Jak vypočítat kapacitu a dobu běhu baterie 18650

Chcete-li vypočítat kapacitu a dobu provozu baterie 18650, musíte vzít v úvahu kapacitu článku, sériovou a paralelní konfiguraci, jmenovité napětí, výkon zařízení, účinnost systému a použitelnou energii.

Základní vzorce jsou:

Kapacita balení (Ah) = kapacita článku (Ah) × paralelní počet

Energie baterie (Wh) = jmenovité napětí (V) × kapacita baterie (Ah)

Odhadovaná doba chodu (h) = využitelná energie baterie (Wh) × účinnost systému ÷ výkon zařízení (W)

Například baterie 3S2P využívající 3000mAh 18650 články má:

• Jmenovité napětí: 11,1V

• Kapacita: 6Ah

• Nominální energie: 66,6Wh

Pokud zařízení spotřebuje 10 W a účinnost systému je 90 %, teoretická doba chodu je přibližně 5,99 hodin, než se vezme v úvahu rezervní kapacita, stárnutí baterie, teplota a přerušení napětí.

Tyto výpočty poskytují počáteční odhad. Skutečná doba běhu by měla být potvrzena testováním s cílovým zařízením a profilem zatížení. Toto ověření by mělo zahrnovat jak zátěžové testování na úrovni balení, tak kontroly na úrovni buněk popsané v Kapacita baterie 18650 a testování stavu.

Rychlá reference: Kapacita baterie 18650 a doba provozu

Následující příklady používají články 3000mAh a jmenovité napětí článku 3,7V.

Pro 10W zařízení s 90% účinností systému:

Tyto výsledky předpokládají, že je k dispozici plná jmenovitá kapacita. Při praktickém použití může být dostupná doba chodu kratší kvůli přerušení vybíjení, teplotě, stárnutí, přeměně napětí a změnám zatížení.

Tyto referenční hodnoty jsou užitečné pro kontrolu vzorců před zadáním vlastní konfigurace.

Co znamenají mAh a Ah?

Převod mAh a Ah

Kapacita baterie se běžně vyjadřuje v miliampérhodinách neboli mAh a ampérhodinách neboli Ah.

Převod je:

1Ah = 1000mAh

Příklady:

• 2000mAh = 2Ah

• 2600mAh = 2,6Ah

• 3000mAh = 3Ah

• 3500mAh = 3,5Ah

Při výpočtu sady baterií je obvykle jednodušší nejprve převést kapacitu článku z mAh na Ah.

Například:

3000mAh ÷ 1000 = 3Ah

Údaj kapacity udává, kolik elektrického náboje může článek dodat za specifikovaných testovacích podmínek. Neindikuje přímo napětí baterie, maximální proud nebo dobu běhu. Běžné rozsahy kapacity 18650 a rozdíl mezi kapacitou a vybíjecím proudem jsou shrnuty v kolik mAh má baterie 18650.

Kapacita není stejná jako aktuální

3000mAh článek automaticky nedodává 3A nebo 30A. Kapacita a vybíjecí proud jsou různé specifikace.

Aktuální kapacita buňky závisí na:

• Design buňky

• Vnitřní odpor

• Průběžné hodnocení vybíjení

• Špičkové hodnocení vybíjení

• Teplota

• BMS a omezení kabeláže

Kapacita se používá k odhadu, jak dlouho může baterie provozovat zátěž. Aktuální kapacita určuje, zda buňka může bezpečně unést toto zatížení.

Jak sériové a paralelní připojení ovlivňují kapacitu

Pro výpočty kapacity je hlavní rozdíl jednoduchý: sériová a paralelní připojení baterie 18650 určují, jak je napětí, kapacita a proud distribuován v sadě.

• Sériová připojení zvyšují napětí.

• Paralelní připojení zvyšují kapacitu.

• Sériová připojení nenásobí ampérhodinovou kapacitu.

• Paralelní připojení nezvyšuje jmenovité napětí skupiny článků.

Kapacita v sériovém balení

Když jsou identické články zapojeny do série, napětí se sčítá, zatímco kapacita v ampérhodinách zůstává podobná kapacitě jednoho článku v sériovém řetězci.

Například při použití 3000mAh článků:

• 1S1P: 3,7V, 3Ah

• 2S1P: 7,4V, 3Ah

• 3S1P: 11,1V, 3Ah

• 4S1P: 14,8V, 3Ah

Energie se zvyšuje, protože se zvyšuje napětí:

11,1V × 3Ah = 33,3Wh

Kapacita v paralelním balení

Při paralelním zapojení stejných článků zůstává napětí na jmenovitém napětí jednoho článku, zatímco ampérhodinová kapacita se zvyšuje.

Použití 3000mAh článků:

• 1S1P: 3,7V, 3Ah

• 1S2P: 3,7V, 6Ah

• 1S3P: 3,7V, 9Ah

Paralelní počet je proto hlavním faktorem používaným při výpočtech kapacity balení.

Příklady 3S1P, 3S2P a 3S3P

Použití 3000mAh, 3,7V článků:

3S1P

• Celkem tři buňky

• Tři skupiny sérií

• Jedna buňka v každé skupině

• Jmenovité napětí: 11,1V

• Kapacita: 3Ah

• Energie: 33,3Wh

3S2P

• Celkem šest buněk

• Tři skupiny sérií

• Dvě buňky paralelně v každé skupině

• Jmenovité napětí: 11,1V

• Kapacita: 6Ah

• Energie: 66,6Wh

3S3P

• Celkem devět buněk

• Tři skupiny sérií

• Tři buňky paralelně v každé skupině

• Jmenovité napětí: 11,1V

• Kapacita: 9Ah

• Energie: 99,9Wh

Konfigurace 3S je běžně popisována jako lithium-iontová baterie třídy 12V; a Příklad 12V baterie 18650 ukazuje, jak souvisí počet v sérii, jmenovité napětí a počet článků.

Jak vypočítat kapacitu baterie 18650

Základní vzorec kapacity je:

Kapacita balení (Ah) = kapacita článku (Ah) × paralelní počet

Pro 3000mAh články:

Sériový počet se ve vzorci kapacity neobjevuje, protože sériové zapojení ovlivňuje hlavně napětí.

Pokud se použije jiná kapacita článku, výsledek se odpovídajícím způsobem změní.

Například sada 3S2P využívající 3500mAh články má:

3,5Ah × 2 = 7Ah

Jednotka má stále jmenovité napětí přibližně 11,1 V, ale její kapacita se zvyšuje z 6Ah na 7Ah ve srovnání s baterií 3S2P využívající články 3000mAh.

Jak vypočítat energii baterie ve Wh

Kapacita v Ah vám neřekne celkovou energii, pokud není zahrnuto napětí.

Energetický vzorec je:

Energie baterie (Wh) = jmenovité napětí (V) × kapacita baterie (Ah)

Příklady:

3S1P s články 3000mAh

11,1V × 3Ah = 33,3Wh

3S2P s články 3000mAh

11,1V × 6Ah = 66,6Wh

3S3P s články 3000mAh

11,1 V × 9 Ah = 99,9 Wh

Při porovnávání různých konfigurací baterií jsou watthodiny obvykle užitečnější než ampérhodiny, protože zahrnují jak napětí, tak kapacitu.

Například baterie 3,7 V 6 Ah a baterie 11,1 V 6 Ah neuchovávají stejné množství energie:

• 3,7V × 6Ah = 22,2Wh

• 11,1V × 6Ah = 66,6Wh

Do výpočtu je nutné vždy zahrnout napětí.

Jak vypočítat spotřebu energie zařízení

Výpočty za běhu vyžadují spotřebu energie zařízení.

Pokud je výkon zařízení již uveden ve wattech, použijte tuto hodnotu přímo.

Pokud je k dispozici napětí a proud zařízení, použijte:

Výkon zařízení (W) = napětí zařízení (V) × proud zařízení (A)

Například:

• Vstupní napětí zařízení: 12V

• Provozní proud: 1,5A

12V × 1,5A = 18W

Odhadovanou dobu provozu lze poté vypočítat z energie baterie a zátěže 18W.

Variabilní zatížení a pracovní cykly

Mnoho zařízení nespotřebovává konstantní množství energie. GPS tracker, bezdrátové zařízení, lékařský přístroj nebo robotický systém mohou mít různé provozní režimy.

Praktický odhad by měl vzít v úvahu:

• Spouštěcí výkon

• Trvalý provozní výkon

• Napájení v pohotovostním režimu

• Špičky motoru nebo pohonu

• Období bezdrátového přenosu

• Aktivita displeje nebo senzoru

• Pracovní cyklus

Pro proměnnou zátěž použijte spíše průměrný výkon než nejvyšší krátkodobou hodnotu výkonu.

Pokud například zařízení během aktivního provozu spotřebuje 12 W, ale polovinu času zůstane v pohotovostním režimu 2 W, jeho průměrný výkon bude nižší než 12 W. Použití pouze maximální zátěže by mohlo podcenit dobu běhu, zatímco použití pouze pohotovostního napájení by mohlo vést k nerealistickým výsledkům.

Jak vypočítat výdrž baterie 18650

Základní běhový vzorec je:

Doba chodu (h) = energie balení (Wh) × účinnost systému ÷ výkon zařízení (W)

Pro sadu 3S2P využívající 3000mAh články:

• Nominální energie: 66,6Wh

• Výkon zařízení: 10W

• Účinnost systému: 90 %

66,6Wh × 0,90 ÷ 10W = 5,99 hodin

Předpokládaná doba provozu je za těchto podmínek přibližně 6 hodin.

Příklad běhu s různým zatížením zařízení

Při použití stejné 66,6Wh baterie a 90% účinnosti systému:

Vztah není v reálném použití vždy dokonale lineární, protože vyšší proudové zatížení může snížit použitelnou kapacitu a zvýšit pokles napětí.

Jak efektivita systému ovlivňuje dobu běhu

Baterie se nemusí připojit přímo k zařízení. Mnoho produktů používá:

• DC-DC měniče

• Regulátory napětí

• Střídače

• Regulátory motoru

• Ochranné komponenty

• Obvody řízení napájení

Každá složka může způsobit ztrátu energie.

Pokud je nominální energie baterie 66,6 Wh a účinnost systému je 90 %:

66,6Wh × 90% = 59,94Wh využitelných po ztrátách konverze

Pro 10W zátěž:

59,94Wh ÷ 10W = 5,99 hodin

Pokud účinnost klesne na 80%:

66,6Wh × 80% ÷ 10W = 5,33 hodin

Tento rozdíl může být významný v aplikacích, které pracují mnoho hodin nebo mají vysoké konverzní ztráty.

Jak využitelná kapacita a mezní napětí ovlivňují dobu běhu

Jmenovitá kapacita není v provozním zařízení vždy plně k dispozici.

Skutečná využitelná kapacita může být snížena o:

• Vypínací napětí BMS

• Podpěťová ochrana zařízení

• Vysoký vybíjecí proud

• Stárnutí buněk

• Nízká teplota

• Vnitřní odpor

• Požadavky na měnič napětí

• Nevyváženost sady baterií

Zařízení může přestat fungovat dříve, než každý článek dodá svou plnou kapacitu, protože napětí baterie dosáhlo minimálního vstupního napětí systému. The Průvodce napětím baterie 18650 vysvětluje, jak nominální hodnoty, hodnoty plného nabití a mezní hodnoty definují použitelný rozsah napětí v lithium-iontové baterii.

Konzervativnější vzorec je:

Doba chodu = jmenovitá energie × podíl využitelné kapacity × účinnost systému ÷ výkon zařízení

Příklad konzervativního 3S2P

Použití stejného balíčku 3S2P:

• Nominální energie: 66,6Wh

• Odhadovaný podíl využitelné kapacity: 85 %

• Účinnost systému: 90 %

• Výkon zařízení: 10W

66,6 Wh × 85 % × 90 % ÷ 10 W = 5,09 hodin

Tento odhad je nižší než teoretických 5,99 hodin, protože počítá s rezervou energie a skutečnými provozními limity baterie.

Podíl využitelné kapacity by měl být založen na testování, kdykoli je to možné. Nemělo by být považováno za univerzální hodnotu pro každou baterii.

Jaké faktory mohou změnit skutečnou dobu běhu?

Vypočtený výsledek je pouze odhad. Skutečná doba běhu se může změnit z následujících důvodů:

Teplota baterie

Nízké teploty mohou snížit dostupnou kapacitu a zvýšit vnitřní odpor. Vysoké teploty mohou urychlit stárnutí a mohou způsobit omezení provozu ochranného systému.

Stárnutí buněk

Jak buňky stárnou, jejich kapacita se může snižovat a vnitřní odpor se může zvyšovat. Jsou diskutovány vlivy teploty, hloubky vybití, zatížení a skladování na životnost jak dlouho vydrží baterie 18650 . Sada vytvořená se staršími články může poskytovat kratší dobu běhu než sada používající nové články se stejnou jmenovitou kapacitou.

Vybíjecí proud

Vysoký proud může způsobit větší pokles napětí a tvorbu tepla. Zařízení může dosáhnout limitu nízkého napětí dříve, než se očekávalo. U vysokoproudých zařízení by měly být zkontrolovány limity nepřetržitého a špičkového vybíjení článku výběr baterie 18650 s vysokou spotřebou , spíše než odvození pouze z kapacity.

Variace zatížení

Zařízení s motory, bezdrátovou komunikací, displeji nebo měnícími se provozními režimy může v určitých časech odebírat více energie.

Ztráty kabeláže a konektorů

Dlouhé dráty, malé vodiče, špatné pájené spoje a poddimenzované konektory mohou způsobit další pokles napětí a ztrátu energie.

Vyvážení baterie

Rozdíly mezi skupinami sérií mohou snížit použitelnou část balení. Jedna skupina může dosáhnout svého ochranného limitu dříve než ostatní skupiny. Součástí je vyvážení sériových skupin, prahové hodnoty ochrany a monitorování teploty Design BMS pro baterii 18650 . Kapacita článku, vnitřní odpor, napětí a rozdíly v šarži také ovlivňují rovnováhu balení; porovnání článků pro baterii 18650 vysvětluje, jak jsou tyto proměnné řízeny před sestavením.

Jak používat kalkulátor baterie 18650

The 18650 Battery Pack Calculator lze použít k odhadu klíčových parametrů sady před výběrem konečné konfigurace.

Mezi typické vstupy patří:

• Kapacita buňky

• Jmenovité napětí článku

• Počet sérií

• Paralelní počet

• Výkon zátěže zařízení

• Účinnost systému

Mezi typické výstupy patří:

• Celkový počet buněk

• Jmenovité napětí balení

• Napětí při plném nabití

• Vypínací napětí

• Kapacita balení

• Sbalit energii

• Odhadovaná doba běhu

Kalkulačka je užitečná v rané fázi návrhu, ale konečná baterie by měla být stále testována se skutečným zařízením, kabeláží, převodníkem a provozním prostředím.

Výpočet kapacity pro návrh OEM baterie

U projektu OEM je výpočet kapacity pouze jednou částí specifikace. Článek a sada musí být také vybrány podle napětí, trvalého a špičkového proudu, doby provozu, dostupného prostoru, nabíjení, BMS, tepelných podmínek a ověření vzorku; jak vybrat baterii 18650 pro zařízení OEM, tyto požadavky rámuje na úrovni produktu.

Konečný design balení by měl také potvrzovat:

• Požadované jmenovité napětí

• Maximální nabíjecí napětí

• Trvalý zatěžovací proud

• Špičkový zatěžovací proud

• Cílová doba běhu

• Dostupný instalační prostor

• Provozní teplota

• Typ konektoru

• Délka a rozchod drátu

• Požadavky na BMS

• Vzorové testovací podmínky

• Výrobní tolerance

Vybraná kapacita článku by neměla být maximalizována bez kontroly aktuální kapacity a dostupného prostoru. Články s vyšší kapacitou mohou mít nižší hodnocení vybíjení, zatímco vysokoproudé články mohou poskytovat menší kapacitu.

Pro přizpůsobené bateriové sady, ZERNE's 18650 bateriová řešení a zakázková bateriová řešení 18650 lze vyhodnotit podle požadovaného napětí, kapacity, proudu, BMS, konektorů, krytu a požadavků na testování vzorků.

Běžné chyby při výpočtu doby provozu baterie 18650

1. Použití mAh bez převodu na Ah.

2. Vynásobení kapacity počtem sérií.

3. Zapomenutí, že paralelní počet zvyšuje kapacitu.

4. Výpočet doby chodu z napětí bez zahrnutí kapacity.

5. Nakládání s nominální energií jako s plně využitelnou energií.

6. Ignorování účinnosti DC-DC měniče.

7. Použití maximálního výkonu zařízení, když je vyžadován průměrný výkon, nebo naopak.

8. Ignorování startovacího a špičkového proudu.

9. Použití stejného odhadu doby běhu na různé teploty.

10. Za předpokladu vyšší hodnoty mAh automaticky znamená vyšší proudovou kapacitu.

11. Ignorování limitů přerušení napětí a vypnutí zařízení.

12. Použití teoretického výpočtu bez testování kompletního balení.

Nejčastější dotazy

Jak vypočítám kapacitu baterie 18650?

Vynásobte kapacitu jednoho článku v ampérhodinách počtem článků zapojených paralelně:

Kapacita balení = kapacita článku × paralelní počet

Například 3S2P pack využívající 3000mAh články má kapacitu 6Ah.

Zvyšuje sériové připojení baterií 18650 kapacitu?

č. Sériová zapojení hlavně zvyšují napětí. Ampérhodinová kapacita zůstává podobná kapacitě jednoho článku v sériovém řetězci.

Zvyšuje paralelní připojení baterií 18650 kapacitu?

Ano. Paralelní články sčítají svou kapacitu při zachování stejného jmenovitého napětí.

Kolik watthodin má baterie 3S2P 18650?

Při použití 3000mAh článků má 3S2P pack přibližně:

11,1V × 6Ah = 66,6Wh

Skutečná využitelná energie může být nižší kvůli vypínacímu napětí, účinnosti, teplotě a stárnutí.

Jak dlouho bude baterie 3S2P 18650 provozovat 10W zařízení?

Při použití nominální energie 66,6 Wh a 90% účinnosti systému:

66,6 Wh × 90 % ÷ 10 W ≈ 5,99 hodin

Skutečná doba chodu může být kratší, pokud je zahrnuta rezervní kapacita, stárnutí a přerušení napětí.

Jaký je rozdíl mezi mAh a Wh?

mAh nebo Ah popisuje kapacitu elektrického náboje. Wh zahrnuje kapacitu i napětí:

Wh = V × Ah

Watthodiny jsou obvykle užitečnější pro porovnání celkové energie bateriových sad s různým napětím.

Jak vypínací napětí ovlivňuje použitelnou kapacitu?

Baterie může přestat dodávat energii, když baterie dosáhne BMS nebo vypínacího napětí zařízení. To znamená, že část jmenovité kapacity může zůstat za zvolených provozních podmínek nedostupná.

Poskytuje buňka 18650 s vyšší kapacitou vždy delší dobu provozu?

Obvykle může poskytnout více energie, když se používá za vhodných podmínek, ale doba provozu závisí také na jmenovitém proudu, teplotě, stáří článků, účinnosti konverze a zatížení zařízení.

Mohu použít vypočítanou dobu běhu jako konečnou specifikaci produktu?

Ne. Výpočet by měl být použit pro počáteční návrh a srovnání. Konečná doba provozu by měla být ověřena s kompletní baterií a skutečným zařízením za reprezentativních provozních podmínek.

Závěr

Výpočet kapacity baterie 18650 a doby provozu vyžaduje více než vynásobení kapacity mAh článku.

Hlavní vzorce jsou:

Kapacita balení = kapacita článku × paralelní počet

Energie baterie = jmenovité napětí × kapacita baterie

Doba chodu = využitelná energie × účinnost systému ÷ výkon zařízení

U sady 3S určuje třídu napětí počet sérií. Paralelní počet určuje kapacitu a ovlivňuje dostupný proud. Sada 3S1P využívající články 3000mAh poskytuje přibližně 3Ah, zatímco 3S2P poskytuje 6Ah a 3S3P poskytuje 9Ah.

Realistický odhad doby běhu by měl také zohledňovat použitelnou kapacitu, vypínací napětí, konverzní ztráty, teplotu, stárnutí baterie, aktuální poptávku a měnící se zatížení zařízení.

Pro vývoj OEM baterií jsou výchozím bodem výpočty. Před schválením bateriové sady pro výrobu je stále vyžadováno testování prototypu se skutečným vybavením.