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Calculadora de duração da bateria

Estime a duração da bateria para dispositivos portáteis e de IoT, considerando o consumo médio de corrente, o ciclo de trabalho, a taxa de autodescarga e o limite de profundidade de descarga. Adequado para baterias LiPo, alcalinas, NiMH e de células tipo moeda.

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Fórmula

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

Referência: Nordic Semiconductor PWR Profiler methodology; Texas Instruments SLUA364

I_effEffective current after duty cycle (mA)
I_avgAverage current draw (mA)
DDuty cycle (%)
CBattery capacity (mAh)
SoC_minCutoff state of charge (%)
R_sdSelf-discharge per hour (mAh/h)

Como Funciona

O cálculo da vida útil da bateria é um aspecto crítico do projeto do sistema de energia, unindo a eletroquímica teórica à engenharia elétrica prática. O princípio fundamental envolve entender a capacidade total de carga disponível e como vários fatores degradam o desempenho da bateria. A autodescarga representa um fenômeno frequentemente esquecido em que as baterias perdem carga mesmo quando não estão em uso ativo, causado por reações químicas internas e migração de elétrons. O conceito de ciclo de trabalho reflete a operação intermitente do dispositivo no mundo real, onde o consumo de corrente de pico difere significativamente do consumo médio de corrente. Os engenheiros devem considerar as especificações químicas da bateria, pois as baterias de íon de lítio, chumbo-ácido e alcalinas apresentam características de descarga distintas. A temperatura, o perfil de carga e a resistência interna complicam ainda mais as previsões de tempo de execução da bateria, tornando a modelagem precisa essencial para projetar sistemas eletrônicos com baixo consumo de energia.

Exemplo Resolvido

Considere uma bateria de íon de lítio de 2000mAh alimentando um sensor sem fio com corrente de pico de 50mA com ciclo de trabalho de 10%. A taxa mensal de autodescarga é de 3%. Calcule o tempo de execução esperado. Corrente de pico: 50mA. Ciclo de trabalho: 10%. Cálculo da corrente média: 50mA × 0,1 = 5mA. Autodescarga por mês: 3%. Autodescarga mensal por hora: 3% ÷ 720 horas = 0,0042mA. Cálculo do tempo de execução: (2000mAh × 0,9) ÷ (5mA + 0,0042mA) = 323 horas ou aproximadamente 13,5 dias de operação contínua.

Dicas Práticas

  • Sempre meça a taxa real de autodescarga para um lote de bateria específico
  • Use a ficha técnica do fabricante para obter as características precisas da bateria
  • Considere os efeitos da temperatura no desempenho da bateria

Erros Comuns

  • Negligenciando a taxa de autodescarga nas estimativas de vida útil da bateria de longo prazo
  • Assumindo uma curva de descarga linear para produtos químicos de baterias não lineares
  • Usando corrente de pico em vez de corrente média para cálculos de tempo de execução

Perguntas Frequentes

Temperaturas mais baixas reduzem a capacidade da bateria e aumentam a resistência interna. Temperaturas mais altas aceleram a autodescarga e podem degradar a química da bateria mais rapidamente.
O ciclo de trabalho representa a porcentagem de tempo em que um dispositivo está consumindo energia ativamente versus estar em um estado de baixa potência ou ocioso durante um determinado período operacional.
A porcentagem de corte evita descargas profundas que podem danificar permanentemente a estrutura química da bateria e reduz a capacidade utilizável disponível para proteger a longevidade da bateria.
As calculadoras fornecem estimativas razoáveis, mas não podem prever perfeitamente as condições do mundo real. A duração real da bateria varia com a temperatura, as variações de carga e a idade da bateria.
Não, as taxas de autodescarga diferem significativamente entre os produtos químicos da bateria. As baterias de íon-lítio normalmente têm taxas de autodescarga mais baixas em comparação com as baterias de chumbo-ácido ou alcalinas.

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