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배터리 수명 계산기

평균 전류 소비, 듀티 사이클, 자체 방전율, 방전 깊이 차단을 고려하여 IoT 및 휴대용 장치의 배터리 사용시간을 추정합니다.LiPo, 알카라인, NiMH 및 코인셀 배터리에 적합합니다.

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공식

I_{eff} = I_{avg} \cdot \frac{D}{100},\quad t = \frac{C \cdot (1 - SoC_{min}/100)}{I_{eff} + R_{sd}}

참고: Nordic Semiconductor PWR Profiler methodology; Texas Instruments SLUA364

I_eff— 듀티 사이클 이후의 유효 전류 (mA)

I_avg— 평균 전류 소비량 (mA)

D— 듀티 사이클 (%)

C— 배터리 용량 (mAh)

SoC_min— 컷오프 충전 상태 (%)

R_sd— 시간당 자체 방전 (mAh/h)

작동 방식

배터리 수명 계산기는 IoT 장치, 웨어러블 및 휴대용 전자 장치 설계에 필수적인 용량, 부하 전류 및 듀티 사이클을 기준으로 런타임을 추정합니다.임베디드 시스템 엔지니어, 제품 설계자 및 현장 애플리케이션 엔지니어는 이 도구를 사용하여 배터리 크기를 조정하고 전력 예산을 최적화합니다.텍사스 인스트루먼츠의 '전력 관리 가이드' (SLVA773) 에 따르면 일반적인 BLE 센서 노드는 전송 시 15mA (듀티 사이클 1%), 절전 모드에서 3µA를 소모하여 270µA의 평균 전류를 생성합니다. 2000mAh CR2450 코인 셀은 308일 동안 작동합니다.배터리 용량 측정 및 Peukert 모델링은 IEC 61960 (휴대용 애플리케이션용 2차 리튬 셀 및 배터리) 및 IEC 60086 (1차 배터리) 표준을 따릅니다.기본 방전 시간 = 용량 × (1 - 자체 방전) /평균_전류 (Average_Current) 는 일정한 방전을 가정하지만 실제 배터리는 비선형 방전 곡선을 나타냅니다. 리튬 이온 셀은 3.6V 이상에서 정격 용량의 90% 를 제공하지만 3.6V ~ 3.0V 차단 사이에서는 최종 10% 만 제공합니다.Peukert의 방정식 (Cp = I^K × t) 은 속도에 따른 용량 손실을 모델링합니다. C/10 속도에서 2000mAh 배터리는 최대 용량을 제공하지만 1C 속도에서는 1850mAh (에너자이저 애플리케이션 노트당 손실 7.5%) 만 제공합니다.

계산 예제

목표 수명이 10년인 LoRaWAN 환경 센서용 배터리 시스템을 설계하십시오.TI CC1310 데이터시트에 따른 부하 프로파일: 전송 모드 = 15분마다 100ms의 경우 25mA, 액티브 프로세싱 = 전송당 50ms의 경우 3mA, 딥 슬립 = 0.7µA 연속.1단계: 평균 전류 계산 — 전송: 25mA × (0.1초/900초) = 2.78µA.프로세싱: 3mA × (0.05초/900초) = 0.17µA.수면: 0.7µA.총 평균 = 3.65µA.2단계: 자가 방전을 고려하세요 — 타디란 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 자가 방전은 연간 1% 미만입니다.10년 이상: 용량 손실 10%3단계: 필요한 용량 계산 — 3.65µA × 87,600시간 × 1.1 (자체 방전 마진) × 1.2 (EOL 마진) = 423mAh4단계: 배터리 선택 — 타디란 TL-5920 (C 사이즈, 8500mAh) 은 20배의 안전 마진을 제공하여 온도 경감 및 노화 효과를 수용할 수 있습니다.

실용적인 팁

✓노르딕 세미컨덕터 AN-9102 기준, NA 해상도 전류계 (키슬리 6221/2182A 또는 줄레스코프) 로 실제 슬립 전류를 측정할 수 있습니다. 펌웨어 버그로 인해 종종 사양보다 100배 높은 슬립 전류가 발생합니다.
✓화학 관련 Peukert 보정을 위해 Panasonic 또는 Murata 배터리 수명 계산기를 사용하십시오. 알카라인 배터리는 10mA 방전율에 비해 100mA에서 30% 의 용량 손실이 발생합니다.
✓제조 변동, 배터리 노후화 (500사이클당 10% 용량 손실), 현장 온도 극한에 대한 설계 마진 20-30% 포함

흔한 실수

✗평균 전류 대신 피크 전류 사용 — 매시간 5초 동안 50mA를 소비하는 GPS 모듈은 평균 50mA가 아닌 69µA (720배 과대 추정)
✗온도 영향 무시 — 삼성 SDI 사양에 따라 리튬 이온 용량은 0°C에서 20%, -20°C에서 40% 떨어집니다. 최악의 작동 온도에 대비하여 배터리 크기 조정
✗100% 가용 용량을 가정 — 대부분의 장치는 배터리 차단 이상의 최소 작동 전압이 필요합니다. 3.3V LDO에는 3.5V 이상의 입력이 필요하므로 리튬 이온 용량의 하위 15% 가 손실됩니다.

자주 묻는 질문

온도는 배터리 수명에 어떤 영향을 미칩니까?

Energizer 애플리케이션 매뉴얼에 따르면 용량은 온도에 따라 크게 달라집니다.-20°C에서 알칼리는 50% 용량을 유지하고, 리튬 1차 리튬은 85%, 리튬 이온은 60% 의 용량을 유지합니다.+45°C에서: 자체 방전이 두 배로 증가하여 보관 수명이 50% 단축됩니다.리튬 철 인산염 (LFP) 은 -20°C에서 80% 의 용량을 유지하면서 최상의 저온 성능을 제공합니다.

배터리 듀티 사이클이란 무엇입니까?

듀티 사이클은 장치가 최대 전류에서 작동하는 시간의 비율입니다.1초마다 10ms 동안 100mA를 소모하는 디바이스의 듀티 사이클은 1% 이고 평균 전류는 1mA입니다.IoT 장치는 일반적으로 0.1% 미만의 듀티 사이클을 달성합니다. LoRaWAN 클래스 A 센서는 시간의 0.001% 만 전송할 수 있으므로 AA 셀의 배터리 수명이 10년 이상 가능합니다.

배터리에 컷오프 비율이 있는 이유는 무엇입니까?

차단 전압은 완전 방전으로 인한 손상을 방지합니다.리튬 이온 전지는 2.5V 미만에서 돌이킬 수 없는 용량 손실을 겪습니다. 양극에서 구리가 용해되면 전해질이 오염됩니다.납축 배터리는 10.5V (12V 시스템) 이하에서 황산화 현상을 겪습니다.대부분의 장치는 10-20% 의 예비 마진을 사용하며 리튬 이온의 경우 3.0-3.2V로 차단됩니다.

배터리 수명 계산기는 얼마나 정확한가요?

계산기는 이상적인 조건에서 ± 20% 의 추정치를 제공합니다.정확도를 떨어뜨리는 실제 요인으로는 푸커트 효과 (고전류에서 5-15% 손실), 온도 변화 (20-40% 스윙), 자체 방전 축적 (NiMH의 경우 월 1-5%), 과도 부하 등이 있습니다.예상 작동 조건에서 제어된 방전 테스트를 통해 예측을 검증합니다.

모든 배터리 유형의 자체 방전율이 비슷한가요?

아니요. 자체 방전은 화학 물질에 따라 100배 차이가 납니다.배터리 대학별 데이터: 리튬 티오닐 클로라이드는 연간 1% 미만, 리튬 이온 2-3% /월, NiMH 15-20% /월 (1% /일), 납산 3-5% /월.배터리 대학 데이터: 리튬 티오닐 클로라이드 (1년) 에 따라 자가 방전이 연간 1% 미만인 리튬 1차 전지 (Tadiran, Saft) 를 사용하십시오.

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