Kuinka laskea 18650-akun kapasiteetti ja käyttöaika

18650-akun kapasiteetin ja käyttöajan laskemiseksi sinun on otettava huomioon kennokapasiteetti, sarja- ja rinnakkaiskokoonpano, nimellisjännite, laitteen teho, järjestelmän tehokkuus ja käyttöenergia.

Peruskaavat ovat:

Pakkauksen kapasiteetti (Ah) = Solun kapasiteetti (Ah) × Rinnakkaismäärä

Pakkauksen energia (Wh) = Nimellisjännite (V) × Pakkauksen kapasiteetti (Ah)

Arvioitu käyttöaika (h) = Käytettävä pakettienergia (Wh) × Järjestelmän tehokkuus ÷ Laitteen teho (W)

Esimerkiksi 3S2P-akussa, joka käyttää 3000 mAh 18650 kennoja, on:

• Nimellisjännite: 11,1V

• Kapasiteetti: 6Ah

• Nimellisenergia: 66,6 Wh

Jos laite kuluttaa 10 W ja järjestelmän hyötysuhde on 90 %, teoreettinen käyttöaika on noin 5,99 tuntia ennen kuin otetaan huomioon varakapasiteetti, akun ikääntyminen, lämpötila ja jännitteen katkaisu.

Nämä laskelmat antavat alustavan arvion. Todellinen käyttöaika tulee varmistaa testaamalla kohdelaitteistolla ja kuormitusprofiililla. Tämän tarkistuksen tulisi sisältää sekä pakkaustason kuormitustestaus että kohdassa kuvatut solutason tarkistukset 18650 akun kapasiteetti ja terveystestit.

Pikaopas: 18650 Akun kapasiteetti ja käyttöaika

Seuraavissa esimerkeissä käytetään 3000 mAh kennoja ja nimelliskennon jännitettä 3,7 V.

10 W:n laitteelle, jonka järjestelmäteho on 90 %:

Nämä tulokset olettavat, että koko nimelliskapasiteetti on käytettävissä. Käytännössä käytettävissä oleva käyttöaika voi olla pienempi purkauskatkoksen, lämpötilan, vanhenemisen, jännitteen muuntamisen ja kuormituksen muutosten vuoksi.

Nämä viitearvot ovat hyödyllisiä kaavojen tarkistamiseen ennen mukautetun kokoonpanon syöttämistä.

Mitä mAh ja Ah tarkoittavat?

mAh ja Ah muunnos

Akun kapasiteetti ilmaistaan ​​yleensä milliampeeritunteina tai mAh:na ja ampeeritunteina tai Ah.

Muunnos on:

1Ah = 1000mAh

Esimerkkejä:

• 2000mAh = 2Ah

• 2600 mAh = 2,6 Ah

• 3000mAh = 3Ah

• 3500 mAh = 3,5 Ah

Akkua laskettaessa on yleensä helpompi muuntaa kennokapasiteetti ensin mAh:sta Ah:iin.

Esimerkiksi:

3000mAh ÷ 1000 = 3Ah

Kapasiteettiluku osoittaa, kuinka paljon sähkövarausta kenno voi tuottaa tietyissä testiolosuhteissa. Se ei osoita suoraan paketin jännitettä, maksimivirtaa tai käyttöaikaa. Yleiset 18650 kapasiteettialueet ja kapasiteetin ja purkausvirran välinen ero on tiivistetty kuinka monta mAh 18650 akussa on.

Kapasiteetti ei ole sama kuin virta

3000 mAh:n kenno ei toimita automaattisesti 3A tai 30A virtaa. Kapasiteetti ja purkausvirta ovat eri määritelmiä.

Solun nykyinen kapasiteetti riippuu:

• Solun suunnittelu

• Sisäinen vastus

• Jatkuva purkausluokitus

• Huippupurkausluokitus

• Lämpötila

• BMS ja johdotusrajoitukset

Kapasiteettia käytetään arvioimaan, kuinka kauan akku kestää kuormitusta. Nykyinen ominaisuus määrittää, pystyykö solu tukemaan tätä kuormaa turvallisesti.

Kuinka sarja- ja rinnakkaisliitännät vaikuttavat kapasiteettiin

Kapasiteettilaskelmien keskeinen ero on yksinkertainen: Sarja- ja rinnakkaisliitännät 18650 akkuliitännät määrittävät jännitteen, kapasiteetin ja virran jakautumisen pakkauksessa.

• Sarjakytkennät lisäävät jännitettä.

• Rinnakkaisliitännät lisäävät kapasiteettia.

• Sarjaliitännät eivät kerro ampeerituntikapasiteettia.

• Rinnakkaisliitännät eivät lisää kennoryhmän nimellisjännitettä.

Kapasiteetti sarjapakkauksessa

Kun identtiset kennot kytketään sarjaan, jännite summautuu yhteen, kun taas ampeerituntikapasiteetti pysyy samana kuin yhden sarjan kennon.

Esimerkiksi käyttämällä 3000 mAh soluja:

• 1S1P: 3,7V, 3Ah

• 2S1P: 7,4V, 3Ah

• 3S1P: 11,1V, 3Ah

• 4S1P: 14,8V, 3Ah

Energia kasvaa, koska jännite kasvaa:

11,1 V × 3 Ah = 33,3 Wh

Kapasiteetti rinnakkaispakkauksessa

Kun identtiset kennot kytketään rinnan, jännite pysyy yhden kennon nimellisjännitteessä samalla kun ampeerituntikapasiteetti kasvaa.

3000 mAh kennojen käyttö:

• 1S1P: 3,7V, 3Ah

• 1S2P: 3,7 V, 6 Ah

• 1S3P: 3,7 V, 9 Ah

Rinnakkaisluku on siksi pääasiallinen pakkauskapasiteettilaskelmissa käytetty tekijä.

Esimerkkejä 3S1P, 3S2P ja 3S3P

Käyttää 3000 mAh, 3,7 V kennoja:

3S1P

• Kolme solua yhteensä

• Kolme sarjaryhmää

• Yksi solu jokaisessa ryhmässä

• Nimellisjännite: 11,1V

• Kapasiteetti: 3Ah

• Energia: 33,3 Wh

3S2P

• Yhteensä kuusi solua

• Kolme sarjaryhmää

• Kaksi solua rinnakkain kussakin ryhmässä

• Nimellisjännite: 11,1V

• Kapasiteetti: 6Ah

• Energia: 66,6 Wh

3S3P

• Yhteensä yhdeksän solua

• Kolme sarjaryhmää

• Kolme solua rinnakkain kussakin ryhmässä

• Nimellisjännite: 11,1V

• Kapasiteetti: 9 Ah

• Energia: 99,9 Wh

3S-kokoonpanoa kuvataan yleisesti 12 V-luokan litiumioniakkuna; the Esimerkki 12V 18650 akkupakkauksesta näyttää kuinka sarjamäärä, nimellisjännite ja kennojen määrä liittyvät toisiinsa.

Kuinka laskea 18650 akun kapasiteetti

Kapasiteetin peruskaava on:

Pakkauksen kapasiteetti (Ah) = Solun kapasiteetti (Ah) × Rinnakkaismäärä

3000 mAh kennoille:

Sarjamäärä ei näy kapasiteettikaavassa, koska sarjakytkennät vaikuttavat pääasiassa jännitteeseen.

Jos käytetään eri solukapasiteettia, tulos muuttuu vastaavasti.

Esimerkiksi 3S2P-pakkauksessa, joka käyttää 3500 mAh:n soluja, on:

3,5 Ah × 2 = 7 Ah

Paketin nimellisjännite on edelleen noin 11,1 V, mutta sen kapasiteetti kasvaa 6 Ah:sta 7 Ah:iin verrattuna 3000 mAh:n kennoja käyttävään 3S2P-pakettiin.

Kuinka laskea akun energia Wh

Kapasiteetti Ah:na ei kerro kokonaisenergiaa, ellei jännite ole mukana.

Energiakaava on:

Pakkauksen energia (Wh) = Nimellisjännite (V) × Pakkauksen kapasiteetti (Ah)

Esimerkkejä:

3S1P 3000 mAh:n kennoilla

11,1 V × 3 Ah = 33,3 Wh

3S2P 3000 mAh:n soluilla

11,1 V × 6 Ah = 66,6 Wh

3S3P 3000 mAh:n soluilla

11,1 V × 9 Ah = 99,9 Wh

Kun verrataan eri akkukokoonpanoja, wattitunnit ovat yleensä hyödyllisempiä kuin ampeeritunnit, koska ne sisältävät sekä jännitteen että kapasiteetin.

Esimerkiksi 3,7 V 6 Ah akku ja 11,1 V 6 Ah akku eivät varastoi yhtä paljon energiaa:

• 3,7 V × 6 Ah = 22,2 Wh

• 11,1 V × 6 Ah = 66,6 Wh

Jännite on aina sisällytettävä laskelmaan.

Laitteen virrankulutuksen laskeminen

Käyttöaikalaskelmat edellyttävät laitteen virrankulutusta.

Jos laitteen teho on jo annettu watteina, käytä tätä arvoa suoraan.

Jos laitteen jännite ja virta ovat saatavilla, käytä:

Laitteen teho (W) = laitteen jännite (V) × laitteen virta (A)

Esimerkiksi:

• Laitteen tulojännite: 12V

• Käyttövirta: 1,5A

12V × 1,5A = 18W

Arvioitu käyttöaika voidaan sitten laskea akun energiasta ja 18 W kuormasta.

Muuttuvat kuormat ja käyttöjaksot

Monet laitteet eivät kuluta tasaisesti virtaa. GPS-seurantalaitteella, langattomalla laitteella, lääketieteellisellä instrumentilla tai robottijärjestelmällä voi olla erilaisia ​​toimintatiloja.

Käytännön arviossa tulisi ottaa huomioon:

• Käynnistysteho

• Jatkuva käyttöteho

• Valmiustila virta

• Moottorin tai toimilaitteen huiput

• Langattomat lähetysajat

• Näytön tai anturin toiminta

• Käyttömäärä

Vaihtelevassa kuormassa käytä keskimääräistä tehoa korkeimman lyhytaikaisen tehoarvon sijaan.

Jos laite esimerkiksi kuluttaa aktiivisen toiminnan aikana 12W mutta pysyy 2W:n valmiustilassa puolet ajasta, sen keskimääräinen teho on alle 12W. Vain enimmäiskuormituksen käyttäminen voi aliarvioida käyttöajan, kun taas pelkän valmiustilan virran käyttäminen voi tuottaa epärealistisen tuloksen.

Kuinka laskea 18650 akun käyttöaika

Ajonaikaisen peruskaava on:

Käyttöaika (h) = Pakkauksen energia (Wh) × Järjestelmän tehokkuus ÷ Laitteen teho (W)

3S2P-pakkaus, jossa käytetään 3000 mAh:n soluja:

• Nimellisenergia: 66,6 Wh

• Laitteen teho: 10W

• Järjestelmän tehokkuus: 90 %

66,6 Wh × 0,90 ÷ 10 W = 5,99 tuntia

Arvioitu käyttöaika näissä olosuhteissa on noin 6 tuntia.

Ajonaikainen esimerkki eri laitekuormituksilla

Käyttämällä samaa 66,6 Wh akkua ja 90 % järjestelmän tehokkuutta:

Suhde ei aina ole täysin lineaarinen todellisessa käytössä, koska suuremmat virtakuormat voivat vähentää käyttökapasiteettia ja lisätä jännitehäviötä.

Miten järjestelmän tehokkuus vaikuttaa käyttöaikaan

Akkupakkaus ei välttämättä kytkeydy suoraan laitteeseen. Monissa tuotteissa käytetään:

• DC-DC muuntimet

• Jännitteen säätimet

• Invertterit

• Moottoriohjaimet

• Suojakomponentit

• Virranhallintapiirit

Jokainen komponentti voi aiheuttaa energiahukkaa.

Jos akun nimellisenergia on 66,6 Wh ja järjestelmän hyötysuhde on 90 %:

66,6 Wh × 90 % = 59,94 Wh käytettävissä muunnoshäviöiden jälkeen

10 W:n kuormalla:

59,94 Wh ÷ 10 W = 5,99 tuntia

Jos hyötysuhde putoaa 80 prosenttiin:

66,6 Wh × 80 % ÷ 10 W = 5,33 tuntia

Tämä ero voi olla merkittävä sovelluksissa, jotka toimivat useita tunteja tai joilla on suuret muunnoshäviöt.

Kuinka käyttökapasiteetti ja katkaisujännite vaikuttavat käyttöaikaan

Nimelliskapasiteetti ei aina ole täysin käytettävissä toimivassa laitteessa.

Todellista käyttökelpoista kapasiteettia voidaan pienentää:

• BMS-katkaisujännite

• Laitteen alijännitesuoja

• Korkea purkausvirta

• Solujen ikääntyminen

• Matala lämpötila

• Sisäinen vastus

• Jännitteenmuuntimen vaatimukset

• Akun epätasapaino

Laite voi lakata toimimasta ennen kuin jokainen kenno on toimittanut täyden tietolomakekapasiteettinsa, koska paketin jännite on saavuttanut järjestelmän minimitulojännitteen. The 18650-akun jänniteopas selittää, kuinka nimellis-, täyden latauksen ja katkaisuarvot määrittävät käytettävän jännitealueen litiumionipakkauksessa.

Konservatiivisempi kaava on:

Käyttöaika = Nimellisenergia × Käytössä olevan kapasiteetin osuus × Järjestelmän tehokkuus ÷ Laitteen teho

Konservatiivinen 3S2P esimerkki

Saman 3S2P-paketin käyttäminen:

• Nimellisenergia: 66,6 Wh

• Arvioitu käyttökapasiteetin osuus: 85 %

• Järjestelmän tehokkuus: 90 %

• Laitteen teho: 10W

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

Tämä arvio on pienempi kuin teoreettinen 5,99 tuntia, koska se ottaa huomioon varaenergian ja akun todelliset käyttörajat.

Käytettävän kapasiteetin osuus tulee perustua testaukseen aina kun mahdollista. Sitä ei pidä pitää yleisenä arvona jokaiselle akulle.

Mitkä tekijät voivat muuttaa todellista käyttöaikaa?

Laskettu tulos on vain arvio. Todellinen suoritusaika voi muuttua seuraavista syistä:

Akun lämpötila

Alhaiset lämpötilat voivat vähentää käytettävissä olevaa kapasiteettia ja lisätä sisäistä vastusta. Korkeat lämpötilat voivat nopeuttaa ikääntymistä ja rajoittaa suojajärjestelmän toimintaa.

Solujen ikääntyminen

Solujen ikääntyessä niiden kapasiteetti voi heikentyä ja sisäinen vastustus voi kasvaa. Lämpötilan, purkaussyvyyden, kuormituksen ja varastoinnin vaikutuksia käyttöikään käsitellään kuinka kauan 18650 akut kestävät . Vanhoista soluista valmistettu paketti voi tarjota vähemmän ajoaikaa kuin paketti, jossa käytetään uusia soluja, joilla on sama nimelliskapasiteetti.

Purkausvirta

Suuri virta voi aiheuttaa suurempaa jännitteen laskua ja lämmön muodostumista. Laite saattaa saavuttaa matalajänniterajan odotettua aikaisemmin. Suurvirtalaitteissa kennon jatkuva- ja huippupurkausrajat tulee tarkistaa korkean kulutuksen 18650 akun valinta , eikä pelkästään kapasiteetin perusteella päätelty.

Kuorman vaihtelu

Laite, jossa on moottoreita, langaton tietoliikenne, näyttö tai vaihtuva toimintatila, voi kuluttaa enemmän virtaa tiettyinä aikoina.

Johdot ja liittimet katoavat

Pitkät johdot, pienet johtimet, huonot juotosliitokset ja liian pienet liittimet voivat aiheuttaa ylimääräistä jännitehäviötä ja energiahäviötä.

Akun tasapaino

Sarjaryhmien väliset erot voivat pienentää pakkauksen käyttökelpoista osaa. Yksi ryhmä voi saavuttaa suojarajan ennen muita ryhmiä. Sarjaryhmän tasapaino, suojakynnykset ja lämpötilan valvonta ovat osa BMS-malli 18650 akulle . Kennokapasiteetti, sisäinen vastus, jännite ja eräerot vaikuttavat myös pakkauksen tasapainoon; 18650-akun kennovastaavuus selittää, kuinka näitä muuttujia ohjataan ennen kokoamista.

Kuinka käyttää 18650-akkulaskinta

The 18650 Battery Pack Calculatoria voidaan käyttää avainpaketin parametrien arvioimiseen ennen lopullisen kokoonpanon valitsemista.

Tyypillisiä syötteitä ovat:

• Solun kapasiteetti

• Kennon nimellisjännite

• Sarjojen määrä

• Rinnakkaisluku

• Laitteen latausteho

• Järjestelmän tehokkuus

Tyypillisiä tulosteita ovat:

• Solujen kokonaismäärä

• Pakkauksen nimellisjännite

• Täysi latausjännite

• Katkaisujännite

• Pakkauksen kapasiteetti

• Pakkaa energiaa

• Arvioitu käyttöaika

Laskin on hyödyllinen varhaisessa suunnitteluvaiheessa, mutta lopullinen akkupaketti on silti testattava varsinaisen laitteen, johdotuksen, muuntimen ja käyttöympäristön kanssa.

Kapasiteettilaskelma OEM-akun suunnittelua varten

OEM-projektissa kapasiteettilaskenta on vain yksi osa spesifikaatiota. Kenno ja pakkaus on myös valittava jännitteen, jatkuvan ja huippuvirran, käyntiajan, käytettävissä olevan tilan, latauksen, BMS:n, lämpöolosuhteiden ja näytteen validoinnin mukaan. 18650-akun valitseminen OEM-laitteelle täyttää nämä vaatimukset tuotetasolla.

Lopullisen pakkauksen suunnittelun tulee myös vahvistaa:

• Vaadittu nimellisjännite

• Suurin latausjännite

• Jatkuva kuormitusvirta

• Huippukuormitusvirta

• Tavoite suoritusaika

• Käytettävissä oleva asennustila

• Käyttölämpötila

• Liittimen tyyppi

• Johdon pituus ja mittari

• BMS vaatimukset

• Esimerkki testiolosuhteet

• Tuotannon toleranssi

Valittua solukapasiteettia ei pidä maksimoida tarkistamatta nykyistä kapasiteettia ja käytettävissä olevaa tilaa. Suuremman kapasiteetin kennon purkausteho voi olla pienempi, kun taas suurvirtakennon kapasiteetti voi olla pienempi.

Räätälöityihin akkuihin, ZERNE 18650 akkuratkaisut ja räätälöityjä 18650-akkuratkaisuja voidaan arvioida vaadittujen jännitteiden, kapasiteetin, virran, BMS:n, liittimien, kotelon ja näytetestausvaatimusten perusteella.

Yleisiä virheitä laskettaessa 18650-akun käyttöaikaa

1. Käytä mAh muuntamatta sitä Ah:ksi.

2. Kerrotaan kapasiteetti sarjamäärällä.

3. Sen unohtaminen lisää kapasiteettia.

4. Käyttöajan laskeminen jännitteestä ilman kapasiteettia.

5. Käsitellään nimellisenergia täysin käyttökelpoisena energiana.

6. DC-DC-muuntimen tehokkuuden huomioiminen.

7. Laitteen enimmäistehon käyttäminen, kun tarvitaan keskimääräistä tehoa, tai päinvastoin.

8. Käynnistyksen ja huippuvirran huomioiminen.

9. Saman suoritusajan arvion soveltaminen eri lämpötiloihin.

10. Suuremman mAh-luokituksen olettaminen tarkoittaa automaattisesti suurempaa virtakapasiteettia.

11. Jännitteen katkaisun ja laitteen sammutusrajojen huomioiminen.

12. Teoreettisen laskelman käyttäminen ilman koko paketin testaamista.

UKK

Miten lasken 18650-akun kapasiteetin?

Kerro yhden kennon kapasiteetti ampeeritunteina rinnakkain kytkettyjen kennojen lukumäärällä:

Pakkauksen kapasiteetti = Solun kapasiteetti × Rinnakkaismäärä

Esimerkiksi 3S2P-pakkauksessa, jossa on 3000 mAh soluja, on kapasiteetti 6Ah.

Lisääkö 18650 akun kytkeminen sarjaan kapasiteettia?

Ei. Sarjakytkennät lisäävät pääasiassa jännitettä. Ampeerituntikapasiteetti pysyy samana kuin yhden solun sarjassa.

Lisääkö 18650 akun kytkeminen rinnakkain kapasiteettia?

Kyllä. Rinnakkaiskennot lisäävät kapasiteettinsa yhteen säilyttäen samalla nimellisjännitteen.

Kuinka monta wattituntia 3S2P 18650 -akussa on?

3000 mAh soluja käytettäessä 3S2P-pakkauksessa on noin:

11,1 V × 6 Ah = 66,6 Wh

Todellinen käytettävissä oleva energia voi olla pienempi katkaisujännitteen, tehokkuuden, lämpötilan ja ikääntymisen vuoksi.

Kuinka kauan 3S2P 18650 -akku kestää 10 W:n laitetta?

Käyttämällä nimellisenergiaa 66,6 Wh ja järjestelmän tehokkuutta 90 %:

66,6 Wh × 90 % ÷ 10 W ≈ 5,99 tuntia

Todellinen käyttöaika voi olla lyhyempi, kun varakapasiteetti, vanheneminen ja jännitteen katkaisu huomioidaan.

Mitä eroa on mAh:lla ja Wh:lla?

mAh tai Ah kuvaa sähkövarauskapasiteettia. Wh sisältää sekä kapasiteetin että jännitteen:

Wh = V × Ah

Wattitunnit ovat yleensä hyödyllisempiä vertailtaessa eri jännitteillä olevien akkujen kokonaisenergiaa.

Miten katkaisujännite vaikuttaa käyttökapasiteettiin?

Akku voi lopettaa virransyötön, kun akku saavuttaa BMS- tai laitteen katkaisujännitteen. Tämä tarkoittaa, että osa nimelliskapasiteetista saattaa jäädä käyttämättä valituissa käyttöolosuhteissa.

Tarjoaako suuremman kapasiteetin 18650 solu aina pidemmän käyttöajan?

Yleensä se voi tuottaa enemmän energiaa, kun sitä käytetään sopivissa olosuhteissa, mutta käyttöaika riippuu myös nykyisestä arvosta, lämpötilasta, solujen iästä, muunnostehokkuudesta ja laitteen kuormituksesta.

Voinko käyttää laskettua suoritusaikaa lopullisena tuotteen spesifikaationa?

Ei. Laskelmaa tulisi käyttää varhaisessa suunnittelussa ja vertailussa. Lopullinen käyttöaika tulee varmistaa täydellisellä akulla ja todellisella laitteella edustavissa käyttöolosuhteissa.

Johtopäätös

18650-akun kapasiteetin ja käyttöajan laskeminen vaatii enemmän kuin kennon mAh-luokituksen kertomista.

Pääkaavat ovat:

Pakkauksen kapasiteetti = Solun kapasiteetti × Rinnakkaismäärä

Pakkauksen energia = Nimellisjännite × Pakkauksen kapasiteetti

Käyttöaika = Käytettävä energia × Järjestelmän tehokkuus ÷ Laitteen teho

3S-paketille sarjaluku määrittää jänniteluokan. Rinnakkaisluku määrittää kapasiteetin ja vaikuttaa käytettävissä olevaan virtaan. 3S1P-paketti, joka käyttää 3000 mAh:n kennoja, tuottaa noin 3Ah, kun taas 3S2P tarjoaa 6Ah ja 3S3P 9Ah.

Realistisessa käyttöaika-arviossa tulisi ottaa huomioon myös käyttökapasiteetti, katkaisujännite, muunnoshäviöt, lämpötila, akun ikääntyminen, nykyinen kysyntä ja muuttuvat laitteiden kuormitukset.

OEM-akkujen kehittämisessä laskelmat tarjoavat lähtökohdan. Prototyyppitestaus varsinaisilla laitteilla vaaditaan vielä ennen kuin akku hyväksytään tuotantoon.