Cara Mengira Masa Jalan untuk Pek Bateri Litium

Menganggarkan masa jalan pek bateri litium ialah bahagian penting dalam pembangunan produk OEM.

Peranti mungkin memerlukan masa operasi tertentu atas sebab seperti:

• Peralatan perubatan mudah alih

• Penjejak GPS

• Peranti pegang tangan industri

• produk IoT

• Barang boleh pakai

• Alat mudah alih

• Peralatan komunikasi tanpa wayar

• Robotik

• Elektronik pengguna

Masa jalan ditentukan oleh lebih daripada kapasiti yang dicetak pada label bateri. Voltan bateri, kapasiti, tenaga boleh guna, kuasa peranti, permintaan semasa, kecekapan penukar, suhu dan tetapan perlindungan semuanya mempengaruhi tempoh peranti boleh beroperasi.

Pengiraan masa jalan pek bateri yang ringkas boleh memberikan anggaran awal. Walau bagaimanapun, masa operasi akhir perlu disahkan menggunakan bateri, pengecas, peranti hos dan keadaan operasi sebenar.

Jawapan Pantas: Bagaimana Anda Mengira Masa Jalan Pek Bateri Litium?

Untuk beban yang agak stabil, formula asas ialah:

Masa jalan (jam) = Tenaga bateri boleh guna (Wh) ÷ Purata kuasa peranti (W)

Tenaga bateri boleh dianggarkan sebagai:

Tenaga bateri nominal (Wh) = Voltan nominal (V) × Kapasiti (Ah)

Formula yang lebih praktikal ialah:

Masa jalan = Voltan nominal × Kapasiti × Faktor tenaga boleh guna × Kecekapan sistem ÷ Purata kuasa beban

Untuk beban arus terus dengan arus yang stabil, anggaran yang lebih mudah boleh digunakan:

Masa jalan (jam) = Kapasiti boleh guna (Ah) ÷ Arus beban purata (A)

Kaedah watt-jam secara amnya lebih sesuai apabila peranti menggunakan penukar voltan atau apabila voltan bateri dan voltan peranti berbeza.

1. Fahami Nilai yang Digunakan dalam Pengiraan Masa Jalan

Sebelum mengira masa jalan, kenal pasti maksud setiap nilai.

Voltan Nominal

Voltan nominal ialah voltan rujukan yang digunakan untuk menerangkan pek bateri.

Contohnya:

• Pek bateri litium 1S: lebih kurang 3.7 V nominal

• Pek bateri litium 2S: lebih kurang 7.4 V nominal

• Pek bateri litium 3S: lebih kurang 11.1 V nominal

• Pek bateri litium 4S: lebih kurang 14.8 V nominal

Voltan bateri sebenar berubah semasa mengecas dan menyahcas.

Kapasiti Dinilai

Kapasiti berkadar biasanya dinyatakan dalam:

• mAh

• Ah

Penukarannya ialah:

1000 mAh = 1 Ah

Bateri 7.4 V, 2000 mAh mempunyai kapasiti 2 Ah.

Untuk butiran tentang mengira kapasiti daripada sel siri dan selari, lihat Cara Mengira Kapasiti Pek Bateri Litium-Ion.

Kuasa Peranti

Kuasa peranti biasanya dinyatakan dalam watt.

Peranti mungkin mempunyai:

• Kuasa purata

• Kuasa berterusan

• Kuasa puncak

• Kuasa siap sedia

• Kuasa permulaan

Pengiraan masa jalan biasanya menggunakan kuasa purata sepanjang kitaran pengendalian, bukan sahaja penarafan kuasa maksimum.

Kecekapan

Kuasa mungkin hilang dalam:

• Penukar DC-DC

• Pengawal selia voltan

• Kabel

• Penyambung

• Komponen perlindungan

• Rintangan dalaman

• Litar pengecasan dan pengurusan kuasa

Kecekapan sistem mesti dipertimbangkan apabila peranti tidak menggunakan voltan bateri secara langsung.

2. Kira Tenaga Bateri dalam Watt-Jam

Langkah pertama ialah menukar spesifikasi bateri kepada tenaga.

Formula asasnya ialah:

Tenaga bateri (Wh) = Voltan nominal (V) × Kapasiti (Ah)

Contoh: 3.7 V, 1000 mAh Bateri

Penukaran kapasiti:

1000 mAh = 1 Ah

Pengiraan tenaga:

3.7 V × 1 Ah = 3.7 Wh

Bateri mengandungi kira-kira 3.7 Wh tenaga nominal.

Contoh: 7.4 V, 2000 mAh Bateri

Penukaran kapasiti:

2000 mAh = 2 Ah

Pengiraan tenaga:

7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

Bateri mengandungi kira-kira 14.8 Wh tenaga nominal.

Contoh: 11.1 V, 5000 mAh Bateri

Penukaran kapasiti:

5000 mAh = 5 Ah

Pengiraan tenaga:

11.1 V × 5 Ah = 55.5 Wj

Bateri mengandungi kira-kira 55.5 Wh tenaga nominal.

Ini adalah nilai tenaga nominal. Tenaga boleh guna yang dihantar ke peranti biasanya lebih rendah.

3. Gunakan Faktor Tenaga Boleh Digunakan

Bateri tidak boleh sentiasa menghantar tenaga berkadar penuhnya kepada peranti.

Tenaga yang boleh digunakan boleh dikurangkan dengan:

• Voltan pengendalian peranti minimum

• voltan pemotongan BMS

• Arus nyahcas

• Suhu rendah

• Penuaan sel

• Rintangan dalaman

• Kapasiti rizab yang diperlukan

• Had perlindungan bateri

Formula anggaran mudah ialah:

Tenaga bateri boleh guna = Tenaga bateri nominal × Faktor tenaga boleh guna

Faktor mesti dipilih mengikut keadaan permohonan dan ujian. Ia tidak sepatutnya dianggap sebagai nilai tetap sejagat.

Contoh

Andaikan:

• Tenaga bateri nominal: 14.8 Wh

• Faktor tenaga boleh guna: 0.85

Tenaga bateri yang boleh digunakan:

14.8 Wj × 0.85 = 12.58 Wj

Ini bermakna kira-kira 12.58 Wj mungkin tersedia di bawah keadaan operasi yang ditetapkan sebelum mempertimbangkan kerugian penukaran tambahan.

4. Kira Masa Jalan Dari Kuasa Peranti

Untuk peranti dengan permintaan kuasa yang agak stabil:

Masa jalan = Tenaga bateri boleh guna ÷ Kuasa peranti

Contoh: 7.4 V, 2000 mAh Mekuasakan Peranti 5 W

Spesifikasi bateri:

• Voltan nominal: 7.4 V

• Kapasiti: 2000 mAh atau 2 Ah

• Tenaga nominal: 14.8 Wh

Andaikan:

• Faktor tenaga boleh guna: 0.85

• Kecekapan sistem: 0.90

• Purata kuasa peranti: 5 W

Langkah 1: Kira tenaga nominal.

7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

Langkah 2: Gunakan faktor tenaga boleh guna.

14.8 Wj × 0.85 = 12.58 Wj

Langkah 3: Gunakan kecekapan sistem.

12.58 Wj × 0.90 = 11.32 Wj

Langkah 4: Kira masa jalan.

11.32 Wj ÷ 5 W ≈ 2.26 jam

Anggaran masa jalan adalah lebih kurang:

2.3 jam

Ini adalah anggaran kejuruteraan. Masa jalan sebenar mungkin lebih pendek atau lebih lama bergantung pada variasi beban, suhu, voltan potong dan keadaan bateri.

5. Kira Masa Jalan Dari Semasa

Pengiraan berasaskan semasa boleh digunakan apabila:

• Voltan bateri hampir dengan voltan peranti;

• Arus beban agak stabil;

• Tiada peringkat penukaran voltan utama;

• Arus diukur dari bahagian bateri.

Formula asasnya ialah:

Masa jalan = Kapasiti boleh guna (Ah) ÷ Purata arus (A)

Contoh: 3.7 V, 1000 mAh Bateri

Andaikan:

• Kapasiti bateri: 1000 mAh atau 1 Ah

• Arus beban purata: 0.5 A

• Faktor kapasiti boleh guna: 0.85

Masa jalan yang dinilai:

1 Ah ÷ 0.5 A = 2 jam

Masa jalan yang diselaraskan:

2 jam × 0.85 = 1.7 jam

Anggaran masa jalan adalah lebih kurang:

1.7 jam

Apabila Kaedah Semasa Boleh Mengelirukan

Kaedah semasa mungkin menghasilkan keputusan yang tidak tepat apabila:

• Peranti menggunakan penukar DC-DC;

• Voltan bateri berubah dengan ketara;

• Kuasa beban kekal malar sementara arus berubah;

• Peranti mempunyai kitaran tugas berubah-ubah;

• Arus bateri berbeza daripada arus input peranti.

Dalam kes ini, kaedah watt-hour biasanya lebih sesuai.

6. Gunakan Kaedah Watt-Jam untuk Beban Terkawal

Banyak peranti elektronik menggunakan pengatur voltan atau penukar. Voltan bateri mungkin berubah semasa peranti menerima voltan yang agak stabil.

Sebagai contoh, peranti mungkin memerlukan 5 V daripada pek bateri dengan julat voltan di atas dan di bawah 5 V. Penukar melaraskan voltan bateri kepada input yang diperlukan peranti.

Dalam keadaan ini:

• Arus bateri berubah apabila voltan bateri berubah;

• Kecekapan penukar menjejaskan masa jalan;

• Kuasa peranti adalah asas yang lebih stabil untuk pengiraan.

Formula pilihan ialah:

Masa jalan = Tenaga bateri × Kecekapan ÷ Kuasa peranti

Contoh: Bateri 7.4 V Dengan Penukar 5 V

Andaikan:

• Bateri: 7.4 V, 2 Ah

• Tenaga nominal: 14.8 Wh

• Kecekapan penukar: 90%

• Kuasa peranti: 4 W

• Faktor tenaga boleh guna: 0.85

Tenaga yang boleh digunakan pada peranti:

14.8 Wj × 0.85 × 0.90 = 11.32 Wj

Masa jalan:

11.32 Wj ÷ 4 W = 2.83 jam

Anggaran masa jalan:

Lebih kurang 2.8 jam

7. Akaun untuk Muatan Peranti Boleh Ubah

Banyak produk tidak menggunakan kuasa berterusan.

Peranti boleh bertukar antara:

• Mod tidur

• Mod siap sedia

• Mod pengukuran

• Penghantaran tanpa wayar

• Operasi motor

• Operasi paparan

• Pemanasan atau penyejukan

• Pemprosesan berprestasi tinggi

Dalam kes ini, hitung kuasa purata menggunakan profil pengendalian.

Kuasa purata = Jumlah tenaga yang digunakan semasa kitaran ÷ Tempoh kitaran

Atau:

Kuasa purata = Jumlah kuasa × masa untuk setiap mod pengendalian ÷ Jumlah masa

Contoh Pembolehubah-Beban

Andaikan peranti beroperasi dalam tiga mod:

Jumlah tenaga yang digunakan:

• Tidur: 0.2 W × 6 h = 1.2 Wj

• Pengukuran: 1 W × 2 h = 2 Wh

• Penghantaran: 3 W × 0.5 h = 1.5 Wj

Jumlah tenaga:

1.2 Wh + 2 Wh + 1.5 Wh = 4.7 Wh

Jumlah masa operasi:

6 jam + 2 jam + 0.5 jam = 8.5 jam

Kuasa purata:

4.7 Wj ÷ 8.5 h ≈ 0.55 W

Jika bateri boleh menghantar 11.32 Wj tenaga boleh guna:

11.32 Wj ÷ 0.55 W ≈ 20.6 jam

Anggaran ini lebih realistik daripada menggunakan nilai kuasa tertinggi untuk keseluruhan kitaran operasi.

8. Pertimbangkan Permulaan dan Arus Puncak

Arus puncak mungkin tidak mengubah pengiraan tenaga purata dengan ketara, tetapi ia masih boleh mengehadkan masa jalan praktikal dan menyebabkan bateri dimatikan.

Peristiwa semasa tinggi mungkin berlaku apabila:

• Motor dihidupkan;

• Pemancar wayarles diaktifkan;

• Pemanas dihidupkan;

• Pam mula beroperasi;

• Lampu latar paparan bermula;

• Pemproses memasuki mod prestasi tinggi.

Arus puncak boleh menyebabkan:

• Kejatuhan voltan;

• Perlindungan arus lampau BMS;

• Pemanasan penyambung;

• Peningkatan suhu sel;

• Mengurangkan kapasiti boleh guna;

• Tetapan semula peranti yang tidak dijangka.

Bateri hendaklah dipilih untuk kedua-duanya:

• Tenaga operasi yang diperlukan;

• Keupayaan semasa yang diperlukan.

Bateri dengan jam watt yang mencukupi tetapi keupayaan arus puncak yang tidak mencukupi mungkin tidak mengendalikan peranti dengan pasti.

9. Fahami Kesan Potongan BMS

BMS atau litar perlindungan boleh memutuskan sambungan bateri sebelum semua tenaga nominal boleh digunakan.

Ini mungkin berlaku kerana:

• Voltan sel rendah;

• Arus lebih;

• Litar pintas;

• Suhu tinggi;

• Suhu rendah;

• Ketidakseimbangan sel;

• Keadaan komunikasi atau kesalahan.

Oleh itu, pengiraan masa jalan harus menggunakan tenaga boleh guna sebenar yang tersedia sebelum had perlindungan yang berkaitan.

Untuk pek berbilang sel, ketidakseimbangan sel boleh menyebabkan satu sel mencapai had voltannya sebelum yang lain. Ini boleh mengurangkan kapasiti boleh guna keseluruhan pek.

BMS harus dipertimbangkan semasa reka bentuk bateri, bukan ditambah selepas sasaran masa jalan telah ditentukan. Hubungan yang lebih luas antara BMS, voltan, kapasiti dan masa jalan diliputi dalam Reka Bentuk Pek Bateri Litium-Ion: Voltan, Kapasiti, BMS dan Masa Jalan.

10. Pertimbangkan Suhu dan Penuaan Bateri

Perubahan masa jalan dengan keadaan operasi.

Suhu

Suhu rendah boleh mengurangkan kapasiti yang ada dan meningkatkan rintangan dalaman. Suhu tinggi boleh mempercepatkan penuaan bateri dan menjejaskan prestasi jangka panjang.

Anggaran masa jalan hendaklah menyatakan:

• Suhu operasi;

• Suhu penyimpanan;

• Suhu bateri semasa pelepasan;

• Beban yang dijangkakan;

• Hayat perkhidmatan yang diperlukan.

Penuaan Bateri

Kapasiti tersedia bateri berubah secara beransur-ansur semasa hayat perkhidmatannya. Jika peranti mesti beroperasi untuk masa yang ditetapkan selepas berbulan-bulan atau bertahun-tahun penggunaan, sasaran masa jalan hendaklah termasuk rizab penuaan.

Sebagai contoh, OEM boleh mentakrifkan:

• Sasaran masa jalan awal;

• Masa jalan akhir hayat minimum;

• Kiraan kitaran yang diperlukan;

• Keadaan penggantian bateri.

Pek bateri tidak boleh bersaiz hanya untuk prestasi penggunaan pertamanya jika produk memerlukan kebolehpercayaan jangka panjang.

11. Contoh Pengiraan Masa Jalan untuk Peranti OEM

Andaikan peranti pegang tangan OEM memerlukan:

• Bateri: 11.1 V, 5000 mAh

• Purata kuasa: 8 W

• Faktor tenaga boleh guna: 0.85

• Kecekapan sistem: 0.90

Langkah 1: Tukar kapasiti.

5000 mAh = 5 Ah

Langkah 2: Kira tenaga nominal.

11.1 V × 5 Ah = 55.5 Wj

Langkah 3: Gunakan faktor tenaga boleh guna.

55.5 Wj × 0.85 = 47.18 Wj

Langkah 4: Gunakan kecekapan sistem.

47.18 Wj × 0.90 = 42.46 Wj

Langkah 5: Kira masa jalan.

42.46 Wj ÷ 8 W ≈ 5.3 jam

Anggaran masa jalan:

Lebih kurang 5.3 jam

Keputusan ini harus disahkan melalui ujian kerana peranti mungkin menggunakan lebih banyak kuasa semasa permulaan, komunikasi tanpa wayar, pemprosesan data atau keadaan beban tinggi yang lain.

12. Mengapa Masa Jalan yang Dikira Mungkin Berbeza Daripada Masa Jalanan Sebenar

Masa jalan yang dikira ialah anggaran berdasarkan andaian. Keputusan sebenar mungkin berbeza kerana:

• Kuasa purata lebih tinggi daripada jangkaan;

• Penggunaan siap sedia yang tidak terukur;

• Corak beban berubah-ubah;

• Toleransi kapasiti bateri;

• Kesan kadar pelepasan;

• Suhu;

• Rintangan dalaman;

• Potongan BMS;

• Kecekapan penukar;

• Kehilangan kabel dan penyambung;

• Penuaan bateri;

• Ketidakseimbangan sel;

• Tetapan penutupan peranti.

Cara terbaik untuk menambah baik anggaran adalah dengan mengukur peranti sebenar di bawah keadaan yang mewakili.

Pengukuran yang disyorkan termasuk:

• Voltan sisi bateri;

• Arus sisi bateri;

• Kuasa input peranti;

• Suhu;

• Masa jalan ke cutoff yang ditentukan;

• Kuasa semasa setiap mod pengendalian;

• Tingkah laku semasa acara beban puncak.

13. Ujian Masa Jalan Harus Menggunakan Peranti Sebenar

Pek bateri harus diuji dengan peranti hos sebenar atau beban perwakilan.

Pelan ujian harus menentukan:

• Model bateri;

• Keadaan bateri dicas;

• Kaedah pengecas dan pengecasan;

• Profil pengendalian peranti;

• Suhu persekitaran;

• Suhu bateri awal;

• Keadaan cutoff;

• Peralatan pengukuran;

• Bilangan sampel ujian;

• Kriteria penerimaan masa jalan.

Beban rintangan malar yang mudah mungkin tidak menghasilkan semula tingkah laku produk elektronik sebenar. Jika boleh, ujian hendaklah menggunakan kitaran pengendalian peranti sebenar.

Untuk perancangan ujian peringkat pek yang lebih luas, lihat Senarai Semak Ujian Pek Bateri.

14. Cara Meningkatkan Masa Jalan Pek Bateri

Jika masa jalan yang dikira terlalu pendek, pasukan reka bentuk boleh menilai:

• Meningkatkan kapasiti bateri;

• Memilih sel bertenaga tinggi;

• Mengurangkan penggunaan kuasa peranti;

• Meningkatkan kecekapan penukar;

• Mengurangkan arus siap sedia;

• Melaraskan kitaran tugas;

• Mengoptimumkan penghantaran tanpa wayar;

• Memperbaiki keadaan terma;

• Mengurangkan kehilangan kabel dan penyambung;

• Menyemak tetapan pemotongan BMS;

• Menggunakan konfigurasi selari siri yang berbeza.

Meningkatkan kapasiti boleh meningkatkan berat bateri, volum, kos dan masa pengecasan. Penyelesaian terbaik harus mengimbangi masa jalan dengan saiz, berat, kuasa dan keperluan komersial produk.

Untuk pemilihan bateri peringkat produk, lihat Cara Memilih Pek Bateri Litium-Ion Boleh Dicas semula untuk Peranti OEM.

Senarai Semak Masa Jalan Pek Bateri Lithium

Sebelum meluluskan anggaran masa jalan, sahkan:

• Voltan nominal bateri

• Kapasiti dinilai bateri

• Kapasiti ditukar kepada Ah

• Tenaga bateri nominal dalam Wh

• Faktor tenaga boleh guna

• Kuasa purata peranti

• Kuasa puncak peranti

• Kecekapan penukar

• Mod pengendalian

• Profil beban purata

• Syarat pemotongan BMS

• Suhu operasi

• Keperluan penuaan bateri

• Kriteria penerimaan masa jalan

• Pelan ujian peranti sebenar

Soalan Lazim

Bagaimanakah cara saya mengira masa jalan pek bateri litium?

Darabkan voltan bateri nominal dengan kapasiti dalam amp-jam untuk mendapatkan watt-jam, laraskan untuk tenaga yang boleh digunakan dan kecekapan sistem, kemudian bahagikan dengan purata kuasa peranti.

Berapa lama bateri 7.4 V, 2000 mAh akan bertahan?

Pek mengandungi kira-kira 14.8 Wh tenaga nominal. Masa jalan bergantung pada kuasa peranti. Pada beban 5 W, masa jalan teori adalah kira-kira 3 jam sebelum kecekapan dan kehilangan kapasiti boleh guna dipertimbangkan.

Adakah masa jalan bateri dikira menggunakan mAh atau Wh?

mAh boleh digunakan apabila voltan bateri dan arus beban kekal secara relatif stabil. Wh biasanya lebih sesuai apabila peranti menggunakan penukar voltan atau apabila membandingkan bateri dengan aras voltan yang berbeza.

Mengapakah masa jalan sebenar lebih pendek daripada nilai yang dikira?

Pengiraan mungkin tidak mengambil kira sepenuhnya kehilangan penukaran, pemotongan BMS, suhu, arus puncak, penuaan bateri, beban berubah-ubah dan kapasiti boleh guna.

Adakah bateri berkapasiti lebih tinggi sentiasa memberikan masa jalan yang lebih lama?

Biasanya, bateri berkapasiti lebih tinggi boleh memberikan lebih masa jalan jika voltan dan keadaan operasi adalah setanding. Walau bagaimanapun, prestasi nyahcas sel, berat bateri, kecekapan penukar dan kuasa peranti juga mesti dipertimbangkan.

Bagaimanakah suhu mempengaruhi masa jalan bateri litium?

Suhu rendah boleh mengurangkan kapasiti yang ada dan meningkatkan rintangan dalaman. Suhu tinggi boleh menjejaskan prestasi dan mempercepatkan penuaan. Masa jalan hendaklah ditentukan pada suhu operasi yang ditetapkan.

Sekiranya kuasa puncak digunakan untuk mengira masa jalan?

Masa jalan biasanya menggunakan kuasa purata sepanjang kitaran operasi. Kuasa puncak masih mesti diperiksa secara berasingan untuk mengesahkan bahawa bateri, BMS, pendawaian dan penyambung boleh menyokong permintaan semasa tinggi sementara.

Bagaimanakah saya boleh mengesahkan pengiraan masa jalan?

Uji pek bateri sebenar dengan peranti sebenar di bawah mod operasi yang mewakili, suhu dan keadaan cutoff. Bandingkan hasil yang diukur dengan anggaran asal.

Kesimpulan

Formula masa jalan pek bateri litium asas ialah:

Masa jalan = Tenaga bateri boleh guna ÷ Purata kuasa peranti

Tenaga bateri boleh dianggarkan sebagai:

Tenaga nominal = Voltan × Kapasiti

Pengiraan praktikal juga harus mengambil kira:

• Kapasiti boleh guna;

• Kecekapan penukaran;

• Variasi beban;

• Arus puncak;

• Potongan BMS;

• Suhu;

• Penuaan bateri;

• Keadaan pengendalian peranti.

Contohnya, bateri 7.4 V, 2000 mAh mengandungi lebih kurang 14.8 Wj tenaga nominal. Masa operasi sebenar bergantung pada berapa banyak tenaga itu boleh sampai ke peranti dan berapa banyak kuasa yang digunakan peranti semasa kitaran operasi lengkapnya.

Jika anda sedang membangunkan produk yang memerlukan masa jalan bateri tertentu, kongsi profil kuasa peranti, masa operasi sasaran, voltan yang diperlukan, ruang yang tersedia dan jangkaan kuantiti pengeluaran dengan pasukan teknikal ZERNE. ZERNE boleh membantu menilai kapasiti yang diperlukan dan membangunkan penyelesaian pek bateri litium tersuai untuk aplikasi OEM anda.