Что такое калькулятор времени работы аккумулятора?
Этот калькулятор оценивает, как долго аккумулятор сможет питать устройство, исходя из трёх параметров: ёмкости батареи в миллиампер-часах (мА·ч), среднего тока потребления устройства, или нагрузки, в миллиамперах (мА), и коэффициента полезного действия, который учитывает реальные потери. Он пригодится для подбора аккумуляторов и батарейных сборок для IoT-датчиков, фонарей, дронов, пауэрбанков и самодельных электронных проектов.
Как пользоваться калькулятором
Введите ёмкость аккумулятора (она указана на большинстве элементов и сборок, например 2000 мА·ч), ток потребления устройства в мА и значение КПД в процентах. Можно поставить 100% для теоретического максимума, но реалистичнее брать 80–90% — из-за потерь при преобразовании напряжения, нагрева и того, что батареи редко выдают полную заявленную ёмкость. В результате вы увидите время работы в часах, а также удобную разбивку на часы и минуты.
Разбор формулы
Время работы рассчитывается так: $$\text{часы} = \frac{\text{ёмкость}_{ {\text{мА}\cdot\text{ч}}}}{\text{нагрузка}_{\text{мА}}} \times \text{КПД}$$ Поскольку ёмкость измеряется в миллиампер-часах, а нагрузка — в миллиамперах, при делении сразу получаются часы. Коэффициент КПД (вводится в процентах и переводится в долю) уменьшает идеальный результат до практической оценки.
Пример расчёта
Аккумулятор на 2000 мА·ч питает устройство с потреблением 100 мА при КПД 85%: $$\left(2000 \div 100\right) \times 0{,}85 = 20 \times 0{,}85 = \mathbf{17 \text{ часов}}$$ Это примерно 17 ч 0 мин, или 1020 минут работы в общей сложности.
Частые вопросы
Зачем учитывать КПД? Реальные аккумуляторы теряют энергию из-за внутреннего сопротивления, стабилизаторов напряжения и температуры, поэтому фактическое время работы обычно составляет 80–90% от теоретического.
А если у моего устройства ток указан в амперах, а не в миллиамперах? Умножьте амперы на 1000, чтобы перевести в мА, прежде чем вводить нагрузку (\(1\,\text{А} = 1000\,\text{мА}\)).
Учитывается ли разница в напряжении? Нет. Расчёты по мА·ч предполагают, что устройство и аккумулятор работают на совместимом напряжении. Для подбора при разном напряжении лучше переводить ёмкость в ватт-часы (Вт·ч).
Время работы в типичных сценариях
В таблице ниже показано расчётное время работы для трёх ёмкостей (1000, 2000 и 5000 мАч) при трёх нагрузках (10, 100 и 500 мА), всё при реалистичной эффективности 85%. Эффективность учитывает потери такие как преобразование напряжения, саморазряд и то, что реальная ёмкость ниже номинальной. Формула расчёта времени работы:
$$\text{Время работы (ч)} = \frac{\text{Ёмкость (мАч)}}{\text{Нагрузка (мА)}} \times \frac{85}{100}$$| Ёмкость (мАч) | Нагрузка (мА) | Время работы (часы) | Время работы (ч:мин) |
|---|---|---|---|
| 1000 | 10 | 85.0 | 85 ч 00 мин |
| 1000 | 100 | 8.5 | 8 ч 30 мин |
| 1000 | 500 | 1.7 | 1 ч 42 мин |
| 2000 | 10 | 170.0 | 170 ч 00 мин |
| 2000 | 100 | 17.0 | 17 ч 00 мин |
| 2000 | 500 | 3.4 | 3 ч 24 мин |
| 5000 | 10 | 425.0 | 425 ч 00 мин |
| 5000 | 100 | 42.5 | 42 ч 30 мин |
| 5000 | 500 | 8.5 | 8 ч 30 мин |
Заметьте, что время работы масштабируется прямо пропорционально ёмкости и обратно пропорционально нагрузке: удвоение ёмкости удваивает время работы, а увеличение нагрузки в десять раз снижает время работы в десять раз. Высокие нагрузки относительно ёмкости также могут снизить эффективность ниже 85% из-за более высокого падения напряжения.
Преобразование мАч, Вт⋅ч и тока
мАч измеряет заряд, а не энергию. Чтобы сравнить батареи при разных напряжениях, необходимо преобразовать в ватт-часы (Вт⋅ч). Основные соотношения:
$$1\ \text{А} = 1000\ \text{мА} \qquad \text{Вт⋅ч} = \frac{\text{мАч} \times \text{Напряжение}}{1000} \qquad \text{мАч} = \frac{\text{Вт⋅ч} \times 1000}{\text{Напряжение}}$$Амперы в миллиамперы
| Амперы (А) | Миллиамперы (мА) |
|---|---|
| 0.01 | 10 |
| 0.1 | 100 |
| 0.5 | 500 |
| 1 | 1000 |
| 2 | 2000 |
мАч в Вт⋅ч при типичных напряжениях
| Ёмкость (мАч) | Напряжение | Энергия (Вт⋅ч) |
|---|---|---|
| 2000 | 3.7 В | 7.4 |
| 2000 | 5 В | 10.0 |
| 2000 | 12 В | 24.0 |
| 3000 | 3.7 В | 11.1 |
| 5000 | 3.7 В | 18.5 |
| 10000 | 3.7 В | 37.0 |
Примеры преобразования ёмкости
Типичный элемент 18650 с номинальной ёмкостью 3000 мАч и 3.7 В содержит примерно 11.1 Вт⋅ч энергии. Та же 11.1 Вт⋅ч при 5 В (выход USB) соответствует 2220 мАч, что объясняет, почему внешний аккумулятор ёмкостью 10000 мАч выдаёт заметно меньше 10000 мАч на своём порту USB 5 В с учётом повышения напряжения и потерь при преобразовании.
