eine kalte oder heiße Messung das Ergebnis verändert, und die benötigte Laufzeit wird in Stunden aus der Mission angegeben statt aus einer Überschrift eines Wettbewerbers abgeleitet. Ein nach der falschen Konvention ausgelegter Pack ist entweder unnötig groß oder in der echten Mission zu kurz.
Sind die drei Zustandsströme und die Konvention festgelegt, ist der mittlere Strom die gewichtete Summe der Zustände, und die Missionsladung ist dieser Mittelwert mal die Stunden. Das illustrative Handfunkbeispiel nutzt Ströme von 0,08 A in Bereitschaft, 0,3 A im Empfang und 1,6 A beim Senden, alle als illustrative Werte im Bereich veröffentlichter tragbarer Funkgeräte und nicht als Messung eines Produkts. Nach 5-5-90 beträgt der Mittelwert 0,05 mal 1,6 für Senden, plus 0,05 mal 0,3 für Empfang, plus 0,90 mal 0,08 für Bereitschaft, was 0,167 A entspricht. Für eine Zehn-Stunden-Schicht ist die benötigte Ladung 0,167 mal 10 oder 1,67 Ah.
Die Gewichtung erklärt, warum Laständerungen so stark wirken. Das Sendesegment nimmt nur 5 Prozent der Zeit ein, trägt aber 0,08 A zum 0,167-A-Mittelwert bei, fast die Hälfte; ein Nutzer, der statt 5 Prozent zu 10 Prozent sendet, verschiebt den Mittelwert nach oben, obwohl Schichtlänge und Funkgerät unverändert bleiben. Das ist der Mechanismus hinter dem Hinweis, dass eine veröffentlichte Laufzeit ein konventionsabhängiges Ergebnis ist, und deshalb wird das tatsächliche Sprechmuster vor der Auslegung erhoben und nicht aus einem Datenblatt angenommen.
Sobald der Ladungsbedarf bekannt ist, wird die Serienzahl anhand der Spannung gewählt. Die versiegelte Nickelzelle hat 1,2 V nominal, also ist die Rechnung direkt: sechs Zellen in Reihe ergeben 7,2 V, acht 9,6 V, zehn 12 V und zwölf 14,4 V. Parallelstränge erhöhen die Kapazität, wo die Geometrie es erlaubt, aber die Spannung wird immer durch die Serienzahl gesetzt. Ein Handfunkgerät, dessen Elektronik einen Bereich um 6 bis 9,6 V akzeptiert, wird typischerweise um einen Sechs-Zellen-Pack mit 7,2 V entworfen, während ein Manpack oder Feldsystem eine höhere Konfiguration brauchen kann. Die gewählte Zahl muss über die gesamte Entladung innerhalb des akzeptierten Eingangsbereichs liegen, einschließlich der niedrigeren Spannung am Ende der Ladung, nicht nur nominal.
| Zellen in Reihe | Nennspannung | Typische Packaufgabe |
|---|---|---|
| 6 | 7,2 V | Professionelle Handfunkgeräte |
| 8 | 9,6 V | Hochspannungs-Handfunkpacks |
| 10 | 12 V | Feld- und Zubehörsysteme |
| 12 | 14,4 V | Manpack- und höherstufige Packs |
Der Missionswert ist nutzbare Ladung, aber die Nennkapazität ist größer, weil zwei Effekte mindern, was der Pack liefern kann. Kälte verlangsamt die elektrochemische Reaktion und senkt die effektive Kapazität, und über die Lebensdauer verliert der Pack durch Zyklen und Alterung Kapazität. Das Design wendet Derating-Faktoren an, um beides abzudecken, und hält eine Reserve für Streuung. Im illustrativen Beispiel werden Faktoren von 0,85 für Kälte und 0,85 für Lebensdauer angewendet, sodass der nutzbare Anteil 0,85 mal 0,85 oder 0,7225 beträgt; die erforderliche Nennkapazität ist der Missionsbedarf von 1,67 Ah geteilt durch 0,7225, was etwa 2,31 Ah entspricht. Eine Standardzelle bei oder über diesem Wert in der benötigten Geometrie wird dann gewählt.
Kapazität allein genügt nicht: Der Pack muss den Sendeimpuls liefern, wobei die Spannung über der Abschaltschwelle des Funkgeräts bleibt. Das Design prüft die Entladekurve beim Sendestrom, einschließlich des kurzen Hochstromimpulses im schlechtesten Ladezustand, und bestätigt, dass die Packtemperatur bei wiederholten Impulsen innerhalb der Grenzen bleibt. Schutz ist in die Baugruppe eingebaut: ein PTC begrenzt den Strom bei Fehler oder Überhitzung, eine rückstellbare Sicherung deckt Überstrom ab, und Packgeometrie und Halterung halten Zellen und Kontakte unter Stoß und Vibration sicher. Der Schutz ist auf den echten Puls des Funkgeräts dimensioniert und nicht auf einen allgemeinen Spitzenwert, und das Gehäuse ist die festgelegte Form des Funkgeräts, sodass der Pack nicht durch lose Zellen ersetzt werden kann.
Nickelpacks brauchen ein definiertes Laderegime, weil Überladung die Zellen erhitzt; ein Ladegerät beendet bei der für Nickelchemie typischen negativen Spannungsänderung oder beim Temperaturanstieg und steuert die Laderate für den Feldeinsatz. Fahrzeugladung funktioniert über den militärischen 28-V-Bus nach MIL-STD-1275, dessen Transienten, Spitzen und Stöße vor dem Ladegerät behandelt werden, und ein Batterie-Eliminator lässt das Funkgerät direkt aus der Fahrzeugversorgung laufen, sodass die Batterie im montierten Betrieb nicht zykelt. Luftfahrtplattformen verwenden stattdessen MIL-STD-704. Ladegerät und Eliminator gehören zum Packdesign-Paket und sind kein nachträglicher Einfall, denn ein Pack, der im Feld nicht nachgeladen werden kann, liefert seine berechnete Laufzeit nicht.
Die gleiche Reihenfolge nach der Patrouillenkonvention zeigt, wie die Eingaben das Ergebnis verändern. Das illustrative Patrouillenfunkgerät nimmt 4 A beim Senden und 0,5 A im Empfang auf, präsentiert als illustrative Werte im Bereich leistungsstärkerer Manpack-Funkgeräte. Nach 1:9 beträgt der Mittelwert 0,1 mal 4 plus 0,9 mal 0,5 oder 0,85 A; eine achtstündige Patrouille braucht daher 6,8 Ah. Die Anwendung des gleichen Deratings von 0,7225 ergibt eine erforderliche Nennkapazität von etwa 9,4 Ah, dieselbe Rechnung wie beim Handfunkgerät, aber bei viel größerer Kapazität, weil die Konvention keinen Bereitschaftszustand hat und der Sendestrom höher ist. Das spiegelt das veröffentlichte Beispiel eines eingeführten Patrouillen-Manpacks wider, dessen Anbieter einen 13-Ah-NiMH-Pack mit etwa 50 Stunden nach 1:9 anbietet, und zeigt zugleich, warum eine einheitliche Standardkapazität nicht ohne Nachrechnung über Konventionen hinweg wiederverwendet werden kann.
| Design-Eingabe | Warum sie benötigt wird |
|---|---|
| Ströme Bereitschaft / Empfang / Senden | Den dreizuständigen mittleren Strom aufbauen |
| Lastkonvention und Sprechmuster | Die Zustände gewichten; 5-5-90 oder 1:9 wählen |
| Laufzeit in Stunden und Temperatur | Missionsladung und Kälte-Derating festlegen |
| Akzeptierter Spannungsbereich und Geometrie | Serienzahl und Gehäuse fixieren |
| Pulsstrom und Ladeanordnung | Spannungseinbruch und Feldnachladung prüfen |
Die Auslegungsmethode gilt überall, wo ein versiegelter Nickelpack wirklich passt, und der Bereich wird ehrlich benannt statt gedehnt. Amerikanische Front-Handfunkgeräte sind um Lithiumpacks entworfen, deshalb stellt Weijiang diese Berechnungen nicht als Lithium-Ersatz für eingeführte Kampffunkgeräte dar. Die realistischen Anwendungen sind Trainings- und Garnisonsfunkgeräte, Patrouillen-HF, wo der Anbieter NiMH anbietet, professionelle und Sicherheits-Packs, Zubehör und logistikempfindliche Käufer, die den nicht eingeschränkten Versand nach UN 3496 und IATA A199 schätzen. Innerhalb dieses Bereichs ergibt die gleiche Folge aus Zellenzahl, Kapazität und Derating einen vertretbaren Pack, wobei die exakten Werte immer an das Datenblatt des Funkgeräts gebunden sind und nicht aus einem anderen Projekt übernommen werden.
Weil mAh Nennkapazität sind, nicht das Missionsergebnis. Die Laufzeit hängt von der Lastkonvention, der Temperatur und den Deratings ab, und zwei Packs mit gleichen mAh können sich in Spannung, Geometrie und Pulsfähigkeit unterscheiden. Das Design baut den mittleren Strom und die erforderliche Nennkapazität aus den tatsächlichen Eingaben des Funkgeräts neu auf, statt ein Schild abzugleichen.
Stärker als ihr Zeitanteil vermuten lässt. Im illustrativen 5-5-90-Beispiel trägt das 5-prozentige Sendesegment fast die Hälfte zum mittleren Strom bei, weil sein Strom weit über Bereitschaft und Empfang liegt. Eine Verdopplung der Sprechzeit erhöht daher den Mittelwert spürbar und verkürzt die Laufzeit selbst mit demselben Pack.
Weil nur ein Bruchteil der Nennkapazität nutzbar ist. Wenn Kälte- und Lebensdauerfaktoren 0,7225 der Kapazität verfügbar lassen, muss die Nennkapazität der Missionsbedarf geteilt durch 0,7225 sein, nicht multipliziert; Multiplikation würde einen zu kleinen Pack bemessen. Die Faktoren selbst sind zellen- und lieferantenabhängig und werden vereinbart statt angenommen.
Ein Batterie-Eliminator kann das, indem er das Funkgerät direkt über den 28-V-Fahrzeugbus laufen lässt und die Batterie aus dem Lastpfad nimmt; ein Fahrzeugladegerät lädt stattdessen die eingebaute Batterie nach. Ersteres muss die MIL-STD-1275-Transienten verarbeiten, letzteres muss der Nickel-Ladebeendigung folgen, deshalb werden beide getrennt spezifiziert.
Halterung, Kontakte und Abdichtung des Funkgeräts sind auf eine Packform ausgelegt, und die Umweltbewertungen setzen das korrekte Gehäuse voraus. Eine generische Zelle oder ein überdimensionierter Pack kann die Halterungs- und Eindringschutzanforderungen nicht erfüllen, weshalb der Pack in der festgelegten Geometrie gebaut wird, selbst wenn die elektrische Kapazität anders erreichbar wäre.
Die Lastkonventionen und das 5-5-90-Profil sind in Hersteller- und Industriematerial dokumentiert, und die 1:9-Konvention erscheint in Datenblättern von Patrouillen- und HF-Anbietern. Die in den Rechenbeispielen verwendeten Ströme sind illustrative Werte im Bereich veröffentlichter Funkdatenblätter, und jede berechnete Zahl wird als Rechnung statt als Messung eines benannten Produkts gezeigt; das Patrouillenbeispiel ist gegen das veröffentlichte eingeführte Manpack mit einem 13-Ah-NiMH-Pack nach 1:9 gegengeprüft. Die Spannungskonfigurationen folgen der versiegelten 1,2-V-Nickelzelle, und die Ladebeendigung folgt technischen Referenzen zu Nickelzellen. Fahrzeug- und Luftfahrtstrom verweisen auf MIL-STD-1275 und MIL-STD-704, und die Nickelzellen und Packs sind nach IEC 61951-2 und IEC 62133-1 qualifiziert und werden unter UN 3496 mit dem nicht eingeschränkten Luftweg nach IATA A199 versandt. Es wurden keine Statistiken erfunden.
Weijiang Power liefert versiegelte NiMH-Zellen und montierte NiMH-Packs für taktische Trainings-, Garnisons- und Patrouillenfunkgeräte und professionelle Sicherheits-Packs, ausgelegt anhand der Ströme, Lastkonvention, Laufzeit und Temperatur des Funkgeräts und in dessen Geometrie mit PTC- und rückstellbarem Sicherungsschutz gebaut. Die Zellen sind nach IEC 61951-2 und IEC 62133-1 qualifiziert und die Packs werden unter UN 3496 versandt. Senden Sie uns Funkmodell, akzeptierten Spannungsbereich, Zustandsströme, Lastkonvention, Laufzeit, Temperatur und Ladeanordnung, und wir arbeiten mittleren Strom, Zellenzahl, deratierte Nennkapazität und Pulsdesign durch und unterstützen die Belege für Ihre Bewertung. Siehe die NiMH-Produktpalette von Weijiang für Standard-Packformate oder kontaktieren Sie unser OEM-Team mit Funkspezifikation und Lastprofil.
