Cum funcționează calculatorul de autonomie a bateriei
„Cât îmi ține bateria?” pare o simplă împărțire (capacitatea la consum), dar răspunsul naiv iese adesea cu 30–50% prea optimist. Calculatorul ține cont de toți factorii care scurtează autonomia reală:
- Adâncimea de descărcare (DoD). Bateriile litiu-fier-fosfat (LFP) își pot folosi 80–100% din capacitate; cele plumb-acid ar trebui oprite pe la 50%, altfel îmbătrânesc rapid.
- Pierderile din invertor. Când alimentezi aparate de curent alternativ din baterie, pierzi 7–15% la conversie, plus consumul propriu al invertorului în fiecare oră în care e pornit.
- Legea lui Peukert. Bateriile plumb-acid livrează mai puțină sarcină la curenți mari. Calculatorul aplică ecuația lui Peukert raportat la timpul nominal de descărcare al bateriei (20 de ore pentru majoritatea bateriilor plumb-acid).
- Temperatura și vârsta. Capacitatea scade la frig (aproximativ 1% pentru fiecare °C sub 25 °C la plumb-acid) și pe măsură ce bateria îmbătrânește; sfârșitul vieții se definește de obicei la 70–80% din capacitatea inițială.
Alege aparatele pe care vrei să le ții pornite în timpul unei pene de curent sau introdu direct consumul total, iar calculatorul îți dă autonomia, curentul și rata C, o curbă de autonomie pentru alte consumuri și capacitatea de baterie de care ai avea nevoie pentru durata dorită.
Formulele
Aici H este timpul nominal de descărcare (20 h), C capacitatea efectivă în Ah, iar k exponentul Peukert (1,1–1,3 la plumb-acid, circa 1,03 la LFP).
Exemplu de calcul: două baterii LFP de 200 Ah la o pană de curent
Valorile implicite descriu două baterii LiFePO₄ de 12,8 V și 200 Ah legate în paralel (5,12 kWh nominal, 4,61 kWh utilizabili la 90% DoD) care alimentează un frigider (60 W în medie), un router (15 W), iluminat LED (45 W) și un televizor de 50 de inch (90 W): 210 W în total. Printr-un invertor cu randament de 90% și consum în gol de 20 W, bateria livrează 253 W, o descărcare blândă de 0,05C. Autonomia este de circa 18 ore și 11 minute, mult peste ținta de 12 ore.
Pune în loc două baterii AGM de 12 V și 200 Ah și situația se schimbă: energia utilizabilă scade la jumătate, 2,4 kWh la 50% DoD, iar autonomia coboară la circa 9 ore și 24 de minute. La un consum de 1.000 W, bancul AGM ține doar 1 oră și 41 de minute, cu 21% mai puțin decât ar rezulta din simpla împărțire, pentru că legea lui Peukert penalizează curentul de descărcare de 94 A.
Cum citești rezultatele
- Autonomia este timpul până atingi limita de DoD, nu până la descărcarea completă a bateriei.
- Consumul din baterie arată cât adaugă invertorul. Dacă consumul lui în gol reprezintă o parte mare dintr-un consum mic, aparatele DC sau un invertor mai mic prelungesc vizibil autonomia.
- Rata C peste limita confortabilă a chimiei (circa 0,2–0,3C la plumb-acid, 1C la LFP) declanșează un avertisment.
- Capacitatea pentru țintă dimensionează bancul de baterii de care ai avea nevoie, cu efectele Peukert și de temperatură incluse. Rafinează configurația cu calculatorul de dimensionare a bancului de baterii.
Autonomii tipice (12 V 100 Ah = 1,2 kWh nominal, prin invertor)
| Consumator | LFP (90% DoD) | AGM (50% DoD) |
|---|---|---|
| Router + modem (15 W) | ≈ 30 h | ≈ 17 h |
| CPAP fără umidificator (40 W, DC) | ≈ 29 h | ≈ 16 h |
| Frigider, consum mediu (60 W) | ≈ 13 h | ≈ 6,5 h |
| Consumatori de bază 200 W | ≈ 4,7 h | ≈ 2 h |
| Cuptor cu microunde 1.000 W | ≈ 1 h | ≈ 20 min |
Valorile includ un invertor de 90% și 20 W consum în gol (mai puțin la CPAP-ul alimentat în DC); cifrele reale variază cu vârsta bateriei și cu temperatura.
Cum prelungești autonomia
- Află consumul mediu real. Eticheta unui frigider sau congelator arată puterea maximă; media pe o zi este de obicei între o treime și jumătate din ea. Măsoară cu un wattmetru de priză sau folosește calculatorul de consum al aparatelor electrocasnice.
- Oprește invertorul când nu ai nevoie de curent alternativ sau alimentează routerul, luminile și CPAP-ul direct la 12 V.
- Ține bateriile la cald. O baterie dintr-un garaj neîncălzit, la 0 °C, poate pierde 10–25% din capacitate.
- Nu supradimensiona invertorul. Un invertor de 3 kW care consumă 40 W în gol poate trage mai mult decât routerul pe care vrei să-l ții online.
- Reîncarcă de la soare. Vara, chiar și câteva sute de wați de panouri pot prelungi la nesfârșit autonomia în timpul unei pene; vezi calculatorul pentru sistem fotovoltaic off-grid.
Limitări
Bateriile reale au o cădere de tensiune aproape de descărcare, care poate declanșa protecția la subtensiune a invertorului înainte să ajungi la DoD-ul nominal. Legea lui Peukert este o aproximare empirică, valabilă pentru curenți moderați; la curenți foarte mici supraestimează capacitatea, așa că programul limitează câștigul la 15% pentru plumb-acid. Limitele impuse de BMS (sistemul de management al bateriei), dezechilibrul dintre celule și schimbările de temperatură ambiantă din timpul descărcării nu sunt modelate. Acumulatorii a căror capacitate e dată în mAh la 3,6–3,7 V (power bank-urile) trebuie convertiți mai întâi în Wh.
Metodă și ipoteze
Energie utilizabilă = capacitate nominală (Ah × V × număr de baterii, sau kWh) × adâncimea de descărcare × starea de sănătate × factorul de temperatură (plumb-acid ≈ −1%/°C sub 25 °C, litiu ≈ −0,4%/°C). Consum din baterie = sarcină ÷ randamentul invertorului + consumul invertorului în gol (pentru consumatorii de curent alternativ).
Autonomie (legea lui Peukert): t = H × [C ÷ (I × H)]^k × DoD, unde C este capacitatea efectivă în Ah, I = consum ÷ tensiunea bateriei, H numărul nominal de ore de descărcare (20 h la plumb-acid), iar k exponentul Peukert. La litiu, k este aproape 1 și autonomia ≈ Wh utilizabili ÷ consum în W.
Întrebări frecvente
Cât ține o baterie de 100 Ah?
Cum calculez autonomia unei baterii?
Cât poate alimenta o casă o baterie de 10 kWh?
Ce este efectul Peukert?
De ce îmi ține bateria mai puțin decât arată calculul?
Ce baterie îmi trebuie pentru 24 de ore de autonomie?
Surse și referințe
- Peukert, W. (1897). Über die Abhängigkeit der Kapazität von der Entladestromstärke bei Bleiakkumulatoren. Elektrotechnische Zeitschrift 20
- Battery University: BU-503: How to calculate battery runtime; BU-502: Discharging at high and low temperatures
- IEEE Std 1188 / IEEE 485: Sizing and maintenance of lead-acid batteries for stationary applications
Integrează acest calculator
Gratuit pentru bloguri, instalatori, școli și ONG-uri. Copiază codul de mai jos; se actualizează singur.