バッテリーランタイム (モーター負荷)
モーターの消費電流、効率、放電深度を考慮して、モーター駆動システムのバッテリー稼働時間を計算します。
公式
仕組み
この計算機は、バッテリー容量、モーター消費電力、およびシステム効率から、モーター駆動システムのバッテリーランタイムを決定します。電気自動車設計者、ロボットエンジニア、ポータブル機器開発者は、これを使用して、必要な動作時間に合わせてバッテリのサイズを調整します。正確なランタイム予測により、車両に負担をかけるような小型バッテリーや、重量とコストの無駄になる大型パックを防止できます。
バッテリーエンジニアリングの基礎（リンデンの「バッテリーハンドブック」、第4版、McGraw-Hill）およびIEC 61960（ポータブルアプリケーション用の二次リチウム電池とバッテリー）によると、ランタイム=（Battery_Wh×DoD）/p_Average（DoDは放電深度）（メーカーガイドラインによると、通常、鉛蓄電池は80％、リチウムイオンは90％、LiFePO4は95％）。P_Averageを決定するモーター効率評価は、IEC 60034-30-1（回転電気機械—効率クラス）およびNEMA MG-1-2021（電気モーターのNEMAプレミアム効率基準）に従います。モーターシステムの場合、P_Averageにはすべての損失を含める必要があります。P_Total = P_Motor/ (577_motor × 577_controller × 577_配線)、通常はシステム全体の効率が75～ 85% です。
Peukert効果は鉛蓄電池に大きな影響を与えます。C_Effective = C_rated× (i_rated/i_Actual) ^ (k-1) に従って放電率が高くなると、容量は減少します。ここで、k = 鉛蓄電池の場合は1.1-1.3、リチウム化学の場合は1.02-1.08です。2C放電（200A）の100Ah鉛蓄電池の使用可能容量はわずか70〜80Ahで、1C定格よりも30％少なくなります。温度も容量に影響します。メーカー仕様によると、リチウムイオンは0°Cで最大 80%、-20°Cで最大 60% の容量を実現します。
計算例
電動ゴルフカートのランタイムを計算します。バッテリー:48V、150Ahのリン酸鉄リチウムパック。モーター:1.5 kW ハブモーター 2 個。一般的な使用方法：70% のデューティサイクルでスロットル 50%、起伏の多い地形。
ステップ 1 — バッテリーの使用可能エネルギーの計算: e_Total = V × Ah = 48 × 150 = 7200 Wh リン酸鉄リチウム4の国防総省:95% e_Usable = 7200 × 0.95 = 6840 Wh
ステップ 2 — モーターの平均消費電力の推定: スロットルが 50% の場合:P_Motors = 0.50 × (2 × 1500W) = 1500W メカニカル出力 モーター効率 (85%): P_Motor_Elec = 1500/0.85 = 1765W コントローラー効率 (95%): P_system = 1765/0.95 = 1858W
ステップ 3 — デューティサイクルを考慮する: 平均電力:p_Avg = 1858W × 0.70 = 1301W 平均電流:i_AVG = 1301/48 = 27.1A
ステップ4 — Cレートとプーケルト効果の検証: C-レート = 27.1/150 = 0.18C LiFePO4 Peukert 指数 ≈1.05 キャパシティディレーティング:(1/0.18) ^0.05 = 1.09 (1C レーティングに対して 9% のボーナス) 有効容量:150 × 1.09 = 163 Ah 相当
ステップ 5 — ランタイムの計算: ランタイム = (48 × 163 × 0.95)/1301 = 7430/1301 = 5.71 時間
結果:70% のデューティ・サイクル条件下で、ゴルフカートは約 5.7 時間 (平均 6 km/h で 34 km) 稼働します。20% の安全マージンを追加:経年劣化や温度変化を考慮して、次の充電間隔は 4.6 時間を計画してください。
実践的なヒント
- ✓バッテリー寿命ガイドラインに従い、DoDをNMCリチウム（1000サイクル以上）では 80%、鉛蓄電池（500サイクル以上）では 50% に制限しています。放電が深くなると容量の低下が加速し、100% DoD NMCセルは300〜500サイクルしか持続しません
- ✓代表的な動作サイクル中の実際の電流をクーロンカウンタで記録します。現実世界の平均は、通常、海岸沿い、回生、変動負荷のため、ワーストケースの推定値の40～ 60% です。
- ✓寒冷地でのガイドラインによると、リチウムイオン容量は0°Cで20％、-20°Cで40％減少します。鉛蓄電池は0°Cで容量を 50% 低下させます。これは冬の屋外用途では重要です。
よくある間違い
- ✗平均の代わりにピークモーター電流を使用する：バッテリのサイジング方法によると、デューティサイクルが 60% のロボットの平均電流はピーク時の 0.6 倍です。ピーク値を使用すると、消費量が 67% 過大評価されるため、不要なバッテリのオーバーサイジングが発生します。
- ✗鉛蓄電池に対するPeukertの影響を無視：2C放電では、鉛蓄電池はPeukertの式に従って定格Ahの70〜80％しか供給しません。リチウム電池（k≈1.05）はこの影響をほとんど受けません。
- ✗コントローラと配線の損失を忘れること：システム解析によると、モータコントローラの効率は90～ 97%、ケーブル損失は 1～ 5% 増加します。システム全体の効率が80～ 90% の場合、モータのみの計算と比較して、実行時間を10～ 20% 削減できます
よくある質問
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