Kalkulator Bateri

Kapasiti bateri diukur dalam Amp-jam (Ah) atau Watt-jam (Wh). Ah menunjukkan jumlah arus yang boleh dibekalkan oleh bateri selama satu jam.

Wh = Ah × Voltan memberikan jumlah simpanan tenaga.

Bagi solar luar grid, tetapkan saiz bateri untuk 2-3 hari autonomi. Pertimbangkan kedalaman pelepasan (DoD) untuk melindungi jangka hayat bateri.

Bateri litium menawarkan DoD yang lebih tinggi berbanding plumbum-asid.

Kiraan jam masa operasi bateri bersamaan dengan tenaga boleh guna dalam watt-jam dibahagikan dengan kuasa beban dalam watt: Masa Operasi = (Ah x V x DoD) / Kuasa Beban (W). Mula-mula tukar kapasiti kepada tenaga dengan Wh = Ah x V, kemudian darabkan dengan pecahan kedalaman pelepasan untuk mendapatkan tenaga boleh guna.

Sebagai contoh, bateri litium 100 Ah 12 V menyimpan 100 x 12 = 1200 Wh; pada 80% DoD, 960 Wh boleh digunakan, jadi beban 200 W boleh berjalan selama 960 / 200 = 4.8 jam.

Watt-jam ialah unit tenaga yang sama dengan 3600 joule, seperti yang ditentukan oleh rangka kerja SI yang diselenggara oleh NIST dan BIPM. Masa operasi sebenar adalah lebih singkat apabila kerugian penyongsang dan penukaran diambil kira.

Amp-jam (Ah) dan miliamp-jam (mAh) mengukur kapasiti cas elektrik, manakala watt-jam (Wh) mengukur tenaga. Satu Ah sama dengan 1000 mAh dan mewakili arus sebanyak satu ampere yang dikekalkan selama satu jam, bersamaan dengan 3600 coulomb cas.

Oleh kerana cas sahaja mengabaikan voltan, Wh ialah unit tenaga yang lebih bermakna: Wh = Ah x V. Ampere ialah salah satu daripada tujuh unit asas SI yang ditentukan oleh BIPM, dan joule (1 Wh = 3600 J) ialah unit tenaga SI yang koheren mengikut NIST.

Inilah sebabnya mengapa power bank 10,000 mAh pada 3.7 V hanya menyimpan 37 Wh, dan membandingkan dua bateri secara adil memerlukan penukaran kedua-duanya kepada watt-jam daripada mempercayai mAh semata-mata.

Untuk menukar amp-jam kepada watt-jam, darabkan kapasiti dalam Ah dengan voltan nominal bateri: Wh = Ah x V. Bateri 50 Ah pada 24 V menyimpan 50 x 24 = 1200 Wh.

Untuk melakukan sebaliknya, bahagikan tenaga dengan voltan: Ah = Wh / V. Bagi mAh, bahagikan dahulu dengan 1000 untuk mendapatkan Ah, jadi sel 5000 mAh pada 3.7 V menyimpan (5000 / 1000) x 3.7 = 18.5 Wh.

Khan Academy dan HyperPhysics (Georgia State University) merangka perkara ini sebagai hubungan kuasa elektrik P = VI yang disepadukan dari semasa ke semasa, menghasilkan tenaga = voltan x cas. Sentiasa gunakan voltan nominal, bukan voltan cas penuh, untuk perbandingan realistik merentas pelbagai jenis kimia.

Untuk menentukan saiz bank bateri, bahagikan permintaan tenaga harian dengan pecahan boleh guna dan voltan sistem, kemudian laras mengikut hari autonomi: Ah Diperlukan = (Wh Harian x Hari) / (DoD x V x Kecekapan).

Katakan anda memerlukan 2000 Wh sehari, mahukan 2 hari sandaran, menggunakan bank plumbum-asid 12 V pada 50% DoD dengan kecekapan sistem 90%: (2000 x 2) / (0.5 x 12 x 0.9) = 4000 / 5.4 = kira-kira 741 Ah. Bank litium pada 80% DoD memerlukan kapasiti yang jauh lebih kecil untuk beban yang sama.

Jabatan Tenaga Amerika Syarikat mengesyorkan penetapan saiz untuk jam cahaya matahari tempatan dan tempoh mendung terburuk, serta membundarkannya ke penambahan bateri standard.

Masa pengecasan dalam jam adalah lebih kurang kapasiti bateri dalam amp-jam dibahagikan dengan arus pengecas dalam amp, diselaraskan untuk kecekapan: Masa Pengecasan = Ah / (A Pengecas x Kecekapan). Bateri 100 Ah yang kosong dengan pengecas 10 A dan kecekapan pengecasan 85% mengambil masa lebih kurang 100 / (10 x 0.85) = 11.8 jam.

Jenis kimia litium lazimnya menggunakan pengecasan arus malar kemudian voltan malar (CC-CV), jadi 10-20% terakhir menjadi perlahan dan mengambil masa lebih lama daripada cadangan anggaran linear.

Piawaian bateri IEC dan IEEE menentukan kadar cas yang selamat sebagai kadar-C; mengecas pada 0.5C (separuh kapasiti dalam amp) adalah lebih perlahan dan memanjangkan hayat kitaran berbanding pengecasan pantas 1C yang agresif.

Kadar-C menyatakan arus cas atau nyahcas berbanding kapasiti:

• kadar 1C mengecas atau menyahcas bateri sepenuhnya dalam masa satu jam
• 0.5C mengambil masa dua jam
• 2C mengambil masa 30 minit

Arus adalah sama dengan kadar-C x kapasiti, jadi 2C pada sel 50 Ah ialah 100 A. Kadar-C yang lebih tinggi menjana lebih banyak haba dalaman dan susutan voltan, mengurangkan kapasiti berkesan serta mempercepatkan degradasi, satu tingkah laku yang diterangkan oleh kesan Peukert untuk bateri plumbum-asid.

HyperPhysics dan Battery University menyatakan bahawa pengeluar menilai kapasiti pada kadar nyahcas tertentu (sering kali 0.05C atau kadar 20 jam), jadi menarik arus lebih cepat daripada penarafan tersebut memberikan tenaga boleh guna yang kurang daripada yang tersirat pada label.

Pendawaian bateri secara siri akan menambahkan voltan manakala kapasiti dalam Ah kekal sama; pendawaian secara selari pula menambahkan kapasiti manakala voltan kekal sama.

Empat unit bateri 12 V 100 Ah yang dipasang secara siri menghasilkan 48 V 100 Ah (4800 Wh), manakala empat unit yang sama dipasang secara selari menghasilkan 12 V 400 Ah (turut 4800 Wh) - jumlah tenaga adalah sama dalam kedua-dua cara. Gabungan siri-selari menetapkan kedua-dua sasaran voltan dan kapasiti.

Ini mengikut peraturan yang sama seperti perintang dan sel dalam litar seperti yang dihuraikan oleh Khan Academy dan HyperPhysics. Sentiasa padankan jenis, usia, dan tahap cas bateri dalam satu susunan, kerana sel yang tidak sepadan akan menyebabkan pengagihan arus yang tidak sekata, pengecasan berlebihan, dan kerosakan pramatang.

Pengiraan bateri menjadi asas kepada pelbagai sistem:

• mengukur saiz unit UPS untuk sandaran pelayan
• merangka susunan solar luar grid dan kenderaan RV
• menganggarkan jarak pemanduan kenderaan elektrik berdasarkan tenaga pek
• memilih bank kuasa untuk perjalanan
• menentukan kuasa sandaran perubatan atau marin

Bagi UPS, masa operasi = (pek Wh x DoD x kecekapan penyongsang) / beban W memberitahu anda tempoh peralatan boleh bertahan semasa gangguan bekalan. Jarak EV secara kasar bersamaan dengan tenaga pek dalam kWh dibahagikan dengan penggunaan dalam kWh per batu, jadi pek 60 kWh pada 0.3 kWh/mi meliputi sekitar 200 batu.

Encyclopaedia Britannica menyatakan bahawa ketumpatan tenaga tinggi ion litium (mengikut jisim dan isi padu) adalah sebab ia menguasai aplikasi mudah alih dan automotif yang memerlukan penjimatan berat dan ruang.

Kesilapan paling kerap dilakukan ialah membandingkan bateri hanya berdasarkan mAh sambil mengabaikan voltan - sentiasa tukarkan kepada jam-watt (Wh = Ah x V) untuk perbandingan yang adil.

Antara kesilapan lain termasuklah:

• lupa mengambil kira kedalaman pelepasan (menggunakan kapasiti penuh dan bukannya kapasiti boleh guna)
• mengabaikan kehilangan kuasa pada penyongsang dan penukaran sebanyak 10-30%
• menganggap kapasiti dinyatakan kekal pada kadar pelepasan tinggi sedangkan kesan Peukert mengurangkannya

Pengguna juga sering terlepas pandang faktor suhu: cuaca sejuk boleh mengurangkan kapasiti boleh guna dengan ketara, manakala haba memendekkan jangka hayat. Akhir sekali, jangan keliru antara cas (Ah, coulomb) dengan tenaga (Wh, joule) - ini adalah kuantiti SI yang berbeza menurut NIST.

Membina margin keselamatan sebanyak 20-30% ke dalam mana-mana reka bentuk sebenar dapat menampung gabungan kerugian dunia sebenar ini.