Kalkulator Baterai

Kapasitas baterai diukur dalam Ampere-jam (Ah) atau Watt-jam (Wh). Ah menunjukkan berapa banyak arus yang dapat disediakan oleh baterai selama satu jam.

Wh = Ah × Tegangan menghasilkan total penyimpanan energi.

Untuk surya off-grid, tentukan ukuran baterai untuk otonomi 2-3 hari. Pertimbangkan kedalaman pengosongan (DoD) untuk melindungi masa pakai baterai.

Baterai litium menawarkan DoD yang lebih tinggi daripada timbal-asam.

Waktu pakai baterai dalam jam sama dengan energi yang dapat digunakan dalam watt-jam dibagi dengan daya beban dalam watt: Waktu Pakai = (Ah x V x DoD) / Daya Beban (W). Pertama, ubah kapasitas menjadi energi dengan Wh = Ah x V, lalu kalikan dengan pecahan kedalaman pengosongan untuk mendapatkan energi yang dapat digunakan.

Sebagai contoh, baterai litium 100 Ah 12 V menyimpan 100 x 12 = 1200 Wh; pada DoD 80%, 960 Wh dapat digunakan, sehingga beban 200 W menyala selama 960 / 200 = 4,8 jam.

Watt-jam adalah satuan energi yang sama dengan 3600 joule, seperti yang didefinisikan oleh kerangka kerja SI yang dikelola oleh NIST dan BIPM. Waktu pakai aktual lebih singkat setelah kerugian inverter dan konversi dimasukkan.

Ampere-jam (Ah) dan miliampere-jam (mAh) mengukur kapasitas muatan listrik, sedangkan watt-jam (Wh) mengukur energi. Satu Ah sama dengan 1000 mAh dan mewakili arus satu ampere yang dipertahankan selama satu jam, setara dengan 3600 coulomb muatan.

Karena muatan saja mengabaikan tegangan, Wh adalah satuan energi yang lebih bermakna: Wh = Ah x V. Ampere adalah salah satu dari tujuh satuan dasar SI yang didefinisikan oleh BIPM, dan joule (1 Wh = 3600 J) adalah satuan energi SI yang koheren menurut NIST.

Inilah sebabnya mengapa power bank 10.000 mAh pada 3,7 V hanya menyimpan 37 Wh, dan membandingkan dua baterai secara adil memerlukan konversi keduanya ke watt-jam daripada mengandalkan mAh saja.

Untuk mengubah ampere-jam menjadi watt-jam, kalikan kapasitas dalam Ah dengan tegangan nominal baterai: Wh = Ah x V. Baterai 50 Ah pada 24 V menyimpan 50 x 24 = 1200 Wh.

Untuk membalikkan konversi, bagi energi dengan tegangan: Ah = Wh / V. Untuk mAh, pertama bagi dengan 1000 untuk mendapatkan Ah, sehingga sel 5000 mAh pada 3,7 V menyimpan (5000 / 1000) x 3,7 = 18,5 Wh.

Khan Academy dan HyperPhysics (Georgia State University) keduanya merumuskan ini sebagai hubungan daya listrik P = VI yang diintegrasikan dari waktu ke waktu, menghasilkan energi = tegangan x muatan. Selalu gunakan tegangan nominal, bukan tegangan terisi penuh, untuk perbandingan yang realistis di berbagai jenis kimia.

Untuk menentukan ukuran bank baterai, bagi permintaan energi harian dengan pecahan yang dapat digunakan dan tegangan sistem, lalu sesuaikan untuk hari otonomi: Ah yang Dibutuhkan = (Wh Harian x Hari) / (DoD x V x Efisiensi).

Misalkan Anda memerlukan 2000 Wh per hari, ingin cadangan 2 hari, menggunakan bank timbal-asam 12 V pada DoD 50% dengan efisiensi sistem 90%: (2000 x 2) / (0,5 x 12 x 0,9) = 4000 / 5,4 = sekitar 741 Ah. Bank litium pada DoD 80% memerlukan kapasitas yang jauh lebih kecil untuk beban yang sama.

Departemen Energi AS merekomendasikan penentuan ukuran untuk jam matahari lokal dan periode mendung terburuk, serta membulatkannya ke kenaikan baterai standar.

Waktu pengisian dalam jam kira-kira adalah kapasitas baterai dalam ampere-jam dibagi dengan arus pengisi daya dalam ampere, disesuaikan dengan efisiensi: Waktu Pengisian = Ah / (Arus Pengisi Daya A x Efisiensi). Baterai 100 Ah yang kosong dengan pengisi daya 10 A dan efisiensi pengisian 85% membutuhkan waktu sekitar 100 / (10 x 0,85) = 11,8 jam.

Jenis kimia litium umumnya menggunakan pengisian arus konstan lalu tegangan konstan (CC-CV), sehingga 10-20% terakhir melambat dan membutuhkan waktu lebih lama daripada perkiraan linier.

Standar baterai IEC and IEEE menentukan tingkat pengisian yang aman sebagai C-rate; mengisi daya pada 0,5C (setengah kapasitas dalam ampere) lebih lembut dan memperpanjang masa pakai siklus dibandingkan dengan pengisian cepat 1C yang agresif.

C-rate menyatakan arus pengisian atau pengosongan relatif terhadap kapasitas:

• tingkat 1C mengisi atau mengosongkan baterai sepenuhnya dalam satu jam
• 0,5C membutuhkan dua jam
• 2C membutuhkan 30 menit

Arus sama dengan C-rate x kapasitas, sehingga 2C pada sel 50 Ah adalah 100 A. C-rate yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak panasinternal dan penurunan tegangan, mengurangi kapasitas efektif dan mempercepat degradasi, perilaku yang dijelaskan oleh efek Peukert untuk baterai timbal-asam.

HyperPhysics dan Battery University mencatat bahwa produsen menilai kapasitas pada tingkat pengosongan tertentu (sering kali 0,05C atau tingkat 20 jam), sehingga menarik arus lebih cepat daripada peringkat tersebut memberikan energi yang dapat digunakan lebih sedikit daripada yang tersirat pada label.

Menyusun baterai secara seri akan menjumlahkan voltasenya sementara kapasitas dalam Ah tetap sama; menyusun secara paralel akan menjumlahkan kapasitasnya sementara voltase tetap sama.

Empat buah baterai 12 V 100 Ah yang disusun secara seri menghasilkan 48 V 100 Ah (4800 Wh), sedangkan keempat baterai yang sama jika disusun secara paralel menghasilkan 12 V 400 Ah (tetap 4800 Wh) - total energi yang dihasilkan sama saja. Kombinasi seri-paralel mengatur voltase dan kapasitas target.

Hal ini mengikuti aturan yang sama seperti resistor dan sel dalam rangkaian yang dijelaskan oleh Khan Academy dan HyperPhysics. Selalu gunakan jenis, usia, dan status pengisian daya baterai yang sama dalam satu perangkat, karena sel yang tidak cocok akan menyebabkan pembagian arus yang tidak merata, pengisian daya berlebih, dan kegagalan dini.

Perhitungan baterai mendasari banyak sistem:

• menentukan ukuran unit UPS untuk cadangan server
• merancang bank surya off-grid dan RV
• memperkirakan jarak tempuh kendaraan listrik dari energi paket
• memilih power bank untuk bepergian
• menentukan spesifikasi daya cadangan medis atau kelautan

Untuk UPS, waktu pakai = (Ah paket x DoD x efisiensi inverter) / beban W memberi tahu Anda berapa lama peralatan bertahan saat pemadaman. Jarak tempuh kendaraan listrik secara kasar sama dengan energi paket dalam kWh dibagi konsumsi dalam kWh per mil, jadi paket 60 kWh pada 0,3 kWh/mi mencakup sekitar 200 mil.

Encyclopaedia Britannica mencatat bahwa kepadatan energi ion litium yang tinggi (per satuan massa dan volume) adalah alasan mengapa bahan ini mendominasi aplikasi portabel dan otomotif yang mengutamakan berat dan ruang.

Kesalahan yang paling umum adalah membandingkan baterai hanya berdasarkan mAh saja tanpa memerhatikan voltase - selalu konversikan ke watt-jam (Wh = Ah x V) untuk perbandingan yang adil.

Kesalahan lainnya meliputi:

• lupa kedalaman pengosongan daya (menggunakan kapasitas penuh alih-alih kapasitas yang dapat digunakan)
• mengabaikan kerugian inverter dan konversi sebesar 10-30%
• menganggap kapasitas terukur tetap bertahan pada tingkat pengosongan tinggi saat efek Peukert menguranginya

Orang-orang juga sering mengabaikan suhu: cuaca dingin dapat memangkas kapasitas yang dapat digunakan secara signifikan, dan panas akan memperpendek masa pakai. Terakhir, jangan samakan muatan (Ah, coulomb) dengan energi (Wh, joule) - keduanya adalah besaran SI yang berbeda menurut NIST.

Membangun margin keselamatan 20-30% ke dalam desain nyata apa pun akan meredam gabungan kerugian di dunia nyata ini.