Batteriekapazitätsrechner – mAh, Wh und Laufzeit

Batteriekapazität kann elektrische Ladung oder gespeicherte Energie bezeichnen. Amperestunden messen Ladung: Eine Batterie mit 10 Ah kann idealerweise ein Ampere zehn Stunden lang, zwei Ampere fünf Stunden lang oder eine gleichwertige Strom-Zeit-Kombination liefern. Milliamperestunden beschreiben dieselbe Größe in kleinerem Maßstab; 1 Ah entspricht 1,000 mAh. Bei Telefonen und kleiner Elektronik sind mAh üblich, größere Blei- und Lithiumbatterien werden oft in Ah angegeben. Wattstunden berücksichtigen die Spannung und beschreiben Energie daher unmittelbarer. Multiplizieren Sie Amperestunden mit der Nennspannung der Batterie, um Wattstunden zu erhalten. Eine Batterie mit 12 Volt und 10 Amperestunden speichert nominell 120 Wh. Die Multiplikation mit 3,600 wandelt Wattstunden in Joule um, denn ein Watt ist ein Joule pro Sekunde und eine Stunde hat 3,600 Sekunden. Dieser Rechner ermittelt alle vier Größen aus konstantem Strom, benötigter Laufzeit und Spannung. Das mathematische Ergebnis ist ein ideales Minimum. Reale Batterien liefern nicht unter allen Bedingungen ihre gesamten Nenn-Amperestunden. Die Kapazität hängt von Entladerate, Temperatur, Alter, Zellchemie und Abschaltspannung ab. Bleibatterien zeigen bei hohem Strom einen besonders starken Peukert-Effekt. Lithiumzellen behalten meist mehr ihrer Nennkapazität, verlieren aber ebenfalls nutzbare Energie durch Innenwiderstand und Schutzgrenzen. Auch Wandler, Leitungen und Regler verbrauchen Energie. Nach der idealen Berechnung wird daher meist eine Reserve eingeplant. Verwenden Sie die Nennspannung des Akkupacks, nicht zwingend die Klemmenspannung bei voller Ladung. Eine Lithium-Ionen-Zelle hat häufig 3.6 oder 3.7 Volt Nennspannung, obwohl sie vollgeladen 4.2 Volt erreicht. In Reihe addieren sich die Spannungen bei gleicher Ah-Kapazität. Parallel bleibt die Spannung gleich, während sich die Ah addieren. Bei identischen Zellen addieren sich die Wattstunden in beiden Anordnungen. Wh eignen sich deshalb zum Vergleich von Packs mit unterschiedlichen Spannungen. Der Strom muss die mittlere Last im vorgesehenen Zeitraum abbilden. Geräte mit wechselnden Betriebszyklen lassen sich über einen gewichteten Mittelwert modellieren: Multiplizieren Sie jeden Betriebsstrom mit dem Zeitanteil dieses Zustands und addieren Sie die Produkte. Einschaltspitzen beeinflussen die mittlere Energie möglicherweise wenig, verlangen aber dennoch eine Batterie und Verkabelung, die den Spitzenstrom sicher liefern können. Nutzen Sie das Ergebnis zur ersten Dimensionierung, zum Vergleich und zur Energiebudgetierung. Prüfen Sie anschließend das Datenblatt einer geeigneten Batterie bei erwarteter Entladerate und Temperatur, berücksichtigen Sie den Umwandlungswirkungsgrad, die gewünschte Ladezustandsreserve und die Alterung. Batterien können gefährlich hohe Ströme liefern und erfordern geeigneten Schutz, Ladetechnik, Sicherungen, thermische Auslegung und einen zur Zellchemie passenden Umgang.