배터리가 모터 부하 상태에서 얼마나 오래 지속됩니까?런타임 추정을 위한 실용 가이드

런타임 추정이 중요한 이유

경쟁 도중에 로봇이 죽거나 드론이 예상보다 일찍 하늘에서 떨어지는 것을 본 적이 있다면 백 오브 엔벨로프 배터리 사용 시간 계산은 선택 사항이 아니라 필수적이라는 것을 알고 계실 것입니다.문제는 누구나 먼저 해보는 순진한 공식에 있습니다.

“MATHBLOCK_0"

거의 항상 런타임을 과대평가합니다.실제 시스템에는 드라이브 단계에서 손실이 발생하고 배터리가 완전히 방전되지 않아야 하며 전류 소모량은 기계적 부하에 따라 변동합니다.[배터리 사용시간 (모터 부하) 열기] (https://rftools.io/calculators/motor/battery-runtime-motor/) 계산기는 이러한 모든 요소를 고려하므로 현장에서 실제로 신뢰할 수 있는 수치를 얻을 수 있습니다.

알아두어야 할 입력

계산기가 받아들이는 각 파라미터와 그 중요성에 대해 알아보겠습니다.

배터리 용량 (“MATHINLINE_9”) — 정격은 밀리암페어시 (mAh) 또는 암페어시 (Ah) 로 표시됩니다.이 숫자는 배터리 라벨의 헤드라인 번호이지만, 특정 방전 조건 (일반적으로 납산의 경우 C/20, LiPo의 경우 1C) 에서 측정된다는 점을 기억하세요.실제 사용 가능한 용량은 방전율과 온도에 따라 달라집니다. 배터리 전압 (“MATHINLINE_10") — 공칭 팩 전압.계산기는 LiPo 1S (3.7V), LiPo 2S (7.4V), NiMH AA (셀당 1.2V) 및 12V 밀폐형 납산과 같은 일반적인 화학 물질에 대한 빠른 사전 설정을 제공합니다.또한 오드볼 팩의 사용자 지정 전압을 입력할 수도 있습니다. 모터 전류, 평균 (“MATHINLINE_11”) — 이는 듀티 사이클 동안 모터가 소비하는 평균 전류이며, 스톨 전류나 무부하 전류가 아닙니다.모터 데이터시트에 실속 및 무부하 값만 나와 있는 경우 부하가 중간 정도인 모터에 대한 합리적인 첫 번째 추정치는 실속 전류의 약 25~ 40% 이지만 가능하면 측정하십시오. 구동 효율 (“MATHINLINE_12") — 100% 효율적인 모터 드라이버는 없습니다.PWM 모드에서 실행되는 H-브리지는 스위칭 주파수, FET “MATHINLINE_13" 및 듀티 사이클에 따라 85~ 95% 효율일 수 있습니다.취미 용품 공급업체의 저렴한 브러시드 DC 드라이버 보드는 80% 에 가까울 수 있습니다.이 요인은 배터리에서 소모되는 전류를 모터에 전달되는 전류에 비해 팽창시킵니다. 방전 깊이 (DoD) — 배터리의 정격 용량을 얼마나 사용할 의향이 있는지.LiPo 팩의 경우 충전 상태가 20% 미만이면 성능 저하가 가속화되므로 DoD는 80% 가 표준입니다.납축 배터리는 훨씬 더 민감합니다. 50% DoD는 사이클 수명의 일반적인 설계 규칙입니다.NiMH 셀은 더 관대하며 90% DoD가 적당합니다.

계산기의 배경이 되는 수학

계산기는 네 가지 출력값을 계산합니다.이러한 결과가 어떻게 연관되어 있는지는 다음과 같습니다.

가용 용량:

“매스블록_1”

배터리의 유효 전류:

구동 스테이지는 완벽하게 효율적이지 않기 때문에 배터리는 모터가 소비하는 것보다 더 많은 전류를 공급해야 합니다.

“MATHBLOCK_2"

런타임:

“매스블록_3"

계산기는 편의상 이를 시간과 분 단위로 보고합니다.

배터리 에너지 (예상) :

“매스블록_4"

이를 통해 에너지 사용량을 빠르게 와트시로 계산할 수 있어 서로 다른 전압의 팩을 비교할 때 유용합니다.

실제 사례: 소형 DC 기어 모터에 전원을 공급하는 2S LiPo

2S LiPo 팩과 브러시드 DC 기어 모터 2개를 장착한 소형 바퀴 달린 로봇을 만든다고 가정해 보겠습니다.

1단계 — 가용 용량:

“매스블록_5"

2단계 — 유효 배터리 전류:

“매스블록_6"

3단계 — 런타임:

“매스블록_7"

4단계 — 배터리 에너지:

“매스블록_8"

따라서 적당한 주행에서는 약 한 시간의 작동 시간을 얻을 수 있습니다.실제로 로봇이 움직이지 않고 있거나 짐을 가볍게 적재하는 데 시간을 보낸다면 시간이 조금 더 늘어납니다.경사로를 오르거나 물체를 밀면 평균 전류가 올라가고 런타임이 떨어집니다.계산기가 바로 이런 종류의 민감도 분석을 쉽게 할 수 있습니다. “MATHINLINE_18"을 조정하여 수치가 어떻게 변하는지 확인하기만 하면 됩니다.

더 정확한 추정을 위한 팁

평균 전류를 경험적으로 측정하십시오. 전류 감지 저항기 또는 USB 파워 미터를 인라인으로 연결하고 몇 분 동안 일반적인 듀티 사이클을 통해 시스템을 작동시키십시오.측정한 평균값은 데이터시트에서 추측한 것보다 훨씬 더 정확할 것입니다.

회로의 나머지 부분을 고려하십시오. 일반적으로 모터가 주요 부하이지만 마이크로 컨트롤러, 센서, LED 및 무선 모듈을 잊지 마세요.무부하 전류를 “MATHINLINE_19"에 추가하십시오. 온도를 낮추십시오. LiPo 용량은 0°C에서 25°C에 비해 약 10-15% 떨어집니다. 애플리케이션이 추운 환경에서 작동하는 경우 전원을 연결하기 전에 “MATHINLINE_20"을 적절히 줄이십시오. C-rate를 잘 보십시오. 1.67A로 방전되는 2200mAh LiPo는 약 0.76C의 속도로 작동하며, 이는 대부분의 팩에서 만족스러운 수준입니다.모터가 높은 펄스 전류를 소비하여 팩을 정격 C-rate 이상으로 밀어내는 경우, 전압 저하로 인해 유효 용량이 DoD 단독으로 캡처하는 것보다 줄어들 수 있습니다.

사용해 보세요

자체 배터리 사양과 모터 전류를 [배터리 런타임 (Motor Load) 열기] (https://rftools.io/calculators/motor/battery-runtime-motor/) 계산기에 연결하면 정확한 런타임 추정치를 초 단위로 확인할 수 있습니다.배터리 팩을 구입하기 전이나 경쟁장에서 로봇이 당황하기 전에 전력 소모량을 점검할 수 있는 가장 빠른 방법입니다.