Nasz kalkulator baterii pomaga dobrać akumulatory do instalacji fotowoltaicznych, zasilania awaryjnego UPS, pojazdów elektrycznych i elektroniki przenośnej. Oblicz, jak długo wytrzyma bateria, ile akumulatorów potrzebujesz, jakie są wymagania dotyczące ładowania oraz pojemność magazynu energii w Ah lub Wh.
Wybierz obliczanie czasu pracy, wymaganej pojemności lub czasu ładowania
Wprowadź pojemność (Ah), napięcie i typ baterii
Wprowadź pobór mocy lub prąd ładowarki
Zobacz obliczony czas pracy, energię lub czas ładowania
Pojemność akumulatora w Wh = Ah × napięcie. Czas pracy zależy od mocy obciążenia i pojemności użytkowej (DoD). Akumulatory kwasowo-ołowiowe zazwyczaj wykorzystują 50% DoD, litowe mogą wykorzystywać 80-90%.
Runtime (hours) = Battery Capacity (Wh) ÷ Load Power (W)
Baterie litowe można bezpiecznie rozładowywać do 80-90% DoD
Akumulatory kwasowo-ołowiowe dla zapewnienia żywotności powinny być rozładowywane maksymalnie do 50%
Wh = Ah × V (100Ah przy 12V = 1200Wh)
W przypadku systemów solarnych należy uwzględnić zapas na 2-3 dni autonomii
W obliczeniach uwzględnij sprawność falownika (85-95%)
Niskie temperatury obniżają efektywną pojemność baterii
Współczynnik C określa szybkość ładowania/rozładowania (1C = pełne naładowanie w 1 godzinę)
Pojemność akumulatora, mierzona w miliamperogodzinach (mAh) lub watogodzinach (Wh), określa, jak długo urządzenie może pracować przed koniecznością ponownego naładowania — jednak przeliczenie surowej pojemności na rzeczywisty czas pracy wymaga uwzględnienia wydajności konwersji napięcia, szybkości rozładowania, wpływu temperatury oraz zmiennego zapotrzebowania urządzenia na moc. Powerbank o pojemności 10 000 mAh nie dostarczy 10 000 mAh do telefonu, ponieważ konwersja napięcia z 3,7V akumulatora na 5V wyjścia USB powoduje utratę 20-30% energii w postaci ciepła i nieefektywności konwersji, dając około 6 500-7 000 mAh użytecznego ładunku. Nasz kalkulator akumulatorów oblicza czas pracy na podstawie pojemności i prądu obciążenia, określa wymagany rozmiar akumulatora dla docelowego czasu pracy, oblicza czas ładowania na podstawie specyfikacji ładowarki oraz obsługuje konfiguracje szeregowe i równoległe. Obsługuje popularne technologie akumulatorów (litowo-jonowe, litowo-polimerowe, NiMH, kwasowo-ołowiowe, alkaliczne) z ich charakterystycznymi krzywymi napięcia i uwzględnia rzeczywiste straty wydajności, które sprawiają, że obliczenia teoretyczne są optymistyczne o 15-35%.
Pojemność akumulatora mierzona jest w amperogodzinach (Ah) lub watogodzinach (Wh). Ah wskazuje, jak duży prąd akumulator może dostarczać przez jedną godzinę.
Wh = Ah × napięcie daje całkowitą ilość zmagazynowanej energii.
W przypadku systemów solarnych off-grid, dobierz akumulatory na 2-3 dni autonomii. Weź pod uwagę głębokość rozładowania (DoD), aby chronić żywotność akumulatora.
Akumulatory litowe oferują wyższe DoD niż kwasowo-ołowiowe.
Czas pracy akumulatora w godzinach jest równy energii użytkowej w watogodzinach podzielonej przez moc obciążenia w watach: Czas pracy = (Ah x V x DoD) / Moc obciążenia (W). Najpierw przelicz pojemność na energię za pomocą wzoru Wh = Ah x V, a następnie pomnóż przez ułamek głębokości rozładowania, aby uzyskać energię użytkową.
Na przykład, akumulator litowy 100 Ah 12 V magazynuje 100 x 12 = 1200 Wh; przy 80% DoD, 960 Wh jest użyteczne, więc obciążenie 200 W będzie działać przez 960 / 200 = 4,8 godziny.
Watogodzina to jednostka energii równa 3600 dżulom, zgodnie z definicją układu SI utrzymywaną przez NIST i BIPM. Rzeczywisty czas pracy jest krótszy po uwzględnieniu strat falownika i konwersji.
Amperogodziny (Ah) i miliamperogodziny (mAh) mierzą pojemność ładunku elektrycznego, podczas gdy watogodziny (Wh) mierzą energię. Jeden Ah równa się 1000 mAh i reprezentuje prąd jednego ampera utrzymywany przez jedną godzinę, co równa się 3600 kulombom ładunku.
Ponieważ sam ładunek ignoruje napięcie, Wh jest bardziej znaczącą jednostką energii: Wh = Ah x V. Amper jest jedną z siedmiu podstawowych jednostek SI zdefiniowanych przez BIPM, a dżul (1 Wh = 3600 J) jest spójną jednostką energii SI według NIST.
Dlatego powerbank 10 000 mAh przy 3,7 V mieści tylko 37 Wh, a uczciwe porównanie dwóch akumulatorów wymaga przeliczenia obu na watogodziny, zamiast polegać tylko na mAh.
Aby przeliczyć amperogodziny na watogodziny, pomnóż pojemność w Ah przez nominalne napięcie akumulatora: Wh = Ah x V. Akumulator 50 Ah przy 24 V magazynuje 50 x 24 = 1200 Wh.
Aby odwrócić konwersję, podziel energię przez napięcie: Ah = Wh / V. W przypadku mAh, najpierw podziel przez 1000, aby uzyskać Ah, więc ogniwo 5000 mAh przy 3,7 V mieści (5000 / 1000) x 3,7 = 18,5 Wh.
Khan Academy i HyperPhysics (Georgia State University) przedstawiają to jako zależność mocy elektrycznej P = VI zintegrowaną w czasie, dającą energię = napięcie x ładunek. Zawsze używaj napięcia nominalnego, a nie napięcia w pełni naładowanego, aby uzyskać realistyczne porównania między różnymi technologiami.
Aby dobrać rozmiar banku akumulatorów, podziel dzienne zapotrzebowanie na energię przez ułamek użyteczny i napięcie systemu, a następnie przeskaluj na dni autonomii: Wymagane Ah = (Dzienne Wh x dni) / (DoD x V x wydajność).
Załóżmy, że potrzebujesz 2000 Wh dziennie, chcesz 2 dni zapasu, używasz banku kwasowo-ołowiowego 12 V przy 50% DoD z wydajnością systemu 90%: (2000 x 2) / (0,5 x 12 x 0,9) = 4000 / 5,4 = około 741 Ah. Banki litowe przy 80% DoD wymagają znacznie mniejszej pojemności dla tego samego obciążenia.
Departament Energii USA zaleca dobieranie rozmiaru na podstawie lokalnych godzin nasłonecznienia i najgorszych okresów pochmurnych oraz zaokrąglanie w górę do standardowych wartości akumulatorów.
Czas ładowania w godzinach to w przybliżeniu pojemność akumulatora w amperogodzinach podzielona przez prąd ładowarki w amperach, skorygowana o wydajność: Czas ładowania = Ah / (A ładowarki x wydajność). Rozładowany akumulator 100 Ah z ładowarką 10 A i wydajnością ładowania 85% ładuje się około 100 / (10 x 0,85) = 11,8 godziny.
Technologie litowe powszechnie wykorzystują ładowanie stałym prądem, a następnie stałym napięciem (CC-CV), więc końcowe 10-20% ładuje się wolniej i trwa dłużej, niż sugeruje szacunek liniowy.
Normy akumulatorowe IEC i IEEE określają bezpieczne szybkości ładowania jako współczynnik C; ładowanie przy 0,5C (połowa pojemności w amperach) jest łagodniejsze i wydłuża żywotność cykliczną w porównaniu z agresywnym szybkim ładowaniem 1C.
Współczynnik C wyraża prąd ładowania lub rozładowania w stosunku do pojemności:
Prąd równa się współczynnikowi C x pojemność, więc 2C dla ogniwa 50 Ah to 100 A. Wyższe współczynniki C generują więcej ciepła wewnętrznego i spadki napięcia, zmniejszając efektywną pojemność i przyspieszając degradację, co jest zachowaniem opisanym przez efekt Peukerta dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
HyperPhysics i Battery University zauważają, że producenci określają pojemność przy określonej szybkości rozładowania (często 0,05C lub szybkość 20-godzinna), więc pobieranie prądu szybciej niż ta wartość dostarcza mniej użytecznej energii, niż sugeruje etykieta.
Łączenie akumulatorów szeregowo zwiększa ich napięcie, podczas gdy pojemność w Ah pozostaje bez zmian; łączenie równoległe zwiększa pojemność, a napięcie pozostaje niezmienione.
Cztery akumulatory 12 V 100 Ah połączone szeregowo dają 48 V 100 Ah (4800 Wh), podczas gdy te same cztery połączone równolegle dają 12 V 400 Ah (również 4800 Wh) - całkowita energia w obu przypadkach jest identyczna. Układy mieszane (szeregowo-równoległe) pozwalają ustalić zarówno docelowe napięcie, jak i pojemność.
Zasada ta jest analogiczna do zachowania rezystorów i ogniw w obwodach opisanych przez Khan Academy oraz HyperPhysics. W ramach jednego banku zawsze należy stosować akumulatory tego samego typu, wieku i o zbliżonym stanie naładowania, ponieważ niedopasowane ogniwa powodują nierównomierny przepływ prądu, przeładowanie i przedwczesną awarię.
Obliczenia akumulatorowe stanowią podstawę wielu systemów:
W przypadku UPS czas pracy = (pakiet Wh x DoD x sprawność falownika) / obciążenie W informuje, jak długo sprzęt przetrwa awarię zasilania. Zasięg samochodu elektrycznego to w przybliżeniu energia pakietu w kWh podzielona przez zużycie w kWh na milę, więc pakiet 60 kWh przy zużyciu 0.3 kWh/milę pozwoli przejechać około 200 mil.
Encyclopaedia Britannica zauważa, że wysoka gęstość energii (w przeliczeniu na masę i objętość) akumulatorów litowo-jonowych decyduje o ich dominacji w zastosowaniach przenośnych i motoryzacyjnych, gdzie waga i przestrzeń mają kluczowe znaczenie.
Najczęstszym błędem jest porównywanie akumulatorów wyłącznie na podstawie miliamperogodzin (mAh) przy jednoczesnym ignorowaniu napięcia - aby porównanie było rzetelne, zawsze należy przeliczyć wartości na watogodziny (Wh = Ah x V).
Inne błędy to:
Ludzie często pomijają także kwestię temperatury: zimno może wyraźnie obniżyć użyteczną pojemność, a ciepło skraca żywotność. Ponadto nie należy mylić ładunku (Ah, kulomby) z energią (Wh, dżule) - zgodnie z NIST są to różne wielkości fizyczne w układzie SI.
Uwzględnienie w każdym rzeczywistym projekcie marginesu bezpieczeństwa rzędu 20-30% pozwala zamortyzować te połączone straty występujące w warunkach rzeczywistych.
Data sourced from trusted institutions
All formulas verified against official standards.