المشاهدات: 0 المؤلف: فريق المحتوى الفني للبطارية ZERNE وقت النشر: 2026-08-27 المنشأ: موقع
يعد تقدير وقت تشغيل حزمة بطارية الليثيوم جزءًا مهمًا من تطوير منتجات OEM.
قد يحتاج الجهاز إلى وقت تشغيل محدد لأسباب مثل:
المعدات الطبية المحمولة
أجهزة تعقب GPS
الأجهزة المحمولة الصناعية
منتجات إنترنت الأشياء
الأجهزة القابلة للارتداء
الأدوات المحمولة
معدات الاتصالات اللاسلكية
الروبوتات
الالكترونيات الاستهلاكية
يتم تحديد وقت التشغيل بأكثر من السعة المطبوعة على ملصق البطارية. تؤثر إعدادات الجهد الكهربي للبطارية وسعتها والطاقة القابلة للاستخدام وطاقة الجهاز والطلب الحالي وكفاءة المحول ودرجة الحرارة والحماية على مدة تشغيل الجهاز.
يمكن أن يوفر حساب وقت تشغيل حزمة البطارية البسيط تقديرًا مبكرًا. ومع ذلك، يجب التحقق من وقت التشغيل النهائي باستخدام البطارية الفعلية والشاحن والجهاز المضيف وظروف التشغيل.
للحصول على حمل مستقر نسبيًا، الصيغة الأساسية هي:
وقت التشغيل (ساعات) = طاقة البطارية القابلة للاستخدام (Wh) ÷ متوسط طاقة الجهاز (W)
يمكن تقدير طاقة البطارية على النحو التالي:
طاقة البطارية الاسمية (Wh) = الجهد الاسمي (V) × السعة (Ah)
الصيغة الأكثر عملية هي:
وقت التشغيل = الجهد الاسمي × السعة × عامل الطاقة القابلة للاستخدام × كفاءة النظام ÷ متوسط طاقة الحمل
بالنسبة لحمل التيار المباشر مع تيار مستقر، يمكن استخدام تقدير أبسط:
وقت التشغيل (ساعات) = السعة القابلة للاستخدام (Ah) ÷ متوسط الحمل الحالي (A)
تكون طريقة الواط/الساعة أكثر ملاءمة بشكل عام عندما يستخدم الجهاز محول جهد أو عندما يكون جهد البطارية وجهد الجهاز مختلفين.
قبل حساب وقت التشغيل، حدد معنى كل قيمة.
الجهد الاسمي هو الجهد المرجعي المستخدم لوصف حزمة البطارية.
على سبيل المثال:
حزمة بطارية ليثيوم 1S: حوالي 3.7 فولت اسمي
حزمة بطارية ليثيوم 2S: حوالي 7.4 فولت اسمي
حزمة بطارية الليثيوم 3S: حوالي 11.1 فولت اسمي
حزمة بطارية الليثيوم 4S: حوالي 14.8 فولت اسمي
يتغير جهد البطارية الفعلي أثناء الشحن والتفريغ.
يتم التعبير عن السعة المقدرة عادةً بـ:
ماه
اه
التحويل هو:
1000 مللي أمبير = 1 آه
بطارية 7.4 فولت، 2000 مللي أمبير، بسعة 2 أمبير.
للحصول على تفاصيل حول حساب السعة من الخلايا المتسلسلة والمتوازية، راجع كيفية حساب سعة بطارية ليثيوم أيون.
عادة ما يتم التعبير عن قوة الجهاز بالواط.
قد يحتوي الجهاز على:
متوسط القوة
قوة مستمرة
ذروة القوة
الطاقة الاحتياطية
قوة بدء التشغيل
يجب أن تستخدم حسابات وقت التشغيل عادةً متوسط الطاقة خلال دورة التشغيل، وليس فقط الحد الأقصى لمعدل الطاقة.
قد يتم فقدان الطاقة في:
محولات DC-DC
منظمات الجهد
الكابلات
موصلات
مكونات الحماية
المقاومة الداخلية
دوائر الشحن وإدارة الطاقة
يجب مراعاة كفاءة النظام عندما لا يستخدم الجهاز جهد البطارية مباشرة.
الخطوة الأولى هي تحويل مواصفات البطارية إلى طاقة.
الصيغة الأساسية هي:
طاقة البطارية (Wh) = الجهد الاسمي (V) × السعة (Ah)
تحويل القدرات:
1000 مللي أمبير = 1 آه
حساب الطاقة:
3.7 فولت × 1 أمبير = 3.7 واط ساعة
تحتوي البطارية على ما يقرب من 3.7 واط ساعة من الطاقة الاسمية.
تحويل القدرات:
2000 مللي أمبير = 2 آه
حساب الطاقة:
7.4 فولت × 2 آه = 14.8 واط ساعي
تحتوي البطارية على ما يقرب من 14.8 واط ساعة من الطاقة الاسمية.
تحويل القدرات:
5000 مللي أمبير = 5 آه
حساب الطاقة:
11.1 فولت × 5 آه = 55.5 واط ساعي
تحتوي البطارية على ما يقرب من 55.5 واط ساعة من الطاقة الاسمية.
هذه هي قيم الطاقة الاسمية. عادة ما تكون الطاقة القابلة للاستخدام التي يتم تسليمها إلى الجهاز أقل.
لا يمكن للبطارية دائمًا توصيل طاقتها الكاملة إلى الجهاز.
يمكن تقليل الطاقة القابلة للاستخدام عن طريق:
الحد الأدنى من جهد تشغيل الجهاز
BMS قطع الجهد
تيار التفريغ
درجة حرارة منخفضة
شيخوخة الخلايا
المقاومة الداخلية
القدرة الاحتياطية المطلوبة
حدود حماية البطارية
صيغة تقدير بسيطة هي:
طاقة البطارية القابلة للاستخدام = طاقة البطارية الاسمية × عامل الطاقة القابلة للاستخدام
يجب اختيار العامل حسب شروط التطبيق والاختبار. ولا ينبغي معاملتها كقيمة ثابتة عالمية.
يفترض:
طاقة البطارية الاسمية: 14.8 واط ساعة
عامل الطاقة القابلة للاستخدام: 0.85
طاقة البطارية القابلة للاستخدام:
14.8 واط × 0.85 = 12.58 واط
وهذا يعني أن ما يقرب من 12.58 واط في الساعة قد يكون متاحًا في ظل ظروف التشغيل المحددة قبل النظر في خسائر التحويل الإضافية.
بالنسبة لجهاز ذو طلب طاقة مستقر نسبيًا:
وقت التشغيل = طاقة البطارية القابلة للاستخدام ÷ طاقة الجهاز
مواصفات البطارية:
الجهد الاسمي: 7.4 فولت
السعة: 2000 مللي أمبير أو 2 أمبير
الطاقة الاسمية: 14.8 واط ساعة
يفترض:
عامل الطاقة القابلة للاستخدام: 0.85
كفاءة النظام: 0.90
متوسط قوة الجهاز: 5 وات
الخطوة 1: حساب الطاقة الاسمية.
7.4 فولت × 2 آه = 14.8 واط ساعي
الخطوة الثانية: تطبيق عامل الطاقة القابلة للاستخدام.
14.8 واط × 0.85 = 12.58 واط
الخطوة 3: تطبيق كفاءة النظام.
12.58 واط × 0.90 = 11.32 واط
الخطوة 4: حساب وقت التشغيل.
11.32 واط ÷ 5 واط ≈ 2.26 ساعة
وقت التشغيل المقدر هو تقريبًا:
2.3 ساعة
هذا تقدير هندسي. قد يكون وقت التشغيل الفعلي أقصر أو أطول اعتمادًا على اختلاف الحمل ودرجة الحرارة والجهد المقطوع وحالة البطارية.
يمكن استخدام الحساب القائم على التيار عندما:
جهد البطارية قريب من جهد الجهاز؛
تيار الحمل مستقر نسبيًا.
لا توجد مرحلة رئيسية لتحويل الجهد.
يتم قياس التيار من جانب البطارية.
الصيغة الأساسية هي:
وقت التشغيل = السعة القابلة للاستخدام (Ah) ÷ متوسط التيار (A)
يفترض:
سعة البطارية: 1000 مللي أمبير أو 1 أمبير
متوسط الحمل الحالي: 0.5 أ
عامل القدرة القابلة للاستخدام: 0.85
وقت التشغيل المقدر:
1 آه ÷ 0.5 أ = ساعتان
وقت التشغيل المعدل:
ساعتان × 0.85 = 1.7 ساعة
وقت التشغيل المقدر هو تقريبًا:
1.7 ساعة
قد تنتج الطريقة الحالية نتيجة غير دقيقة عندما:
يستخدم الجهاز محول DC-DC؛
يتغير جهد البطارية بشكل ملحوظ؛
تظل قوة الحمل ثابتة أثناء التغيرات الحالية؛
الجهاز لديه دورة عمل متغيرة.
يختلف تيار البطارية عن تيار إدخال الجهاز.
في هذه الحالات، تكون طريقة الوات-ساعة أكثر ملاءمة بشكل عام.
تستخدم العديد من الأجهزة الإلكترونية منظم الجهد أو المحول. قد يتغير جهد البطارية بينما يستقبل الجهاز جهدًا ثابتًا نسبيًا.
على سبيل المثال، قد يتطلب الجهاز 5 فولت من حزمة بطارية ذات نطاق جهد أعلى أو أقل من 5 فولت. يقوم المحول بضبط جهد البطارية حسب الإدخال المطلوب للجهاز.
في هذه الحالة:
يتغير تيار البطارية مع تغير جهد البطارية؛
تؤثر كفاءة المحول على وقت التشغيل؛
تعد قوة الجهاز أساسًا أكثر استقرارًا للحساب.
الصيغة المفضلة هي:
وقت التشغيل = طاقة البطارية × الكفاءة ÷ طاقة الجهاز
يفترض:
البطارية: 7.4 فولت، 2 آه
الطاقة الاسمية: 14.8 واط ساعة
كفاءة المحول: 90%
قوة الجهاز: 4 وات
عامل الطاقة القابلة للاستخدام: 0.85
الطاقة القابلة للاستخدام في الجهاز:
14.8 واط × 0.85 × 0.90 = 11.32 واط ساعي
وقت التشغيل:
11.32 واط ÷ 4 واط = 2.83 ساعة
وقت التشغيل المقدر:
حوالي 2.8 ساعة
العديد من المنتجات لا تستهلك طاقة ثابتة.
يمكن للجهاز التبديل بين:
وضع السكون
وضع الاستعداد
وضع القياس
الإرسال اللاسلكي
تشغيل المحرك
عملية العرض
التدفئة أو التبريد
معالجة عالية الأداء
في هذه الحالة، قم بحساب متوسط الطاقة باستخدام ملف تعريف التشغيل.
متوسط الطاقة = إجمالي الطاقة المستخدمة خلال الدورة ÷ مدة الدورة
أو:
متوسط الطاقة = مجموع الطاقة × الوقت لكل وضع تشغيل ÷ الوقت الإجمالي
افترض أن الجهاز يعمل في ثلاثة أوضاع:
وضع التشغيل |
قوة |
وقت |
|---|---|---|
ينام |
0.2 واط |
6 ساعات |
قياس |
1 واط |
ساعاتين |
الإرسال اللاسلكي |
3 واط |
0.5 ساعة |
إجمالي الطاقة المستخدمة:
النوم: 0.2 وات × 6 ساعات = 1.2 وات
القياس: 1 واط × 2 ساعة = 2 واط
ناقل الحركة: 3 واط × 0.5 ساعة = 1.5 واط ساعة
إجمالي الطاقة:
1.2 واط + 2 واط + 1.5 واط = 4.7 واط
إجمالي وقت التشغيل:
6 ساعات + 2 ساعة + 0.5 ساعة = 8.5 ساعة
متوسط الطاقة:
4.7 واط ÷ 8.5 ساعة ≈ 0.55 واط
إذا كانت البطارية قادرة على توفير 11.32 واط ساعة من الطاقة القابلة للاستخدام:
11.32 واط ÷ 0.55 واط ≈ 20.6 ساعة
يعتبر هذا التقدير أكثر واقعية من استخدام أعلى قيمة للطاقة لدورة التشغيل بأكملها.
قد لا يغير تيار الذروة بشكل كبير متوسط حساب الطاقة، لكنه لا يزال من الممكن أن يحد من وقت التشغيل العملي ويتسبب في إيقاف تشغيل البطارية.
قد تحدث أحداث عالية التيار عندما:
يبدأ المحرك.
يتم تنشيط جهاز إرسال لاسلكي؛
يتم تشغيل السخان؛
تبدأ المضخة في العمل؛
تبدأ الإضاءة الخلفية للشاشة؛
يدخل المعالج في وضع الأداء العالي.
يمكن أن يسبب تيار الذروة ما يلي:
انخفاض الجهد
حماية التيار الزائد BMS؛
تسخين الموصل
ارتفاع درجة حرارة الخلية.
انخفاض القدرة القابلة للاستخدام؛
إعادة ضبط الجهاز بشكل غير متوقع.
يجب اختيار البطارية لكل من:
طاقة التشغيل المطلوبة
القدرة الحالية المطلوبة.
قد لا تعمل البطارية ذات القدرة الكافية من الوات/ساعة ولكن قدرة تيار الذروة غير الكافية على تشغيل الجهاز بشكل موثوق.
قد تقوم دائرة BMS أو دائرة الحماية بفصل البطارية قبل استخدام كل الطاقة الاسمية.
قد يحدث هذا بسبب:
الجهد المنخفض للخلية.
التيار الزائد.
ماس كهربائى
ارتفاع درجة الحرارة
درجة حرارة منخفضة
خلل في توازن الخلايا
حالات الاتصال أو الخطأ.
ولذلك يجب أن يستخدم حساب وقت التشغيل الطاقة الفعلية القابلة للاستخدام المتاحة قبل حد الحماية ذي الصلة.
بالنسبة للحزم متعددة الخلايا، قد يؤدي عدم توازن الخلية إلى وصول خلية واحدة إلى حد الجهد الخاص بها قبل الخلايا الأخرى. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل السعة القابلة للاستخدام للحزمة بأكملها.
ينبغي أخذ نظام إدارة المباني في الاعتبار أثناء تصميم البطارية، وعدم إضافته بعد تحديد هدف وقت التشغيل بالفعل. يتم تناول العلاقة الأوسع بين BMS والجهد والقدرة ووقت التشغيل تصميم حزمة بطارية ليثيوم أيون: الجهد الكهربي والسعة ونظام إدارة المباني ووقت التشغيل.
يتغير وقت التشغيل مع ظروف التشغيل.
يمكن أن تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى تقليل السعة المتاحة وزيادة المقاومة الداخلية. قد تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى تسريع شيخوخة البطارية وتؤثر على الأداء على المدى الطويل.
يجب أن يحدد تقدير وقت التشغيل ما يلي:
درجة حرارة التشغيل
درجة حرارة التخزين
درجة حرارة البطارية أثناء التفريغ؛
الحمل المتوقع
مدة الخدمة المطلوبة.
تتغير السعة المتاحة للبطارية تدريجيًا خلال فترة خدمتها. إذا كان يجب أن يعمل الجهاز لفترة زمنية محددة بعد أشهر أو سنوات من الاستخدام، فيجب أن يتضمن هدف وقت التشغيل احتياطي التقادم.
على سبيل المثال، قد تحدد الشركة المصنعة للمعدات الأصلية:
هدف وقت التشغيل الأولي؛
الحد الأدنى من وقت التشغيل لنهاية العمر؛
عدد الدورات المطلوبة؛
حالة استبدال البطارية.
لا ينبغي أن يكون حجم حزمة البطارية مناسبًا لأداء الاستخدام الأول فقط إذا كان المنتج يتطلب موثوقية طويلة المدى.
افترض أن الجهاز المحمول OEM يتطلب:
البطارية: 11.1 فولت، 5000 مللي أمبير
متوسط الطاقة: 8 وات
عامل الطاقة القابلة للاستخدام: 0.85
كفاءة النظام: 0.90
الخطوة 1: تحويل السعة.
5000 مللي أمبير = 5 آه
الخطوة 2: حساب الطاقة الاسمية.
11.1 فولت × 5 آه = 55.5 واط ساعي
الخطوة 3: تطبيق عامل الطاقة القابلة للاستخدام.
55.5 واط × 0.85 = 47.18 واط
الخطوة 4: تطبيق كفاءة النظام.
47.18 واط × 0.90 = 42.46 واط
الخطوة 5: حساب وقت التشغيل
42.46 واط ÷ 8 واط ≈ 5.3 ساعة
وقت التشغيل المقدر:
حوالي 5.3 ساعة
يجب التحقق من هذه النتيجة من خلال الاختبار لأن الجهاز قد يستهلك المزيد من الطاقة أثناء بدء التشغيل أو الاتصال اللاسلكي أو معالجة البيانات أو غيرها من ظروف التحميل العالي.
وقت التشغيل المحسوب هو تقدير يعتمد على الافتراضات. قد تختلف النتيجة الفعلية للأسباب التالية:
متوسط الطاقة أعلى من المتوقع؛
استهلاك الاستعداد غير المقاس؛
أنماط تحميل متغيرة؛
تحمل سعة البطارية؛
تأثيرات معدل التفريغ؛
درجة حرارة؛
المقاومة الداخلية
قطع BMS.
كفاءة المحول
خسائر الكابلات والموصلات؛
شيخوخة البطارية.
خلل في توازن الخلايا
إعدادات إيقاف تشغيل الجهاز.
أفضل طريقة لتحسين التقدير هي قياس الجهاز الفعلي في ظل ظروف تمثيلية.
القياسات الموصى بها تشمل:
الجهد من جانب البطارية.
تيار جانب البطارية؛
طاقة إدخال الجهاز؛
درجة حرارة؛
وقت التشغيل إلى القطع المحدد؛
الطاقة خلال كل وضع تشغيل؛
السلوك أثناء أحداث ذروة التحميل.
يجب اختبار حزمة البطارية باستخدام الجهاز المضيف الحقيقي أو الحمل التمثيلي.
يجب أن تحدد خطة الاختبار ما يلي:
طراز البطارية؛
حالة شحن البطارية؛
الشاحن وطريقة الشحن؛
ملف تعريف تشغيل الجهاز؛
درجة الحرارة المحيطة
درجة حرارة البطارية الأولية؛
حالة القطع
معدات القياس
عدد عينات الاختبار
معايير قبول وقت التشغيل.
قد لا يؤدي الحمل البسيط ذو المقاومة الثابتة إلى إعادة إنتاج سلوك منتج إلكتروني حقيقي. حيثما أمكن، يجب أن يستخدم الاختبار دورة التشغيل الفعلية للجهاز.
للحصول على تخطيط أوسع للاختبار على مستوى الحزمة، راجع قائمة التحقق من اختبار حزمة البطارية.
إذا كان وقت التشغيل المحسوب قصيرًا جدًا، فيمكن لفريق التصميم تقييم:
زيادة سعة البطارية؛
اختيار خلية ذات طاقة أعلى؛
تقليل استهلاك طاقة الجهاز؛
تحسين كفاءة المحول.
تقليل الاستعداد الحالي.
ضبط دورة العمل؛
تحسين الإرسال اللاسلكي؛
تحسين الظروف الحرارية.
تقليل خسائر الكابلات والموصلات؛
مراجعة إعدادات قطع BMS؛
باستخدام تكوين سلسلة موازية مختلفة.
قد تؤدي زيادة السعة إلى زيادة وزن البطارية وحجمها وتكلفتها ووقت الشحن. يجب أن يوازن الحل الأفضل بين وقت التشغيل وحجم المنتج ووزنه وطاقته ومتطلباته التجارية.
لتحديد البطارية على مستوى المنتج، راجع كيفية اختيار حزمة بطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن لجهاز OEM.
قبل الموافقة على تقدير وقت التشغيل، تأكد مما يلي:
الجهد الاسمي للبطارية
القدرة المقدرة للبطارية
القدرة المحولة إلى آه
طاقة البطارية الاسمية بـ Wh
عامل الطاقة الصالحة للاستخدام
متوسط قوة الجهاز
ذروة قوة الجهاز
كفاءة المحول
أوضاع التشغيل
متوسط تحميل الملف الشخصي
شروط قطع BMS
درجة حرارة التشغيل
متطلبات شيخوخة البطارية
معايير قبول وقت التشغيل
خطة اختبار الجهاز الفعلي
اضرب جهد البطارية الاسمي في السعة بالأمبير/الساعة للحصول على واط/ساعة، واضبط الطاقة القابلة للاستخدام وكفاءة النظام، ثم اقسمه على متوسط طاقة الجهاز.
تحتوي العبوة على ما يقرب من 14.8 واط ساعة من الطاقة الاسمية. يعتمد وقت التشغيل على قوة الجهاز. عند حمل بقدرة 5 وات، يكون وقت التشغيل النظري حوالي 3 ساعات قبل أخذ الكفاءة وفقدان القدرة القابلة للاستخدام في الاعتبار.
يمكن استخدام mAh عندما يظل جهد البطارية وتيار الحمل مستقرين نسبيًا. عادةً ما يكون الخيار أكثر ملاءمة عندما يستخدم الجهاز محول جهد أو عند مقارنة البطاريات بمستويات جهد مختلفة.
قد لا يأخذ الحساب في الاعتبار بشكل كامل خسائر التحويل، وانقطاع نظام إدارة المباني، ودرجة الحرارة، وذروة التيار، وعمر البطارية، والحمل المتغير، والسعة القابلة للاستخدام.
عادة، يمكن للبطارية ذات السعة العالية توفير المزيد من وقت التشغيل إذا كان الجهد الكهربي وظروف التشغيل قابلة للمقارنة. ومع ذلك، يجب أيضًا مراعاة أداء تفريغ الخلية ووزن البطارية وكفاءة المحول وطاقة الجهاز.
يمكن أن تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى تقليل السعة المتاحة وزيادة المقاومة الداخلية. يمكن أن تؤثر درجة الحرارة المرتفعة على الأداء وتسريع عملية الشيخوخة. يجب تحديد وقت التشغيل عند درجة حرارة تشغيل محددة.
يجب أن يستخدم وقت التشغيل عادةً متوسط الطاقة خلال دورة التشغيل. لا يزال يتعين فحص طاقة الذروة بشكل منفصل للتأكد من أن البطارية ونظام إدارة المباني والأسلاك والموصل يمكن أن يدعموا الطلب المؤقت العالي للتيار.
اختبر حزمة البطارية الفعلية باستخدام الجهاز الحقيقي في ظل أوضاع التشغيل التمثيلية ودرجة الحرارة وظروف القطع. قارن النتائج المقاسة بالتقدير الأصلي.
الصيغة الأساسية لوقت تشغيل حزمة بطارية الليثيوم هي:
وقت التشغيل = طاقة البطارية القابلة للاستخدام ÷ متوسط طاقة الجهاز
يمكن تقدير طاقة البطارية على النحو التالي:
الطاقة الاسمية = الجهد × السعة
يجب أن يأخذ الحساب العملي أيضًا في الاعتبار:
القدرة القابلة للاستخدام
كفاءة التحويل
اختلاف الحمل؛
الذروة الحالية.
قطع BMS.
درجة حرارة؛
شيخوخة البطارية.
ظروف تشغيل الجهاز.
على سبيل المثال، تحتوي بطارية 7.4 فولت، 2000 مللي أمبير في الساعة على حوالي 14.8 واط ساعة من الطاقة الاسمية. ويعتمد وقت تشغيله الحقيقي على مقدار تلك الطاقة التي يمكن أن تصل إلى الجهاز ومقدار الطاقة التي يستهلكها الجهاز خلال دورة التشغيل الكاملة.