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배터리 사용시간 (모터 부하)

모터 전류 유입, 효율 및 방전 깊이를 고려하여 모터 구동 시스템의 배터리 런타임을 계산합니다.

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공식

t = C_usable / I_draw, C_usable = C × DoD

C — Battery capacity (mAh)
DoD — Depth of discharge (%)

작동 방식

모터 구동 시스템의 배터리 사용 시간은 배터리의 사용 가능한 에너지 용량과 모터 시스템의 평균 전력 소비량에 따라 달라집니다.사용시간 (시간) = (배터리 용량 (Wh × DoD)) /p_평균, 여기서 DoD는 방전 깊이입니다 (일반적으로 납산의 경우 80%, 리튬이온/LiFePO4의 경우 90%).전압 V에서 전류 I를 끌어오는 DC 모터의 경우, P_평균 = V × I/_system (여기서 _system) 은 모터, 컨트롤러 및 배선 손실을 고려합니다.가변 부하 애플리케이션의 경우 피크 전력 대신 평균 듀티 사이클 전력을 사용하십시오.

계산 예제

20Ah LiFePO4 배터리가 장착된 24V 로봇은 최대 속도로 총 8A를 소모하는 두 개의 구동 모터를 사용하지만 평균 60% 의 듀티 사이클로 작동합니다.모터 시스템 효율은 82% 입니다.
1단계 — 배터리 사용 가능 에너지:
e_사용 가능 = V × Ah × DoD = 24 × 20 × 0.90 = 432Wh
2단계 — 평균 전력 소비량:
P_elec = V × i_Avg = 24 × (8 × 0.60) = 24 × 4.8 = 115.2W
3단계 — 배터리의 입력 전력 (효율성 계산):
P_배터리 = P_Elec/ η = 115.2/0.82 = 140.5W
4단계 — 배터리 사용시간:
t = E_사용 가능/P_배터리 = 432/ 140.5 = 3.08시간
5단계 — C-rate에서의 용량 확인:
i_Avg = P_Battery/ V = 140.5/ 24 = 5.85A → 5.85/20 = 0.29C — LiFePO4 연속 방전 등급 이내입니다.
결과: 로봇은 60% 듀티 사이클에서 완전 충전 시 약 3.1시간 동안 작동합니다.

실용적인 팁

  • ✓대표적인 작동 주기 동안 전류 센서를 사용하여 실제 전류 사용량을 기록합니다. 실제 평균 전류는 거의 항상 최악의 추정치보다 낮습니다.
  • ✓리튬 이온 전지의 경우 수명이 가장 길려면 방전 깊이를 80% 로 제한하십시오. NMC 셀은 반복적인 완전 방전 시 2.8V/셀 미만으로 빠르게 성능이 저하됩니다.
  • ✓배터리 크기를 조정할 때 계산된 사용 시간에 20~ 25% 의 런타임 안전 마진을 추가하여 노후화 (충전 주기에 따른 용량 손실) 및 예상보다 높은 부하를 허용합니다.

흔한 실수

  • ✗평균 전류 대신 피크 모터 전류 사용 - 60% 듀티 사이클로 작동하는 로봇의 경우 전력 소비를 67% 과대평가하고 그에 따라 런타임을 과소평가합니다.
  • ✗컨트롤러 및 배선 손실 무시 — 모터 컨트롤러 스위칭 손실이 5-15% 에 달하고 케이블 저항이 감소하면 모터만 계산할 때보다 실제 런타임이 줄어듭니다.
  • ✗높은 방전율에서 배터리 용량이 크게 떨어진다는 사실을 잊어버림 (Peukert 효과) — 20Ah 납축 배터리는 2C 방전 시 최대 14Ah만 전달합니다.

자주 묻는 질문

Peukert 효과는 방전율이 높을수록 배터리 용량이 어떻게 감소하는지를 설명합니다.주로 납축 배터리 (푸커트 지수 1.1—1.3) 에 영향을 미치며 LiFePO4 (지수 ~1.05) 에는 그다지 영향을 미치지 않습니다.C-레이트가 높으면 유효 용량이 낮아져 런타임이 단순한 Wh/P 계산 이하로 줄어듭니다.정확한 추정치를 위해 적절한 C-rate의 제조업체 배출 곡선을 사용하십시오.
배터리 에너지 (Wh) 를 평균 전력 소비량에 맞게 조정하여 런타임 목표를 달성하십시오.과도한 전압 강하를 방지하려면 최대 전류 소모량을 기준으로 배터리의 연속 전류 정격 크기를 조정하십시오.펄스 부하의 경우 벌크 커패시턴스를 추가하여 전류 피크를 흡수하여 배터리가 평활된 평균 전류만 볼 수 있도록 하십시오.
저온에서는 배터리 용량이 감소합니다. 리튬 이온 셀은 0°C에서 정격 용량의 약 80%, -20°C에서 약 60% 를 제공합니다. 납축 배터리는 훨씬 더 민감합니다.고온 (45°C 이상) 은 시간이 지남에 따라 용량 저하를 가속화합니다.실외 애플리케이션의 경우 배터리 용량을 줄이고 열 관리 기능을 추가하면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

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