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Wie lange hält der Akku eines GPS Trackers?

Eine der häufigsten Fragen, wenn es um die Anschaffung eines GPS-Trackers geht, ist neben den Abmessungen des Gerätes auch die Akkulaufzeit, die das Gerät erreichen kann. Der folgende Ratgeber soll verdeutlichen, welche Akkulaufzeit mit modernen Geräten erreicht werden kann und welche verschiedenen Faktoren diese beeinflussen. Nach Durchsicht des Ratgebers ist es dem Leser möglich, anhand von verschiedenen Faktoren die Akkulaufzeit eines Gerätes zu bestimmen.

Die Akkulaufzeit eines GPS-Trackers wird maßgeblich durch das Verhältnis von Aktivperiode zu Passivperiode bestimmt. Als Aktivperiode bezeichnen wir den Zeitraum in dem der GPS-Tracker tatsächlich in Benutzung ist. In diesem Zeitraum ermittelt der GPS-Tracker seine Position sowie weitere Umweltdaten und sendet diese über das GSM-Netz an einen GPS-Server. Weiterhin wird die Aktivperiode genutzt um neue Konfigurationsdaten über das GSM-Netz zu empfangen.

In der Passivperiode ist der GPS-Tracker im Stand-By-Modus. In der Passivperiode wartet das Gerät darauf zu einem vorher fest definierten Intervall oder durch ein externes Ereignis (Interrupt) in die Aktivperiode zu springen.

Das Verhältnis von Aktiv- zu Passivperiode wird oft auch als Sendeintervall bezeichnet. Spricht man davon, dass der GPS-Tracker ein Sendeintervall von 4 Stunden hat, so meint man damit, dass er 4 Stunden lang in der Passivperiode verweilt und erst dann für einen kurzen Zeitraum „aktiv“ wird.

Die GPS-Tracker der Firma BringMeBack erreichen durch ausgefeilte Stromsparkonzepte eine Akkulaufzeit von mehreren Wochen.

Stromverbrauch in einer Aktivperiode

Der Stromverbrauch in der Aktivperiode ist logischer Weise deutlich höher, als der in der Passivperiode. In der Aktivphase müssen fast alle Komponenten in vollem Umfang betriebsbereit sein. Die Hauptstromfresser sind hierbei das GMS-Modul und das GPS-Modul. Die Dauer einer Aktivperiode wird meistens durch die Kaltstartzeit des GPS-Empfängers bestimmt und liegt durchschnittlich bei ca. einer Minute. Während das GPS-Modul über diesen Zeitraum konstant einen Stromverbrauch von im Schnitt 30 mAh hat, ist der Stromverbrauch des GSM-Moduls in der Aktivperiode stark wechselhaft. Der Stromverlauf des GSM-Moduls besteht aus einzelnen Peaks, die einen Wert von bis zu 1 Ah erreichen können. Die Firma BringMeBack hat bei der Entwicklung ihrer GPS-Tracker den Stromverbrauch in verschiedenen Szenarien ermittelt: Rechnet man den Stromverbrauch des GPS-Moduls und den des GSM-Moduls zusammen, ergibt sich über den gesamten Zeitraum der Aktivperiode ein durchschnittlicher Stromverbrauch von ca. 100 mAh. Zur Vereinfachung werden wir mit diesem Wert im weiteren Verlauf weiterrechnen.

Stromverbrauch des GSM-Moduls während der Aktivperiode

Stromverbrauch im Leerlauf (in der Passivperiode)

In der Passivperiode ist der Stromverbrauch wesentlich geringer als in der Aktivperiode, da in dieser Phase alle Module des GPS-Trackers ausgeschaltet  oder in den Stand-By-Modus versetzt werden. Der Stromverbrauch der Module sinkt damit quasi auf null. Allein der Mikroprozessor bleibt als steuernde Komponente aktiv und übernimmt zum gegebenen Zeitpunkt den Neustart aller Module. Durch die aktuelle Stromsparmodi moderner Mikroprozessoren lässt sich im Passivmodus ein durchschnittlicher Stromverbrauch von 0.3 mAh erreichen. Diese Messungen konnte die Firma BringMeBack bestätigen.

Abhängigkeit der Akkulaufzeit vom Sendeintervall

Vergleicht man den Stromverbrauch im Aktivmodus mit dem Stromverbrauch im Passivmodus, wird sehr schnell klar, wie entscheidend das Verhältnis von Passivmodus zu Aktivmodus für die Akkulaufzeit des GPS-Trackers ist. Der Zusammenhang ist hierbei nahezu linear. In fast allen Fällen kann man eine Verdopplung des Sendeintervalls mit einer Halbierung der Laufzeit feststellen. Die erste entscheidende Komponente für die Berechnung der Akkulaufzeit ist somit das Sendeintervall.

Abhängigkeit der Akkulaufzeit von der Akkukapazität

Selbstverständlich ist die Akkulaufzeit auch von der Kapazität des verwendeten Akkus abhängig. Der Zusammenhang zwischen Akkulaufzeit und Akkukapazität ist natürlich linear. Mit einer Verdopplung der Akkukapazität geht deshalb auch die Verdopplung  der Akkulaufzeit einher. Die Firma BringMeBack setzte bei der Entwicklung ihrer GPS-Tracker standardmäßig Lithium-Ionen-Akkus und Lithium-Polymer-Akkus im Kapazitätsbereich von 600 mAh bis 1200 mAh ein.

Berechnung der Akkulaufzeit

Mit den vorhandenen Daten für den Stromverbrauch im Aktiv- sowie Passivmodus lässt sich nun ziemlich genau eine Formel zur Bestimmung der Laufzeit herleiten.

Um die Formel etwas vereinfacht darzustellen,  werden alle benötigten Ströme mit Hilfe der Zeit, in der sie fließen, in Coulomb umgerechnet. Hierbei wird 1 Coulomb verbraucht, wenn für die Dauer von einer Sekunde ein Strom in Höhe von 1 Ampere fließt. Die Ersatzschreibweise von Coulomb ist daher auch Amperesekunde (As, Ampere mal Sekunde).

Ein Akku mit einer Kapazität von 600 mAh kann für eine Stunde einen Strom von 0.6 Ampere leisten. Daher lässt sich seine Kapazität auch durch 0.6 Ampere * 3600 Sekunden = 2160 Coulomb ausrücken. Bei der Verwendung eines Akkus von 600 mAh stehen somit 2160 Coulomb für den Verbrauch zur Verfügung.

Der Verbrauch für eine Aktivperiode lässt sich ebenfalls in Coulomb bestimmen. Wie oben erwähnt verbraucht der GPS – Tracker während einer Aktivperiode für den Zeitraum von 60 Sekunden einen Strom von 100 mA. Der Verbrauch in Coulomb beträgt somit 0.1 Ampere * 60 Sekunden = 6 Coulomb. Der Tagesverbrauch für die Aktivphasen lässt sich somit einfach durch die Formel

Verbrauch pro Tag = 24 Stunden / Sendeintervall in Stunden

bestimmen. Bei einem Sendeintervall von 4 Stunden, würde der Verbrauch pro Tag somit 24h/4h * 6 Coulomb = 36 Coulomb betragen.

Der Akkuverbrauch während einer Passivperiode beträgt über den Zeitraum von einem Tag 0.0003 Ampere * 86400 Sekunden = 25,92 Coulomb.

Summiert man den Stromverbrauch in den Aktiv- und Passivperioden, erhält man für den Akkuverbrauch eines GPS-Trackers, der alle 4 Stunden seine Position über das GSM-Netz sendet, einen Verbrauch von 36 Coulomb + 25,92 Colomb = 61,92 Coulomb. Das heißt: Dieser GPS-Tracker verbraucht rund 60 Coulomb pro Tag.

Mit dem täglichen Stromverbrauch von 60 Coulomb und einer verfügbaren Kapazität des Akkus von 2160 Coulomb lässt sich durch Division ganz einfach die tatsächliche Akkulaufzeit von 2160 Coulomb / 60 Coulomb = 36 Tagen bestimmen. Mit einem Sendeintervall von 4 Stunden erreichen wir bei einem verwendeten Akku mit einer Kapazität von 600 mAh eine stattliche Laufzeit von über 5 Wochen! Da die Zusammenhänge linear sind, kann man sich sehr leicht veranschaulichen, was passieren würde, wenn man das Sendeintervall auf 1 Stunde herabsetzt – die Akkulaufzeit würde auf knapp eine Woche verkürzen.

Zusammenhang des Sendeintervalls und der Akkulaufzeit

Auswirkung von Selbstentladung auf die Akkulaufzeit

Die Selbstentladung von modernen Lithium-Ionen, sowie Lithium-Polymere-Akkus ist so gering, dass sie erst ab einem halben Jahr Lagerung zum tragen kommen. Für die Berechnung der Akkulaufzeit von GPS-Trackern ist diese somit zu vernachlässigen.

Weitere Möglichkeiten die Akkulaufzeit zu erhöhen

Soll die Akkulaufzeit des GPS-Trackers noch weiter gesteigert werden, können neben einem hohen Sendeintervall noch weitere technische Möglichkeiten geschaffen werden, um die Akkulaufzeit weiter zu erhöhen. Eine Methode wäre z.B. die Überprüfung auf Bewegung des Trackers mit Hilfe eines Gyroskops. Durch ein Gyroskop lässt sich die Lage des GPS-Trackers im Raum bestimmen. In einem stromsparenden Szenario würde der GPS-Tracker erst dann wieder Ortsinformationen an den GPS-Server senden, wenn er sich bewegt hat. Je nach Anwendungsfall lässt sich somit die Akkukapazität um ein Vielfaches steigern.

Warum erreichen manche GPS-Tracker nur eine so geringe Laufzeit

Viele GPS-Tracker erreichen auch bei einem hohen Sendeintervall von mehreren Stunden nur eine Akkulaufzeit von maximal einem Tag. Dies hängt meist damit zusammen, dass die Geräte in Ihrer Konzeption wenig optimiert wurden. Gerade günstige Geräte aus Fernost sind regelrechte Stromfresser. Bei den meisten Geräten bleiben GSM- und GPS-Modul die gesamte Zeit aktiv, so dass es kaum möglich ist attraktive Laufzeiten zu erhalten. Die Firma BringMeBack empfiehlt Ihnen daher, nur qualitativ hochwertige Geräte zu kaufen und sich vor dem Kauf genauestens über die verwendeten Stromsparmechanismen zu informieren. Gerne beraten wird Sie zu diesem Thema auch persönlich.

Falls Sie generell noch weitere Fragen zur Akkulaufzeit bei GPS-Trackern oder der generellen Konzeption und Entwicklung von GPS – Hardware haben, sprechen Sie uns an! Nutzen Sie hierzu bitte unser Kontaktformular.