Mga Pagtingin: 0 May-akda: ZERNE Battery Technical Content Team Oras ng Pag-publish: 2026-08-27 Pinagmulan: Site
Ang pagtatantya ng runtime ng lithium battery pack ay isang mahalagang bahagi ng pag-develop ng produkto ng OEM.
Maaaring mangailangan ng partikular na oras ng pagpapatakbo ang isang device para sa mga kadahilanang gaya ng:
Portable na kagamitang medikal
Mga GPS tracker
Mga pang-industriyang handheld na aparato
Mga produktong IoT
Mga nasusuot
Mga portable na instrumento
Wireless na kagamitan sa komunikasyon
Robotics
Consumer electronics
Ang runtime ay tinutukoy ng higit sa kapasidad na naka-print sa label ng baterya. Ang boltahe ng baterya, kapasidad, magagamit na enerhiya, kapangyarihan ng device, kasalukuyang pangangailangan, kahusayan ng converter, temperatura at mga setting ng proteksyon ay lahat ay nakakaimpluwensya kung gaano katagal maaaring gumana ang device.
Ang isang simpleng pagkalkula ng runtime ng battery pack ay maaaring magbigay ng maagang pagtatantya. Gayunpaman, ang huling oras ng pagpapatakbo ay dapat na ma-verify gamit ang aktwal na baterya, charger, host device at mga kondisyon sa pagpapatakbo.
Para sa medyo matatag na pagkarga, ang pangunahing formula ay:
Runtime (oras) = Nagagamit na enerhiya ng baterya (Wh) ÷ Average na lakas ng device (W)
Ang enerhiya ng baterya ay maaaring tantyahin bilang:
Nominal na enerhiya ng baterya (Wh) = Nominal na boltahe (V) × Kapasidad (Ah)
Ang isang mas praktikal na formula ay:
Runtime = Nominal na boltahe × Kapasidad × Usable-energy factor × System efficiency ÷ Average na load power
Para sa isang direktang-kasalukuyang pagkarga na may matatag na kasalukuyang, maaaring gumamit ng mas simpleng pagtatantya:
Runtime (oras) = Nagagamit na kapasidad (Ah) ÷ Average na kasalukuyang load (A)
Ang paraan ng watt-hour ay karaniwang mas angkop kapag ang device ay gumagamit ng boltahe converter o kapag ang boltahe ng baterya at boltahe ng device ay magkaiba.
Bago kalkulahin ang runtime, tukuyin ang kahulugan ng bawat halaga.
Ang nominal na boltahe ay ang reference na boltahe na ginamit upang ilarawan ang baterya pack.
Halimbawa:
1S lithium battery pack: humigit-kumulang 3.7 V nominal
2S lithium battery pack: humigit-kumulang 7.4 V nominal
3S lithium battery pack: humigit-kumulang 11.1 V nominal
4S lithium battery pack: humigit-kumulang 14.8 V nominal
Ang aktwal na boltahe ng baterya ay nagbabago habang nagcha-charge at naglalabas.
Ang na-rate na kapasidad ay karaniwang ipinahayag sa:
mAh
Ah
Ang conversion ay:
1000 mAh = 1 Ah
Ang 7.4 V, 2000 mAh na baterya ay may kapasidad na 2 Ah.
Para sa mga detalye tungkol sa pagkalkula ng kapasidad mula sa serye at parallel na mga cell, tingnan ang Paano Kalkulahin ang Kapasidad ng Pack ng Baterya ng Lithium-Ion.
Ang kapangyarihan ng device ay karaniwang ipinapakita sa watts.
Maaaring mayroong:
Average na kapangyarihan
Patuloy na kapangyarihan
Pinakamataas na kapangyarihan
Standby na kapangyarihan
Lakas ng startup
Ang mga kalkulasyon ng runtime ay karaniwang dapat gumamit ng average na kapangyarihan sa cycle ng pagpapatakbo, hindi lamang ang pinakamataas na rating ng kapangyarihan.
Maaaring mawala ang kapangyarihan sa:
Mga converter ng DC-DC
Mga regulator ng boltahe
Mga kable
Mga konektor
Mga bahagi ng proteksyon
Panloob na pagtutol
Charging at power-management circuits
Dapat isaalang-alang ang kahusayan ng system kapag hindi direktang ginagamit ng device ang boltahe ng baterya.
Ang unang hakbang ay i-convert ang detalye ng baterya sa enerhiya.
Ang pangunahing formula ay:
Enerhiya ng baterya (Wh) = Nominal na boltahe (V) × Kapasidad (Ah)
Pagbabago ng kapasidad:
1000 mAh = 1 Ah
Pagkalkula ng enerhiya:
3.7 V × 1 Ah = 3.7 Wh
Ang baterya ay naglalaman ng humigit-kumulang 3.7 Wh ng nominal na enerhiya.
Pagbabago ng kapasidad:
2000 mAh = 2 Ah
Pagkalkula ng enerhiya:
7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh
Ang baterya ay naglalaman ng humigit-kumulang 14.8 Wh ng nominal na enerhiya.
Pagbabago ng kapasidad:
5000 mAh = 5 Ah
Pagkalkula ng enerhiya:
11.1 V × 5 Ah = 55.5 Wh
Ang baterya ay naglalaman ng humigit-kumulang 55.5 Wh ng nominal na enerhiya.
Ito ay mga nominal na halaga ng enerhiya. Karaniwang mas mababa ang magagamit na enerhiya na inihatid sa device.
Ang baterya ay hindi maaaring palaging maghatid ng buong rate ng enerhiya nito sa device.
Ang nagagamit na enerhiya ay maaaring mabawasan ng:
Pinakamababang boltahe ng pagpapatakbo ng device
BMS cutoff boltahe
Kasalukuyang naglalabas
Mababang temperatura
Pagtanda ng cell
Panloob na pagtutol
Kinakailangang kapasidad ng reserba
Mga limitasyon sa proteksyon ng baterya
Ang isang simpleng formula ng pagtatantya ay:
Nagagamit na enerhiya ng baterya = Nominal na enerhiya ng baterya × Nagagamit na enerhiya na kadahilanan
Ang kadahilanan ay dapat mapili ayon sa aplikasyon at mga kondisyon ng pagsubok. Hindi ito dapat ituring bilang isang unibersal na nakapirming halaga.
Ipagpalagay na:
Nominal na enerhiya ng baterya: 14.8 Wh
Nagagamit-energy factor: 0.85
Nagagamit na enerhiya ng baterya:
14.8 Wh × 0.85 = 12.58 Wh
Nangangahulugan ito na humigit-kumulang 12.58 Wh ang maaaring available sa ilalim ng tinukoy na mga kondisyon sa pagpapatakbo bago isaalang-alang ang karagdagang pagkalugi sa conversion.
Para sa isang device na may medyo stable na power demand:
Runtime = Nagagamit na enerhiya ng baterya ÷ Lakas ng device
Detalye ng baterya:
Nominal na boltahe: 7.4 V
Kapasidad: 2000 mAh o 2 Ah
Nominal na enerhiya: 14.8 Wh
Ipagpalagay na:
Nagagamit-energy factor: 0.85
Kahusayan ng system: 0.90
Average na kapangyarihan ng device: 5 W
Hakbang 1: Kalkulahin ang nominal na enerhiya.
7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh
Hakbang 2: Ilapat ang nagagamit-energy factor.
14.8 Wh × 0.85 = 12.58 Wh
Hakbang 3: Ilapat ang kahusayan ng system.
12.58 Wh × 0.90 = 11.32 Wh
Hakbang 4: Kalkulahin ang runtime.
11.32 Wh ÷ 5 W ≈ 2.26 na oras
Ang tinantyang runtime ay tinatayang:
2.3 oras
Ito ay isang pagtatantya ng engineering. Maaaring mas maikli o mas matagal ang aktwal na runtime depende sa pagkakaiba-iba ng load, temperatura, cutoff na boltahe at kundisyon ng baterya.
Maaaring gamitin ang kasalukuyang-based na kalkulasyon kapag:
Ang boltahe ng baterya ay malapit sa boltahe ng aparato;
Ang kasalukuyang pagkarga ay medyo matatag;
Walang pangunahing yugto ng pag-convert ng boltahe;
Ang kasalukuyang ay sinusukat mula sa gilid ng baterya.
Ang pangunahing formula ay:
Runtime = Nagagamit na kapasidad (Ah) ÷ Average na kasalukuyang (A)
Ipagpalagay na:
Kapasidad ng baterya: 1000 mAh o 1 Ah
Average na kasalukuyang pagkarga: 0.5 A
Salik ng kakayahang magamit: 0.85
Na-rate na runtime:
1 Ah ÷ 0.5 A = 2 oras
Naayos na runtime:
2 oras × 0.85 = 1.7 oras
Ang tinantyang runtime ay tinatayang:
1.7 oras
Ang kasalukuyang pamamaraan ay maaaring makagawa ng hindi tumpak na resulta kapag:
Gumagamit ang device ng DC-DC converter;
Malaki ang pagbabago ng boltahe ng baterya;
Ang lakas ng pagkarga ay nananatiling pare-pareho habang nagbabago ang kasalukuyang;
Ang device ay may variable na duty cycle;
Ang kasalukuyang baterya ay iba sa kasalukuyang input ng device.
Sa mga kasong ito, ang paraan ng watt-hour ay karaniwang mas angkop.
Maraming mga elektronikong aparato ang gumagamit ng boltahe regulator o converter. Ang boltahe ng baterya ay maaaring magbago habang ang aparato ay tumatanggap ng medyo stable na boltahe.
Halimbawa, maaaring mangailangan ang isang device ng 5 V mula sa isang battery pack na may hanay ng boltahe sa itaas at mas mababa sa 5 V. Inaayos ng isang converter ang boltahe ng baterya sa kinakailangang input ng device.
Sa ganitong sitwasyon:
Ang kasalukuyang baterya ay nagbabago habang nagbabago ang boltahe ng baterya;
Ang kahusayan ng converter ay nakakaapekto sa runtime;
Ang kapangyarihan ng device ay isang mas matatag na batayan para sa pagkalkula.
Ang ginustong formula ay:
Runtime = Enerhiya ng baterya × Efficiency ÷ Power ng device
Ipagpalagay na:
Baterya: 7.4 V, 2 Ah
Nominal na enerhiya: 14.8 Wh
Episyente ng converter: 90%
Power ng device: 4 W
Nagagamit-energy factor: 0.85
Nagagamit na enerhiya sa device:
14.8 Wh × 0.85 × 0.90 = 11.32 Wh
Runtime:
11.32 Wh ÷ 4 W = 2.83 oras
Tinantyang runtime:
Humigit-kumulang 2.8 oras
Maraming mga produkto ang hindi kumonsumo ng patuloy na kapangyarihan.
Maaaring lumipat ang isang device sa pagitan ng:
Sleep mode
Standby mode
Mode ng pagsukat
Wireless transmission
Pagpapatakbo ng motor
Display operation
Pag-init o paglamig
Pagproseso ng mataas na pagganap
Sa kasong ito, kalkulahin ang average na kapangyarihan gamit ang operating profile.
Average na kapangyarihan = Kabuuang enerhiya na ginamit sa panahon ng cycle ÷ Tagal ng cycle
O kaya:
Average na kapangyarihan = Kabuuan ng kapangyarihan × oras para sa bawat operating mode ÷ Kabuuang oras
Ipagpalagay na gumagana ang isang device sa tatlong mode:
Operating Mode |
kapangyarihan |
Oras |
|---|---|---|
Matulog |
0.2 W |
6 na oras |
Pagsukat |
1 W |
2 oras |
Wireless transmission |
3 W |
0.5 oras |
Kabuuang enerhiya na ginamit:
Sleep: 0.2 W × 6 h = 1.2 Wh
Pagsukat: 1 W × 2 h = 2 Wh
Paghahatid: 3 W × 0.5 h = 1.5 Wh
Kabuuang enerhiya:
1.2 Wh + 2 Wh + 1.5 Wh = 4.7 Wh
Kabuuang oras ng pagpapatakbo:
6 h + 2 h + 0.5 h = 8.5 h
Average na kapangyarihan:
4.7 Wh ÷ 8.5 h ≈ 0.55 W
Kung ang baterya ay makakapaghatid ng 11.32 Wh ng nagagamit na enerhiya:
11.32 Wh ÷ 0.55 W ≈ 20.6 na oras
Ang pagtatantya na ito ay mas makatotohanan kaysa sa paggamit ng pinakamataas na halaga ng kapangyarihan para sa buong ikot ng pagpapatakbo.
Maaaring hindi makabuluhang baguhin ng peak current ang average na pagkalkula ng enerhiya, ngunit maaari pa rin nitong limitahan ang praktikal na runtime at maging sanhi ng pag-shut down ng baterya.
Maaaring mangyari ang mga high-current na kaganapan kapag:
Nagsisimula ang isang motor;
Ang isang wireless transmitter ay nag-activate;
Ang isang pampainit ay lumiliko;
Ang isang bomba ay nagsisimulang gumana;
Magsisimula ang isang display backlight;
Ang isang processor ay pumapasok sa isang high-performance mode.
Ang peak current ay maaaring maging sanhi ng:
Pagbaba ng boltahe;
BMS overcurrent na proteksyon;
Pag-init ng konektor;
pagtaas ng temperatura ng cell;
Nabawasan ang kakayahang magamit;
Hindi inaasahang pag-reset ng device.
Ang baterya ay dapat piliin para sa pareho:
Kinakailangang operating enerhiya;
Kinakailangan ang kasalukuyang kakayahan.
Ang baterya na may sapat na watt-hours ngunit hindi sapat ang peak-current na kakayahan ay maaaring hindi mapagkakatiwalaan ang paggana ng device.
Maaaring tanggalin ng BMS o circuit ng proteksyon ang baterya bago magamit ang lahat ng nominal na enerhiya.
Maaaring mangyari ito dahil sa:
Mababang boltahe ng cell;
Overcurrent;
Maikling circuit;
Mataas na temperatura;
Mababang temperatura;
Imbalance ng cell;
Mga kundisyon ng komunikasyon o pagkakamali.
Samakatuwid, ang pagkalkula ng runtime ay dapat gumamit ng aktwal na magagamit na enerhiya na magagamit bago ang nauugnay na limitasyon sa proteksyon.
Para sa mga multi-cell pack, ang cell imbalance ay maaaring maging sanhi ng isang cell na maabot ang limitasyon ng boltahe nito bago ang iba. Maaari nitong bawasan ang magagamit na kapasidad ng buong pack.
Dapat isaalang-alang ang BMS sa panahon ng disenyo ng baterya, hindi idinagdag pagkatapos matukoy ang target ng runtime. Ang mas malawak na ugnayan sa pagitan ng BMS, boltahe, kapasidad at runtime ay sakop Lithium-Ion Battery Pack Design: Boltahe, Kapasidad, BMS at Runtime.
Nagbabago ang runtime sa mga kondisyon ng pagpapatakbo.
Maaaring mabawasan ng mababang temperatura ang magagamit na kapasidad at mapataas ang panloob na resistensya. Ang mataas na temperatura ay maaaring mapabilis ang pagtanda ng baterya at makaapekto sa pangmatagalang pagganap.
Dapat tukuyin ng pagtatantya ng runtime ang:
Temperatura ng pagpapatakbo;
Temperatura ng imbakan;
Temperatura ng baterya sa panahon ng paglabas;
Inaasahang pagkarga;
Kinakailangan ang buhay ng serbisyo.
Ang magagamit na kapasidad ng isang baterya ay unti-unting nagbabago sa panahon ng buhay ng serbisyo nito. Kung dapat gumana ang device para sa isang tinukoy na oras pagkatapos ng mga buwan o taon ng paggamit, ang target ng runtime ay dapat may kasamang aging reserba.
Halimbawa, maaaring tukuyin ng isang OEM ang:
Paunang target ng runtime;
Minimum na end-of-life runtime;
Kinakailangang bilang ng ikot;
Kondisyon ng pagpapalit ng baterya.
Ang isang battery pack ay hindi dapat sukatin lamang para sa kanyang unang paggamit na pagganap kung ang produkto ay nangangailangan ng pangmatagalang pagiging maaasahan.
Ipagpalagay na ang isang OEM handheld device ay nangangailangan ng:
Baterya: 11.1 V, 5000 mAh
Average na kapangyarihan: 8 W
Nagagamit-energy factor: 0.85
Kahusayan ng system: 0.90
Hakbang 1: I-convert ang kapasidad.
5000 mAh = 5 Ah
Hakbang 2: Kalkulahin ang nominal na enerhiya.
11.1 V × 5 Ah = 55.5 Wh
Hakbang 3: Ilapat ang nagagamit-energy factor.
55.5 Wh × 0.85 = 47.18 Wh
Hakbang 4: Ilapat ang kahusayan ng system.
47.18 Wh × 0.90 = 42.46 Wh
Hakbang 5: Kalkulahin ang runtime.
42.46 Wh ÷ 8 W ≈ 5.3 oras
Tinantyang runtime:
Humigit-kumulang 5.3 oras
Dapat na ma-verify ang resultang ito sa pamamagitan ng pagsubok dahil maaaring kumonsumo ang device ng mas maraming power sa panahon ng startup, wireless na komunikasyon, pagpoproseso ng data o iba pang kundisyon ng high-load.
Ang kinakalkula na runtime ay isang pagtatantya batay sa mga pagpapalagay. Maaaring mag-iba ang aktwal na resulta dahil sa:
Ang average na kapangyarihan ay mas mataas kaysa sa inaasahan;
Hindi nasusukat na pagkonsumo ng standby;
Variable load patterns;
Pagpapahintulot sa kapasidad ng baterya;
Mga epekto ng discharge-rate;
Temperatura;
Panloob na pagtutol;
BMS cutoff;
Kahusayan ng Converter;
Pagkalugi ng cable at connector;
Pagtanda ng baterya;
Imbalance ng cell;
Mga setting ng pag-shutdown ng device.
Ang pinakamahusay na paraan upang pahusayin ang pagtatantya ay ang sukatin ang aktwal na device sa ilalim ng mga kundisyong kinatawan.
Ang mga inirerekomendang sukat ay kinabibilangan ng:
Boltahe sa gilid ng baterya;
Baterya-side kasalukuyang;
kapangyarihan ng input ng device;
Temperatura;
Runtime sa tinukoy na cutoff;
Power sa bawat operating mode;
Pag-uugali sa mga kaganapan sa peak-load.
Ang isang battery pack ay dapat na masuri gamit ang tunay na host device o isang kinatawan na load.
Dapat tukuyin ng plano ng pagsubok ang:
Modelo ng baterya;
Katayuan ng singil ng baterya;
Charger at paraan ng pag-charge;
Profile sa pagpapatakbo ng device;
Temperatura sa paligid;
Paunang temperatura ng baterya;
Kundisyon ng cutoff;
Mga kagamitan sa pagsukat;
Bilang ng mga sample ng pagsubok;
Pamantayan sa pagtanggap ng runtime.
Ang isang simpleng pag-load ng pare-pareho ang paglaban ay maaaring hindi magparami ng gawi ng isang tunay na produktong elektroniko. Kung posible, dapat gamitin ng pagsubok ang aktwal na ikot ng pagpapatakbo ng device.
Para sa mas malawak na pagpaplano ng pagsubok sa antas ng pack, tingnan ang Checklist ng Pagsubok ng Battery Pack.
Kung masyadong maikli ang nakalkulang runtime, maaaring suriin ng team ng disenyo ang:
Pagtaas ng kapasidad ng baterya;
Pagpili ng mas mataas na enerhiya na cell;
Pagbawas ng pagkonsumo ng kuryente ng device;
Pagpapabuti ng kahusayan ng converter;
Pagbabawas ng standby kasalukuyang;
Pagsasaayos ng siklo ng tungkulin;
Pag-optimize ng wireless transmission;
Pagpapabuti ng mga kondisyon ng thermal;
Pagbawas ng pagkalugi ng cable at connector;
Pagsusuri sa mga setting ng cutoff ng BMS;
Paggamit ng ibang series-parallel na configuration.
Ang pagtaas ng kapasidad ay maaaring tumaas ang bigat, dami, gastos at oras ng pag-charge ng baterya. Ang pinakamahusay na solusyon ay dapat balansehin ang runtime sa laki, timbang, kapangyarihan at komersyal na mga kinakailangan ng produkto.
Para sa pagpili ng baterya sa antas ng produkto, tingnan ang Paano Pumili ng Rechargeable Lithium-Ion Battery Pack para sa isang OEM Device.
Bago aprubahan ang isang pagtatantya ng runtime, kumpirmahin:
Nominal na boltahe ng baterya
Na-rate na kapasidad ng baterya
Ang kapasidad ay na-convert sa Ah
Nominal na enerhiya ng baterya sa Wh
Nagagamit-enerhiya na kadahilanan
Average na kapangyarihan ng device
peak power ng device
Kahusayan ng converter
Mga mode ng pagpapatakbo
Average na load profile
Mga kondisyon ng cutoff ng BMS
Temperatura ng pagpapatakbo
Kinakailangan sa pagtanda ng baterya
Pamantayan sa pagtanggap ng runtime
Aktwal na plano sa pagsubok ng device
I-multiply ang nominal na boltahe ng baterya ayon sa kapasidad sa mga amp-hour upang makakuha ng mga watt-hour, ayusin para sa magagamit na enerhiya at kahusayan ng system, pagkatapos ay hatiin sa average na kapangyarihan ng device.
Ang pack ay naglalaman ng humigit-kumulang 14.8 Wh ng nominal na enerhiya. Ang runtime ay depende sa kapangyarihan ng device. Sa isang 5 W load, ang teoretikal na runtime ay humigit-kumulang 3 oras bago isaalang-alang ang kahusayan at pagkalugi sa magagamit na kapasidad.
Maaaring gamitin ang mAh kapag ang boltahe ng baterya at kasalukuyang pagkarga ay nananatiling medyo stable. Ang Wh ay kadalasang mas angkop kapag ang device ay gumagamit ng boltahe converter o kapag inihahambing ang mga baterya na may iba't ibang antas ng boltahe.
Maaaring hindi ganap na maisaalang-alang ng kalkulasyon ang mga pagkalugi ng conversion, BMS cutoff, temperatura, peak current, pagtanda ng baterya, variable load at magagamit na kapasidad.
Karaniwan, ang isang baterya na may mas mataas na kapasidad ay maaaring magbigay ng mas maraming runtime kung ang boltahe at mga kondisyon ng operating ay maihahambing. Gayunpaman, dapat ding isaalang-alang ang pagganap ng cell discharge, bigat ng baterya, kahusayan ng converter at kapangyarihan ng device.
Maaaring mabawasan ng mababang temperatura ang magagamit na kapasidad at mapataas ang panloob na resistensya. Ang mataas na temperatura ay maaaring makaapekto sa pagganap at mapabilis ang pagtanda. Ang oras ng pagpapatakbo ay dapat na tinukoy sa isang tinukoy na temperatura ng pagpapatakbo.
Ang runtime ay karaniwang dapat gumamit ng average na kapangyarihan sa operating cycle. Ang peak power ay dapat pa ring suriin nang hiwalay upang kumpirmahin na ang baterya, BMS, mga wiring at connector ay maaaring suportahan ang pansamantalang mataas na kasalukuyang demand.
Subukan ang aktwal na battery pack gamit ang tunay na device sa ilalim ng mga representative na operating mode, temperatura at mga kondisyon ng cutoff. Ihambing ang mga sinusukat na resulta sa orihinal na pagtatantya.
Ang pangunahing formula ng runtime ng lithium battery pack ay:
Runtime = Nagagamit na enerhiya ng baterya ÷ Average na lakas ng device
Ang enerhiya ng baterya ay maaaring tantyahin bilang:
Nominal na enerhiya = Boltahe × Kapasidad
Ang isang praktikal na pagkalkula ay dapat ding isaalang-alang para sa:
Magagamit na kapasidad;
kahusayan sa conversion;
Pagkakaiba-iba ng pag-load;
Peak kasalukuyang;
BMS cutoff;
Temperatura;
Pagtanda ng baterya;
Mga kondisyon sa pagpapatakbo ng device.
Halimbawa, ang isang 7.4 V, 2000 mAh na baterya ay naglalaman ng humigit-kumulang 14.8 Wh ng nominal na enerhiya. Ang totoong oras ng pagpapatakbo nito ay depende sa kung gaano karami ng enerhiyang iyon ang maaaring maabot ang device at kung gaano karaming kuryente ang natupok ng device sa panahon ng kumpletong ikot ng pagpapatakbo nito.