🔋 電池續航力計算機

電池續航力計算機回答每個創客遲早會問的問題：「這東西到底能跑多久？」答案只是一次除法：把電池儲存的能量——它的容量——除以你的裝置消耗電流的速率。結果就是以小時計的續航時間。這就跟幫LED選限流電阻、或檢查分壓電阻背後的靜態耗電一樣，是基本帳，只是換成時間而非電阻來表達。

容量的單位是毫安培小時（mAh）或安培小時（Ah）。雖然名字裡有「功率」的意味，它其實是電荷量：一顆 2000 mAh 的電池可以 2000 mA 供電一小時，或 100 mA 供電二十小時，或任何乘積等於 2000 的組合。你的裝置抽的電流以毫安（mA）計。兩者相除，「毫安培」的單位互相抵消，剩下的就是小時。

以一顆 2000 mAh 的電池為例，下表顯示續航時間如何隨負載增加而縮短：

核心公式只是電荷量對電流的比值：

續航時間（h）= 容量（mAh）÷ 負載（mA）

如果有好幾台相同的裝置共用一顆電池，先把負載乘以裝置數量。計算機會幫你算好：一顆 2000 mAh 電池組供應四台各耗 100 mA 的裝置，總耗電 400 mA，所以只能撐 2000 ÷ 400 = 5 小時，而不是 20 小時。注意分母——電流加倍，續航時間永遠砍半。同樣「把電流加起來」的邏輯，也出現在並聯電芯組合時——容量就像並聯電阻網路裡的支路電流。

作為衍生驗算，計算機也會回報放電倍率（C-rate），也就是負載電流除以用相同單位表示的容量：C = I(mA) ÷ 容量(mAh)。0.05 C 的放電（2000 mAh 抽 100 mA）是溫和、有利電池壽命的涓流；1 C 代表電池剛好在一小時內耗盡；超過 2 C 就是激烈、會發熱的放電，會縮短電芯壽命。C-rate 正是電池規格書實際會標示的數字，所以是比較一顆小鈕扣電池和一顆粗壯 18650 的誠實方式。

真實電池藏著兩個小問題。第一，容量通常是在溫和的 C-rate（常是 0.2 C）下額定的；抽得越兇，實際比標示少——這個衰退就是帕克特效應（Peukert's effect），在鉛酸和舊型鎳氫電芯上最明顯。第二，截止電壓很重要：在 3.0 V 就斷電的裝置，比 3.4 V 才停機的裝置更能榨出鋰離子電池的續航。計算機給的是理想值，把它當成有把握的上限。

組電池組是另一回事，跟續航數學無關。串聯的電芯電壓相加、容量不變，所以續航時間不變；並聯的電芯容量相加（電流能力也相加）、電壓不變，所以續航時間等比例成長。因此「3S2P」的鋰離子電池組，續航時間約為單一串聯串的兩倍，電壓則是三倍。你輸入計算機的容量，應該是並聯加總後的總容量，而不是單顆電芯的額定。

1. 輸入電池容量並選擇單位（小電池用 mAh，大型電池組用 Ah）。
2. 輸入裝置消耗的電流並選擇單位（mA、A 或 uA）。
3. 輸入有多少台相同裝置共用這顆電池（只有一台就留 1）。
4. 按下計算，讀取以小時與天數表示的續航時間、總電流與放電倍率。
5. 把放電倍率跟電池規格書比對，想延長壽命就保持在 1 C 以下。

為什麼我的裝置比計算機預測的早沒電？

這個數字是理想值。實際電芯在大電流下能放出的電較少（帕克特效應）、截止電壓會提早結束、閒置時自放電也會啃蝕電量，天冷更會縮減可用容量。實務上大約是預測值的 80–90%。

什麼是安全的 C-rate？

對多數化學體系來說，低於 0.5 C 是溫和、對壽命友善的。手機和電動工具通常在 1 C 左右。長時間超過 2 C 的放電會發熱並耗損電芯，只有特殊設計的電芯能承受。

可以用在 USB 行動電源上嗎？

可以，但請以 3.7 V 電芯層級的 mAh 為準，而不是盒子上印的 5 V 輸出容量——5 V 的數字已包含轉換損耗，會低估電芯真正儲存的電量。

電池越大，續航一定等比例變長嗎？

理想模型下是的：mAh 加倍、小時就加倍。實際上較大的電芯內阻也較低、工作溫度較低，所以極高放電率下能找回部分損失的容量。在溫和負載下，兩者的關係接近線性。

裝置大部分時間在睡眠要怎麼算？

把電流對完整週期取平均：如果它 5 mA 跑 9 秒、100 mA 跑 1 秒，平均值約 14.5 mA。把這個平均值餵進計算機，就能得到接近實際的估計。

低功耗無線節點，請把平均電流壓在 0.05 C 以下——一顆 2000 mAh 的鋰離子電池只抽 20 mA，可以撐超過四天；這正好呼應分壓電阻用大電阻省靜態電流的思維。

規劃供電時要記得，計算機的數字是上限。如果產品必須在寒冷的一週內靠一次充電撐過去，請以理想續航的約 70% 來設計，就不會失算。

新舊電芯混用串聯是假性節省：最弱的那顆會先到截止電壓，整個電池組就沒電了，其他電芯還有電也沒用。串聯串請整組一起換。

如果續航不夠，就提高容量或降低耗電——同時檢查被動漏電，例如永遠不關的狀態指示燈；一顆常亮的 5 mA 指示燈，就可能悄悄吃掉小電池三分之一的壽命。

對無線節點來說，工作週期把兩個領域串在一起：你在這裡輸入的平均電流決定續航，而廣播的載波則由頻率與波長換算工具決定。縮短發射時間，電池和天線預算一起受惠。

溫度會悄悄偷走容量：鋰離子在 0 °C 只能放出室溫下約 80% 的 mAh，更低溫時數字繼續掉，充電也變得不安全。如果產品冬天要在戶外工作，請按縮減後的容量設計，而不是實驗室數字，計算機的上限依然能引導你做出正確決定。