Este artículo explica cómo convertir mAh a Wh para cálculos precisos de baterías y sistemas.
Incluye fórmulas, tablas, ejemplos calculados y recomendaciones prácticas para ingeniería y diseño de sistemas eléctricos
Conversor de capacidad de batería mAh a energía Wh según voltaje nominal
Conceptos fundamentales: energía, capacidad y voltaje
La conversión entre mAh (miliamperio-hora) y Wh (vatios-hora) es esencial para caracterizar la energía disponible en baterías. mAh mide la carga eléctrica almacenada; Wh mide la energía, que depende del voltaje nominal.
Definiciones técnicas y unidades
- mAh (miliamperio-hora): unidad de carga eléctrica equivalente a 1/1000 de amperio-hora. Indica cuánta corriente puede suministrar la batería durante una hora.
- Ah (amperio-hora): 1 Ah = 1000 mAh. Usado frecuentemente en baterías de automoción y sistemas estacionarios.
- V (voltaje): diferencia de potencial nominal entre bornes de la celda o del paquete (p. ej., 3.6 V, 3.7 V, 12 V).
- Wh (vatios-hora): energía eléctrica; Wh = V × Ah. Para mAh se aplica el factor 1/1000.
Fórmulas básicas para convertir mAh a Wh y viceversa
La relación matemática fundamental se expresa de forma directa en términos de mAh, V y Wh.
Fórmula principal: Wh = (mAh × V) / 1000
Fórmula inversa: mAh = (Wh × 1000) / V
Explicación de variables y valores típicos
- mAh: valor típico para celdas: 2000 mAh, 3000 mAh, 5000 mAh; para baterías de automoción: 50 Ah a 120 Ah.
- V: voltaje nominal por celda: 1.2 V (NiCd/NiMH), 3.2–3.3 V (LiFePO4), 3.6–3.7 V (Li-ion), packs comunes: 12 V, 24 V, 48 V.
- Wh: resultado de energía utilizable; p. ej., una batería 3.7 V 3000 mAh → 11.1 Wh (aprox.).
Algoritmo paso a paso para cálculo y estimación de autonomía
- Obtener la capacidad en mAh y el voltaje nominal (V) de la celda o pack.
- Aplicar la fórmula: Wh = (mAh × V) / 1000.
- Si se requiere autonomía: Autonomía (h) = Wh / Potencia (W) consumida por la carga.
- Considerar eficiencias (convertidores DC-DC, pérdidas internas) y profundidad de descarga (DoD) para energía utilizable.
Factores que afectan la conversión práctica
- Temperatura: la capacidad medida en mAh disminuye a bajas temperaturas.
- Tasa de descarga (C-rate): altas corrientes reducen la capacidad efectiva (efecto Peukert en baterías de plomo, similar en otros tipos).
- Edad y ciclado: la capacidad nominal declina con ciclos de carga/descarga.
- Eficiencia del sistema: convertidores DC-DC, BMS y pérdidas internas reducen la energía utilizable respecto a la calculada.
Tablas con valores comunes de baterías y sus conversiones
Tablas orientativas con capacidades típicas y energía calculada según voltaje nominal. Los valores son aproximados; consultar ficha técnica del fabricante para diseño definitivo.
| Tipo / Modelo | Capacidad (mAh) | Voltaje nominal (V) | Cálculo Wh = (mAh × V) / 1000 | Wh aproximados | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| AA NiMH típico | 2000 | 1.2 | (2000 × 1.2) / 1000 | 2.4 Wh | Usos: mandos, sensores |
| 18650 Li-ion | 3000 | 3.6 | (3000 × 3.6) / 1000 | 10.8 Wh | Linterna, módulos |
| 21700 Li-ion | 4000 | 3.7 | (4000 × 3.7) / 1000 | 14.8 Wh | Alta capacidad |
| Smartphone típico | 3000 | 3.85 | (3000 × 3.85) / 1000 | 11.55 Wh | Celdas con química 3.85 V nominal |
| Powerbank 20,000 mAh (nominal) | 20000 | 3.7 | (20000 × 3.7) / 1000 | 74 Wh | Capacidad real útil menor por electrónica |
| Batería SLA 12V | 100000 (100 Ah) | 12 | (100000 × 12) / 1000 | 1200 Wh (1.2 kWh) | Autonomía para cargas DC |
| Banco solar 12V 200Ah | 200000 (200 Ah) | 12 | (200000 × 12) / 1000 | 2400 Wh (2.4 kWh) | Uso en sistemas off-grid |
| Pack LiFePO4 100 Ah 3.2V por celda (1 celda equivalente) | 100000 | 3.2 | (100000 × 3.2) / 1000 | 320 Wh | Celda LFP individual; packs suelen serie/paralelo |
| Vehículo eléctrico (ejemplo por módulo) | 50000 | 3.7 | (50000 × 3.7) / 1000 | 185 Wh | Celdas agrupadas en módulos y packs |
| Kit Li-ion 12V (4s x 18650) | 3000 | 14.8 | (3000 × 14.8) / 1000 | 44.4 Wh | 4 celdas en serie (3.7 V cada) |
| Situación | Capacidad | Voltaje | Wh calculados | Autonomía estimada (W consumo) |
|---|---|---|---|---|
| Router doméstico | 10000 mAh | 3.7 V | 37 Wh | 37 Wh / 6 W ≈ 6.17 h |
| Cámara de vigilancia | 5000 mAh | 3.7 V | 18.5 Wh | 18.5 Wh / 2.5 W ≈ 7.4 h |
| Estación meteorológica | 2500 mAh | 3.6 V | 9 Wh | 9 Wh / 0.5 W = 18 h |
| Linterna alta potencia | 3400 mAh | 3.6 V | 12.24 Wh | 12.24 Wh / 10 W ≈ 1.22 h |
Ejemplos prácticos desarrollados: cálculo paso a paso
Ejemplo 1: Convertir 2500 mAh a Wh y estimar autonomía para una carga
Datos del ejemplo:
- Capacidad: 2500 mAh
- Voltaje nominal de la celda: 3.7 V (Li-ion típica)
- Consumo de la carga: 5 W
- Eficiencia convertidor DC-DC: 90% (0.9) — opcional
- Profundidad de descarga usable (DoD): 80% (0.8) — opcional
Cálculo de energía nominal (Wh):
Wh = (mAh × V) / 1000
Sustituyendo: Wh = (2500 × 3.7) / 1000 = 9250 / 1000 = 9.25 Wh
Si se considera eficiencia y DoD para energía utilizable:
- Energía utilizable = Wh × DoD × eficiencia del sistema
- Energía utilizable = 9.25 × 0.8 × 0.9 = 9.25 × 0.72 = 6.66 Wh
Autonomía estimada de la carga (h):
Autonomía = Energía utilizable / Potencia de la carga = 6.66 Wh / 5 W = 1.332 h ≈ 1 hora 20 minutos.
Si no se consideran pérdidas ni DoD, la autonomía teórica sería:
Autonomía teórica = 9.25 Wh / 5 W = 1.85 h ≈ 1 hora 51 minutos.
Ejemplo 2: Dimensionamiento de pack para obtener 1 kWh usando celdas 18650
Objetivo: obtener aproximadamente 1000 Wh utilizando celdas 18650 con las siguientes especificaciones:
- Capacidad nominal por celda: 3000 mAh
- Voltaje nominal por celda: 3.6 V
- Pack deseado: 48 V nominal (sistema de potencia)
Primero calcular Wh por celda:
Wh_celda = (3000 × 3.6) / 1000 = 10800 / 1000 = 10.8 Wh
Para obtener 1000 Wh netos, número de celdas en paralelo necesarias si las celdas están organizadas en serie para alcanzar 48 V:
- Numero de celdas en serie (Ns) para 48 V: Ns ≈ 48 / 3.6 = 13.33 → usar 14 celdas en serie (14s) para aproximar 50.4 V nominal.
- Energía de un string de 14 celdas en serie (mismas mAh, voltajes suman): Wh_string = Wh_celda × 14 = 10.8 × 14 = 151.2 Wh.
- Para alcanzar 1000 Wh: número de strings en paralelo (Np) = 1000 / 151.2 ≈ 6.62 → redondear hacia arriba a 7 strings en paralelo.
- Por tanto configuración ≈ 14s7p (14 en serie × 7 en paralelo) → número total de celdas = 14 × 7 = 98 celdas.
Capacidad final del pack:
- Capacidad en mAh del pack = 3000 mAh × 7 = 21000 mAh = 21 Ah
- Voltaje nominal pack ≈ 14 × 3.6 = 50.4 V
- Wh pack calculado = 50.4 V × 21 Ah = 1058.4 Wh (validación frente al cálculo por strings)
Observaciones de diseño:
- Considerar BMS para balance y protección.
- Temperatura ambiente, ventilación y disipación son críticas a potencia elevada.
- Planear margen adicional para envejecimiento y tolerancias de celdas.
Errores comunes y buenas prácticas en la conversión
- No usar el voltaje de pico ni el voltaje mínimo: siempre emplear el voltaje nominal o la tensión media de operación especificada por fabricante.
- Ignorar el C-rate y Peukert en baterías donde aplica; para litio usar curvas de descarga proporcionadas por el fabricante.
- Olvidar pérdidas de conversión: inversores y reguladores reducen la energía útil.
- No tener en cuenta la DoD recomendada para optimizar vida útil.
- Redondeo excesivo en cálculos que lleva a sobredimensionamientos o fallos de diseño.
Normativa, estándares y referencias técnicas
Para diseño profesional e integración de baterías en productos y sistemas, se deben consultar normas y guías de organismos reconocidos:
- IEC 62133: seguridad de baterías recargables y requisitos para equipos portátiles. Más información: https://www.iec.ch
- IEC 61960: especificaciones para celdas primarias y secundarias de ion-litio. Ver en IEC.
- IEEE Standards: normas relacionadas con almacenamiento energético y pruebas. https://www.ieee.org
- Agencias y guías técnicas (DOE, NREL): recomendaciones de ensayos y eficiencia en sistemas de almacenamiento. https://www.energy.gov, https://www.nrel.gov
- Recursos educativos y hojas de datos: Battery University (información práctica y fórmulas). https://batteryuniversity.com
Normativa específica aplicable al transporte y límites de Wh
Regulaciones de transporte (IATA/ICAO para aeronaves) y transporte terrestre establecen límites en Wh para baterías de litio transportadas en pasajeros y carga. Consultar:
- IATA Dangerous Goods Regulations — límites y embalaje para baterías.
- Reglamentos de transporte por carretera y ferrocarril aplicables según jurisdicción.
Verificación experimental y ensayos
Para obtener valores fiables se recomienda medir:
- Capacidad real mediante descarga a corriente constante hasta tensión de corte.
- Medición de tensión media durante la descarga para estimar Wh real.
- Pruebas a diferentes C-rates para obtener curva capacidad vs corriente.
- Ensayos de temperatura para caracterizar variaciones.
Equipamiento y métodos
- Analizadores de baterías con medición de Ah y Wh integrados.
- Celdas de prueba con control de temperatura.
- Software de registro (data logger) para curvas de voltaje / tiempo.
Checklist para implementar la conversión en proyectos
- Obtener ficha técnica oficial del fabricante (mAh, voltaje nominal, curvas de descarga).
- Calcular Wh según fórmula: Wh = (mAh × V) / 1000.
- Aplicar factores reales: DoD, eficiencia del sistema, margen por envejecimiento.
- Validar con ensayo de descarga real al C-rate de interés.
- Documentar supuestos y datos de prueba para trazabilidad.
Resumen técnico y recomendaciones operativas
La conversión mAh → Wh es lineal y sencilla pero requiere precisión en voltaje nominal y en consideraciones prácticas. Para diseño robusto incorpore márgenes por eficiencia y envejecimiento.
Recomendaciones clave:
- Usar voltaje nominal especificado por fabricante; en packs serie sumar voltajes.
- Incluir factor de eficiencia del sistema (convertidores, BMS) para estimar energía utilizable.
- En proyectos críticos, validar cálculos mediante pruebas reales de descarga.
- Cumplir normativas aplicables (IEC, IEEE, transporte) y mantener documentación técnica.
Lecturas y enlaces de referencia
- IEC — International Electrotechnical Commission: https://www.iec.ch
- IEEE — Institute of Electrical and Electronics Engineers: https://www.ieee.org
- U.S. Department of Energy (DOE) — Energy Efficiency & Renewable Energy: https://www.energy.gov
- NREL — National Renewable Energy Laboratory: https://www.nrel.gov
- Battery University — guías y artículos técnicos: https://batteryuniversity.com
- IATA — Dangerous Goods Regulations (baterías en transporte aéreo): https://www.iata.org
Observación final sobre seguridad
Los cálculos de energía no eximen de implementar medidas de seguridad: protección contra sobrecorriente, sobretemperatura, protección mecánica y procedimientos de manejo y almacenamiento según químicas de batería.