Quanto tempo sua bateria durará sob carga do motor? Um guia prático para estimativa de tempo de execução

Por que a estimativa de tempo de execução é importante

Se você já viu um robô morrer no meio de uma competição ou viu um drone cair do céu antes do esperado, sabe que os cálculos de tempo de execução da bateria no verso do envelope não são opcionais — eles são essenciais. O problema é que a fórmula ingênua que todo mundo usa primeiro:

“BLOCO MATEMÁTICO_0"

quase sempre superestima o tempo de execução. Sistemas reais têm perdas no estágio de acionamento, baterias que você não deve descarregar totalmente e consumos de corrente que flutuam com a carga mecânica. A calculadora [abra o Tempo de Execução da Bateria (Carga do Motor)] (https://rftools.io/calculators/motor/battery-runtime-motor/) considera todos esses fatores para que você obtenha um número em que possa realmente confiar no campo.

As entradas que você precisa saber

Vamos analisar cada parâmetro que a calculadora aceita e por que isso é importante.

Capacidade da bateria (“MATHINLINE_9”) — Classificada em miliamperes-hora (mAh) ou amperes-hora (Ah). Este é o número principal na etiqueta da bateria, mas lembre-se: ele é medido sob condições de descarga específicas (geralmente C/20 para chumbo-ácido, 1C para LiPo). Sua capacidade útil real depende da taxa de descarga e da temperatura. Tensão da bateria (“MATHINLINE_10”) — Tensão nominal da embalagem. A calculadora oferece predefinições rápidas para produtos químicos comuns: LiPo 1S (3,7 V), LiPo 2S (7,4 V), NiMH AA (1,2 V por célula) e chumbo-ácido selado de 12 V. Você também pode inserir uma voltagem personalizada para pacotes excêntricos. Corrente média do motor (“MATHINLINE_11”) — Esta é a corrente média que o motor consome ao longo do ciclo de trabalho, não a corrente de parada e não a corrente sem carga. Se a ficha técnica do motor fornecer apenas valores de parada e sem carga, uma primeira estimativa razoável para um motor com carga moderada é de aproximadamente 25 a 40% da corrente de parada, mas meça-a se puder. Eficiência de acionamento (“MATHINLINE_12”) — Nenhum acionador de motor é 100% eficiente. Uma ponte H funcionando no modo PWM pode ser de 85 a 95% eficiente, dependendo da frequência de comutação, do FET “MATHINLINE_13” e do ciclo de trabalho. Uma placa de motorista DC escovada barata de um fornecedor amador pode estar perto de 80%. Esse fator aumenta a corrente retirada da bateria em relação à corrente fornecida ao motor. Profundidade de descarga (DoD) — Quanto da capacidade nominal da bateria você está disposto a usar. Para pacotes LiPo, ficar abaixo de 20% do estado de carga acelera a degradação, portanto, um DoD de 80% é padrão. As baterias de chumbo-ácido são ainda mais sensíveis — 50% DoD é uma regra de design comum para o ciclo de vida. As células NiMH são mais tolerantes e 90% de DoD é razoável.

A matemática por trás da calculadora

A calculadora calcula quatro saídas. Veja como eles se relacionam.

Capacidade utilizável:

“BLOCO MATEMÁTICO_1"

Corrente efetiva da bateria:

Como o estágio de acionamento não é perfeitamente eficiente, a bateria deve fornecer mais corrente do que o motor consome:

“BLOCO MATEMÁTICO_2”

Tempo de execução:

“BLOCO MATEMÁTICO_3”

A calculadora relata isso em horas e minutos para maior comodidade.

Energia da bateria (estimada) :

“BLOCO MATEMÁTICO_4”

Isso fornece um valor rápido de watt-hora para o orçamento de energia, útil ao comparar pacotes de voltagens diferentes.

Exemplo resolvido: 2S LiPo alimentando um pequeno motor de engrenagem DC

Digamos que você esteja construindo um pequeno robô com rodas com um pacote LiPo 2S e dois motoredutores DC escovados.

Etapa 1 — Capacidade utilizável:

“MATHBLOCK_5”

Etapa 2 — Corrente efetiva da bateria:

“MATHBLOCK_6”

Etapa 3 — Tempo de execução:

“MATHBLOCK_7”

Etapa 4 — Energia da bateria:

“MATHBLOCK_8”

Portanto, ao dirigir moderadamente, você teria cerca de uma hora de tempo de execução. Na prática, se o robô passar o tempo parado ou com pouca carga, você receberá um pouco mais. Se estiver subindo rampas ou empurrando objetos, a corrente média aumenta e o tempo de execução diminui. Esse é exatamente o tipo de análise de sensibilidade que a calculadora facilita — basta ajustar “MATHINLINE_18” e ver como os números mudam.

Dicas para estimativas mais precisas

Meça a corrente média empiricamente. Coloque um resistor sensor de corrente ou um medidor de energia USB em linha e execute seu sistema em um ciclo de trabalho representativo por alguns minutos. A média que você medir será muito mais precisa do que qualquer estimativa da folha de dados.

Considere o resto do circuito. Os motores geralmente são a carga dominante, mas não se esqueça do microcontrolador, sensores, LEDs e módulos de rádio. Adicione suas correntes quiescentes a “MATHINLINE_19”. Reduza a temperatura. A capacidade de LiPo cai aproximadamente 10— 15% a 0 °C em comparação com 25 °C. Se sua aplicação operar em ambientes frios, reduza “MATHINLINE_20” adequadamente antes de conectá-la. Observe a taxa C. Um LiPo de 2200 mAh descarregado a 1,67 A está funcionando a cerca de 0,76C — bem dentro da zona de conforto da maioria dos pacotes. Se o motor consumir altas correntes de pulso que empurrem o pacote acima de sua taxa C nominal, a queda de tensão reduzirá a capacidade efetiva além do que o DoD sozinho captura.

Experimente

Conecte suas próprias especificações de bateria e corrente do motor na calculadora [abra a Battery Runtime (Motor Load)] (https://rftools.io/calculators/motor/battery-runtime-motor/) e obtenha uma estimativa honesta de tempo de execução em segundos. É a maneira mais rápida de verificar a sanidade de seu orçamento de energia antes de se comprometer com uma bateria ou antes que seu robô o envergonhe na pista de competição.