Cómo dimensionar un paquete de baterías: horas y Ah

La mayoría de las consultas sobre baterías comienzan con una capacidad que otra persona eligió: “necesitamos 40 Ah”. Ese número generalmente se hereda de un paquete de plomo-ácido o se copia de un competidor, y es el punto de partida equivocado. La capacidad es un resultado del cálculo, no un insumo. Comience desde el trabajo que debe hacer la batería y trabaje hacia atrás.

Conclusiones clave

La capacidad es un resultado del cálculo, no un insumo. Comience con cuatro cosas: cargar energía mientras trabaja, horas por carga, la ventana de recarga y la temperatura de funcionamiento más baja.
Trabaja en vatios-hora y convierte al final: 1200 Wh son 25 Ah en un paquete de 48 V y aproximadamente 17 Ah en 72 V. Indique siempre el voltaje junto a los amperios-hora.
Tamaño de la corriente antes de la capacidad. Un motor de carrito de golf de 5 kW con 48 V consume más de 100 A continuos, por lo que a un paquete de 40 Ah construido con celdas de 1 C se le piden 2,5 C y no sobrevivirá.
Divida por la eficiencia de la transmisión (alrededor de 0,85 batería por ruedas) antes de convertir a vatios-hora.
Agregue los márgenes: 15-25 % para trabajos por debajo de aproximadamente 10 °C, diseñe para una profundidad de descarga del 80 % en lugar del 100 % (aproximadamente duplica el ciclo de vida) y verifique que el cargador pueda recargar el paquete dentro de la ventana disponible.

Empiece por el trabajo, no por la batería.

Anota cuatro cosas antes que nada: cuánta energía consume la carga mientras trabaja, cuántas horas funciona por día o por carga, cuánto tiempo tiene para recargarse y la temperatura más baja a la que se utilizará. Todo lo demás se deriva de ellos. Si no puede indicar el segundo (horas por carga), entonces el rango o la distancia es el sustituto y lo convierte con una cifra de consumo de energía.

El cálculo de cuatro pasos

Paso 1: convierte horas y vatios en vatios-hora

Multiplique la potencia promedio en vatios por las horas de funcionamiento. “Promedio” es la palabra que importa: un motor de 2.000 W en un triciclo de carga no consume 2.000 W en todo el día. En una ruta mixta con paradas y terreno llano, el promedio es quizás un tercio de eso. Divida por la eficiencia del sistema (alrededor de 0,85 para una transmisión de batería a ruedas) para obtener la energía que la batería debe entregar.

Paso 2: elige la clase de voltaje

El voltaje lo establece la máquina, no la batería: 36 V y 48 V para bicicletas eléctricas y scooters ligeros, 60 V y 72 V para ciclomotores y motocicletas, 48 V para carritos de golf y la mayoría de vehículos de baja velocidad. Un voltaje más alto significa una corriente más baja para la misma potencia, lo que significa menos calor y un cable más delgado, pero también significa más celdas en serie y un requisito de coincidencia más estricto. Las compensaciones se establecen en nuestro Comparación de 48 V frente a 72 V.

Paso 3: convierta vatios-hora a amperios-hora

Divida los vatios-hora requeridos por el voltaje nominal del paquete. Un requisito de 1200 Wh en un paquete de 48 V es 25 Ah; a 72 V son unos 17 Ah. Este es el número que se debe cotizar a un proveedor, siempre junto con el voltaje, porque los amperios-hora por sí solos no dicen nada sobre la energía.

Paso 4: verifique la corriente, no solo la capacidad

Divida la potencia continua máxima por el voltaje del paquete para obtener la corriente que el paquete debe entregar, luego verifique tanto las celdas como el BMS. Un paquete de 48 V que alimenta un motor de carrito de golf de 5 kW debe suministrar más de 100 A continuos; a un paquete de 40 Ah construido a partir de celdas con capacidad para 1 C se le piden 2,5 C y no sobrevivirá, independientemente de lo que diga la capacidad. Aquí es donde fallan la mayoría de las mochilas de tamaño insuficiente, y es una Dimensionamiento de BMS pregunta tanto como una pregunta de celda.

Los márgenes que la gente olvida

Frío: el litio pierde capacidad utilizable por debajo de los 10 °C aproximadamente y más por debajo del punto de congelación: presupuesto del 15 al 25 por ciento para el servicio de invierno
Envejecimiento: las celdas generalmente tienen una garantía del 80 por ciento de su capacidad original, por lo que un paquete con el tamaño exacto requerido no cumple con el deber en el tercer año.
Profundidad de descarga: diseñe al 80 por ciento del DoD en lugar del 100 por ciento y el recuento de ciclos aproximadamente se duplica
Ventana de carga: si la máquina debe recargarse en cuatro horas, la corriente del cargador debe adaptarse al paquete; un paquete de 100 Ah a 0,2 C tarda cinco horas
Eventos pico: los arranques en pendientes, la aceleración y las cargas hidráulicas son cortas pero grandes, y la configuración de viaje del BMS debe estar por encima de ellas.
Accesorios: las luces, el sistema hidráulico, la refrigeración y los inversores a menudo quedan fuera del cálculo

Tres ejemplos trabajados

Bicicleta eléctrica de cercanías, 40 km por carga

Una bicicleta eléctrica con pedaleo asistido en vías urbanas mixtas consume aproximadamente entre 10 y 15 Wh por kilómetro; una versión que solo acelera con un conductor pesado está más cerca de 20. A 15 Wh/km, 40 km necesitan alrededor de 600 Wh. En un paquete de 48 V que tiene 12,5 Ah antes del margen; con un 25 por ciento para frío y envejecimiento, especifique alrededor de 16 Ah a 48 V y verifique que el consumo máximo del controlador se encuentre dentro de la clasificación BMS. Nuestro Paquete de 48V 31Ah cubre esta tarea con espacio de sobra.

Carro de golf, 18 hoyos más una ronda de repuesto.

Un carro de flota cubre aproximadamente entre 1,5 y 2,5 kWh por 18 hoyos, dependiendo del terreno y la carga útil. Dos rondas entre cargas significan alrededor de 4 kWh utilizables, y con un objetivo de profundidad de descarga del 80 por ciento, es un paquete de 5 kWh, aproximadamente 100 Ah a 48 V. La limitación no es la capacidad sino la corriente: los motores de los carros son de 3 a 5 kW, por lo que el paquete y el BMS deben transportar más de 100 A continuos. Ver baterías de litio para carritos de golf para el detalle de conversión.

Triciclo de carga, un día laborable.

Un triciclo de 2.000 W que trabaja seis horas con paradas promedia quizás 700 W, es decir, alrededor de 4,2 kWh al volante y aproximadamente 5 kWh de la batería después de la eficiencia. En un paquete de 72 V, eso equivale a aproximadamente 70 Ah. Aquí la carga útil importa más que la distancia: cada 100 kg extra aumenta el consumo en rutas con parada y arranque, por lo que preguntamos tanto por la carga como por la ruta. Nuestro triciclo de carga eléctrico Se envía con un paquete de 72 V 100 Ah exactamente para esta tarea.

Para cargas estacionarias, el método es idéntico: una estación portátil para un puesto de mercado son los vatios-hora de carga de electrodomésticos multiplicados por horas, con el mismo margen. El Central eléctrica PS-2000 a 2.048 Wh tiene ese tamaño.

Errores que cuestan dinero

Cotizar amperios-hora sin voltaje, por lo que el proveedor no puede fijar el precio de la energía.
Dimensionando a potencia promedio e ignorando el pico, que dispara el BMS en la primera colina
Tamaño exacto al requisito, sin tener en cuenta el frío o el envejecimiento.
Elegir un voltaje para el que el controlador no fue diseñado
Copiar una cifra de capacidad de plomo-ácido, que se cotiza a una tasa de descarga que el litio no utiliza
Olvidar que el tiempo de carga forma parte del ciclo de trabajo

La mayoría de estos errores comienzan con un número tomado al pie de la letra. Nuestro tutorial de la hoja de especificaciones muestra qué líneas necesitan condiciones de prueba adjuntas antes de que signifiquen algo.

Preguntas frecuentes

¿Cómo convierto vatios-hora en amperios-hora?

Divida los vatios-hora por el voltaje nominal del paquete. 1200 Wh en 48 V son 25 Ah; a 72 V son unos 17 Ah. Siempre cite ambos números, porque los amperios-hora sin voltaje no describen cuánta energía contiene el paquete.

¿Siempre es mejor un paquete más grande?

No siempre. La capacidad extra añade peso, coste y tiempo de carga, y en un vehículo de dos ruedas cambia el manejo. La mochila adecuada cubre el ciclo de trabajo con margen de frío y envejecimiento, y nada más. Si la capacidad es barata y la capacidad actual es la limitación, gaste el dinero en celdas con una clasificación de descarga más alta.

¿Cuánto margen debo agregar para el invierno?

Planifique entre un 15 y un 25 por ciento por encima del requisito calculado si el producto se utilizará por debajo de los 10 °C, y más si se carga al aire libre en condiciones de congelación. La baja temperatura reduce la capacidad utilizable y, lo que es más importante, la carga por debajo de 0 °C daña las celdas de forma permanente; la solución es un corte de carga por baja temperatura del BMS.

¿Para qué profundidad de descarga debo diseñar?

Alrededor del 80 por ciento para el servicio comercial diario. Diseñar con una profundidad de descarga del 80 por ciento duplica aproximadamente la vida útil del ciclo en comparación con la descarga hasta el vacío, lo que generalmente significa comprar un paquete algo más grande una vez en lugar de uno más pequeño dos veces.

¿Un voltaje más alto da más alcance?

No por sí solo: el alcance proviene de los vatios-hora. Un voltaje más alto entrega la misma potencia con una corriente más baja, lo que reduce las pérdidas y el calor y permite un cableado más delgado, pero la energía almacenada es el voltaje multiplicado por amperios-hora en cualquier sentido.

¿Cuánto tiempo tardará en cargarse el paquete?

Divida la capacidad por la corriente del cargador y agregue aproximadamente el 15 por ciento para la etapa de voltaje constante. Un paquete de 100 Ah cargado a 20 A tarda poco más de cinco horas. Es posible realizar una carga rápida, pero acorta el ciclo de vida, por lo que se debe dimensionar el cargador según el tiempo que la máquina realmente tenga disponible.

Consigue el tamaño de tu mochila

Envíe la potencia de carga, las horas por carga, el voltaje, la temperatura de funcionamiento más baja y el mercado objetivo, y le devolveremos un paquete de tamaño con la corriente continua y máxima comparada con las celdas y el BMS. Empezar en WhatsApp, o ver paquetes de baterías, vehículos eléctricos de dos ruedas y triciclos de carga.