如何计算电池运行时间？

设计工程师须知：如何计算您需要多少电池容量。

我知道，我感受到你的痛苦。营销部门给了你一个规格，它只说“最大化运行时间，最小化电池尺寸和成本。”但他们不会告诉你多长的运行时间是可以接受的，市场能忍受多少尺寸和重量，什么成本是可以接受的？

嘿，他们之所以没有更具体，是因为他们希望出现奇迹，并且不想过度指定，以免他们得不到奇迹。您所希望的奇迹是一个完整的规范，但让我们现实一点。

你的报复是等待 2 周，然后回来“好消息，我把它装在钢笔里，BOM 仅 5000 美元，通过削减功率预算（即消除除其中一个功能之外的所有功能），我们让它运行起来充电前超过 5.5 秒。”然后就坐下来期待营销部门更好的指导吧！

您已经知道我无法帮助您确定规格，但至少您可以使用以下设计估算工具为营销部门提供选择矩阵。

您需要多少电池容量来运行您的设备？这是您的估计方法。

步骤 0.关于电子电荷测量的小教程。毕竟，电池中存储的是电子（实际上是离子）。在 phreshman fisicks 中，我们都知道电荷的量度是库仑，单个电子的电荷为 1.602e-19 库仑。一安培在导线中流动一秒钟将使用一库仑电荷，即 6.24 x 10^18 电子。

Q = I * t

其中Q 是以库仑为单位的电荷，I是以安培为单位的电流，t是以秒为单位的时间。

60 秒内通过该电线（传导 1.0 安培）的电荷量为 60 库仑，一小时内您就会对 3600 库仑的电荷说“你好”和“再见”。

电池显然是由那些遵循“最简单的”测量系统的工程师开发的。他们厌倦了每次想知道 24000 库仑能持续多久时就拿出计算尺除以 3600，并想出了未经授权的安培小时单位。后来，当使用更小的电池时，他们提出了 毫安时。

不要被连字符混淆。安培小时表示安培乘以小时。除以安培数即可得到小时数，除以小时数即可得到安培数。所以它不是安培，也不是安培每小时，而是安培小时。顺便说一句，我什至使用了安培秒这个术语，因为当你说“库仑”时，每个人都会对你目光呆滞。

不要误会我的意思，我喜欢以安培小时为单位，这是一个方便的经验法则。安培小时是指电池中存储的电量。由于电池在放电过程中会改变电压，因此它并不是存储能量的完美衡量标准，为此您需要瓦时。将平均或标称电池电压乘以电池容量（以安培小时为单位）即可估算出电池包含多少瓦时。

E = C*Vavg


其中E是以瓦时为单位存储的能量，C是以安时为单位的容量，Vavg是放电期间的平均电压。是的，瓦时是能量的单位，就像千瓦时一样。乘以 3600 即可得到瓦特秒，也称为 焦耳。

只要我们处于前奏，我还可能会提到，由于电容器中的电荷为 Q=CV，因此电池也可以以法拉为单位进行额定。1.5 伏 AA 碱性电池可存储 2 安培小时的电量（即 7200 库仑），其等效电容为 4800 法拉。当然，电池会产生一个非常奇怪的电容器，因为电压不会与存储的电荷成比例地下降，它具有很高的等效电阻，等等。

另外，我应该提到的是，您并不总能从电池中获得您期望的所有安培小时。这在下面的第 3 部分中被解释为 Peukart 效应。这就是为什么我称其为经验法则而不是定理。当电池快速放电时，会出现最大的错误。某些电池（例如碳锌电池、碱性电池或铅酸电池）在快速放电时效率会降低。与 C/20 倍率相比，典型的密封铅酸电池以 C/1 倍率放电时只能提供其额定容量的一半。

以下方法假设您知道带电的设备需要多少安培。如果您知道瓦数，请转到下面的步骤 A。

步骤 1.信封背面

如果消耗的电流为x安培，时间为T小时，则容量C （安培小时）为

                        C = xT

例如，如果您的泵消耗 120 mA 的电流并且您希望它运行 24 小时

                        C = 0.12 安培 * 24 小时 = 2.88 安培小时

步骤2。循环寿命考虑因素

在每个充电周期中将电池一直运行到零是不好的。例如，如果您想多次使用铅酸电池，则不应将其电量耗尽至超过 80%，而应保留 20% 的电量。这不仅可以延长您获得的循环次数，而且可以让电池性能下降 20%，然后您的运行时间就会低于设计要求

            C'=C/0.8

对于上面的例子

            C' = 2.88 安时 / 0.8 = 3.6 安时

步骤 3：放电率考虑因素

如果快速放电，某些电池化学物质的安培小时数会少得多。这称为普卡特效应。这对于碱性电池、碳锌电池、锌空气电池和铅酸电池有很大影响。例如，如果铅酸电池以 1C 的电流放电，则只能获得以 0.05C 放电的一半容量。它对镍镉电池、锂离子电池、锂聚合物电池和镍氢电池影响很小。

对于铅酸电池，额定容量（即刻在电池侧面的 AH 数）通常是针对 20 小时放电率给出的。如果您以慢速放电，您将获得额定的安培小时数。然而，在高放电率下，容量急剧下降。经验法则是，对于 1 小时的放电率（即从 10 安培小时的电池汲取 10 安培电流，或 1C），您只能获得额定容量的一半（或从 10 安培小时的电池汲取 5 安培小时） 。可以使用详细说明不同放电率的影响的图表来获得更高的准确性。例如 /BB.htm中列出的数据表

例如，如果您的便携式吉他放大器稳定输出 20 安培的电流，并且您希望它持续 1 小时，您可以从步骤 1 开始：

            C=20 安培 * 1 小时 = 20 AH

然后继续步骤2

            C' = 20 安时 / 0.8 = 25 安时

然后考虑高利率

            C''=25 /.5 = 50 安时

因此，您需要一个 50 安培小时的密封铅酸电池才能使放大器在 20 安培的平均电流下运行 1 小时。

步骤 4.如果没有恒定负载怎么办？显而易见的事情就是要做的事情。计算出平均消耗功率。考虑一个重复周期，每个周期为 1 小时。它由持续 1 秒的 20 安培组成，然后在接下来的一小时内持续 0.1 安培。平均电流计算如下。

20*1/3600 + 0.1(3599)/3600 = 0.1044 安培平均电流。

（3600 是一小时的秒数）。

换句话说，计算出平均消耗多少安培，然后使用步骤 1 和 2。如果存在短时间的高电流，则步骤 3 很难预测。好消息是，稳定消耗 1C 会比短暂的 1C 脉冲和随后的休息期降低更多的容量。因此，如果平均电流消耗约为 20 小时率，那么您将更接近 20 小时率预测的容量，即使您以高电流脉冲消耗它。如果不亲自进行测试，很难获得实际测试数据。

 

如果您知道瓦特而不是安培，请按照以下步骤操作

步骤 A：将瓦特转换为安培

实际上，瓦特是功率的基本单位，瓦时是存储的能量。关键是使用已知的瓦特数来计算电池电压下的安培数。

例如，假设您想要通过逆变器运行 250 瓦 110VAC 灯泡 5 小时。
瓦时 = 瓦 * 小时 = 250 瓦 * 5 小时 = 1250 瓦时

考虑逆变器的效率，例如 85%

瓦时 = 瓦 * 小时 / 效率 = 1250 / 0.85 = 1470 瓦时

因为瓦 = 安培* 伏特数将瓦特小时除以电池电压，即可得到电池存储的安培小时安培

小时（12 伏时）= 瓦特小时 / 12 伏特 = 1470 / 12 = 122.5 安培小时。
如果您使用不同电压的电池，则安培小时数将通过除以您所使用的电池电压而改变。

现在返回上面的步骤 2-4 来优化您的计算。