Что такое калькулятор ёмкости аккумулятора?
Этот инструмент рассчитывает ёмкость аккумулятора в миллиампер-часах (мА·ч), необходимую для питания устройства в течение нужного времени. Учитывая коэффициент КПД (или полезной ёмкости), он даёт более реалистичную оценку, чем простое умножение, и помогает не выбрать слишком слабый аккумулятор, который сядет раньше срока.
Как пользоваться
Укажите средний ток, который потребляет устройство, в миллиамперах (мА), желаемое время работы в часах и коэффициент КПД от 0 до 1. КПД учитывает потери на преобразователях, саморазряд, влияние температуры, а также то, что аккумулятор почти никогда не разряжают до 0%. Обычно используют значения 0,8–0,9 — это даёт разумный запас. Калькулятор выдаёт требуемую ёмкость в мА·ч и А·ч.
Разбор формулы
В основе лежит зависимость Ёмкость = (Ток нагрузки × Время работы) ÷ КПД.
$${\text{Ёмкость (мА}\cdot\text{ч)}} = \frac{\text{Ток нагрузки (мА)} \times \text{Время работы (ч)}}{\text{КПД}}$$
Произведение тока нагрузки на время работы даёт «сырой» заряд в мА·ч; деление на КПД увеличивает это значение так, чтобы полезной части аккумулятора хватило на нужное время работы. Чтобы перевести мА·ч в А·ч, результат делят на 1000.
Пример расчёта
Допустим, устройство потребляет 500 мА и должно работать 10 часов при КПД 0,85. «Сырой» заряд = \(500 \times 10 = 5\,000\) мА·ч. Делим на 0,85:
$$\frac{5\,000}{0{,}85} \approx 5\,882{,}35 {\text{ мА}\cdot\text{ч}}$$
то есть около 5,88 А·ч. Значит, стоит выбрать аккумулятор ёмкостью примерно 6 000 мА·ч или выше.
Частые вопросы
Какой КПД задавать? Для простых схем с прямым питанием от аккумулятора подойдёт 0,9–0,95; для схем со стабилизаторами напряжения или работающих на холоде безопаснее брать 0,7–0,85.
Учитывается ли напряжение? Нет — мА·ч описывает заряд при одном номинальном напряжении. Если вы меняете напряжение аккумулятора, дополнительно сравнивайте ватт-часы (\({\text{Вт}\cdot\text{ч}} = {\text{А}\cdot\text{ч}} \times \text{В}\)).
Почему делим, а не умножаем на КПД? Чтобы покрыть потери, нужен дополнительный запас заряда, поэтому требуемая ёмкость получается больше «сырого» значения — отсюда и деление.
Выбор и подбор ёмкости аккумулятора
После того как калькулятор выдаст вам целевую ёмкость, преобразуйте это число в конкретный выбор батареи, следуя этим шагам:
- Округлите вверх до следующего стандартного размера пака. Элементы и паки выпускаются с фиксированной ёмкостью (например одиночные элементы 18650 ёмкостью около 2000–3500 мАч, или мягкие LiPo паки ёмкостью 500, 1000, 2000 мАч и т. д.). Всегда выбирайте следующий размер выше вашего рассчитанного требования, а не ближайший размер ниже.
- Добавьте 20–30% запаса прочности. Полезная ёмкость снижается в течение срока службы батареи и резко падает при низких температурах, и вы редко захотите разрядить элемент до 0%. Умножение рассчитанной ёмкости примерно на 1,2–1,3 даёт практический запас безопасности. Для приведённого выше примера 1129 мАч это означает нацеливание примерно на 1350–1470 мАч.
- Проверьте рейтинг разрядного C-rate в сравнении с вашим пиковым током. Средний ток задаёт ёмкость, но батарея также должна обеспечивать кратковременные пики (передачи радио, запуск двигателя). Элемент с номиналом 1C при 1000 мАч обеспечивает примерно 1 А непрерывно; если ваши пики превышают это значение, выберите более высокий C-rate или больший пак, чтобы напряжение не упало и не вызвало сброс из-за проседания напряжения.
- Сравнивайте энергию в ватт-часах, когда напряжения отличаются. Миллиампер-часы справедливо сравнивают только при одинаковом напряжении. Для сравнения элемента 3,7 В с паком 7,4 В переведите в ватт-часы: элемент 2000 мАч, 3,7 В накапливает 7,4 Вт⋅ч. Ватт-часы позволяют вам сравнивать размер, массу и стоимость различных химий и напряжений на равных условиях.
- Учитывайте химию и предел отключения. Литий-ионные/LiPo, NiMH и щелочные батареи имеют разные номинальные напряжения и допустимую глубину разрядки. Встройте предел глубины разрядки в ваш коэффициент эффективности вместо предположения, что вы сможете использовать 100% заявленной ёмкости.
Если ваша нагрузка задана в ваттах, а не в миллиампер-часах, подбирайте пак исходя из энергии, а затем переведите. Это общее инженерное руководство для целей оценки, а не сертификация безопасности — следуйте рейтингам производителя в таблице параметров и используйте соответствующую защитную схему и зарядное устройство для химии вашей батареи.
