Conversor Wh a mAh con voltaje: calculadora rápida para baterías

Calculadora rápida para convertir Wh a mAh considerando voltaje y eficiencia real en baterías sistema.

Guía técnica con fórmulas, tablas, ejemplos prácticos y normas internacionales aplicables para diseño de baterías.

Fundamentos físicos y eléctricos del conversor Wh a mAh

El vatios-hora (Wh) mide energía eléctrica disponible: es el producto entre voltaje (V) y amperio-hora (Ah). La capacidad en miliamperio-hora (mAh) es una medida de carga (corriente × tiempo), útil para comparar baterías celulares y packs pequeños. La relación básica entre energía y capacidad es algebraica y permite convertir Wh a mAh mediante el voltaje nominal de la batería.

En la práctica es imprescindible considerar factores adicionales: profundidad de descarga (DoD), eficiencia de conversión, pérdidas por calentamiento, envejecimiento y efectos del régimen de descarga (C-rate). Estos factores afectan la capacidad utilizable y, por tanto, la equivalencia práctica entre Wh y mAh.

Fórmulas esenciales para la conversión y variables explicadas

Fórmula básica de conversión

Explicación de variables y valores típicos

• Wh: Energía en vatios-hora. Ejemplo típico: 10 Wh (power banks pequeños) hasta 1000 Wh (sistemas residenciales pequeños).
• V: Voltaje nominal de la batería en voltios. Valores típicos: 1.2 V (NiMH celda), 1.5 V (alcalina), 3.2–3.3 V (LiFePO4), 3.6–3.7 V (Li-ion), 12 V (batería lead-acid pack), 24 V, 48 V (sistemas industriales).
• mAh: Capacidad en miliamperio-hora resultante de la conversión.
• DoD: Depth of Discharge (profundidad de descarga), fracción de energía realmente usable. Ejemplo: DoD = 0.8 para algunos Li-ion, DoD = 0.5 recomendable para plomo-ácido para alargar vida.
• η (eta): Eficiencia del sistema (pérdidas internas, controladores, conversores DC-DC o inversores). Valores típicos: 0.85–0.95 para baterías + BMS en DC; para inversores DC-AC total puede bajar a 0.85 o menos.

Fórmula para capacidad utilizable (considerando DoD y eficiencia)

Donde:

• mAh_usable: capacidad expresada en mAh utilizable bajo condiciones reales.
• Wh: energía nominal de la batería.
• DoD: fracción utilizable (0–1).
• η: eficiencia del sistema (0–1).
• V: voltaje nominal del pack.

Configuraciones de celdas y su impacto en la conversión

Al diseñar packs se combinan celdas en serie y paralelo. Es importante entender cómo afecta esto a la relación Wh ↔ mAh:

• Serie (n celdas): V_pack = n × V_cell, Ah_pack = Ah_cell. La energía (Wh) aumenta proporcionalmente al voltaje; la capacidad en Ah no cambia.
• Paralelo (m ramas): V_pack = V_cell, Ah_pack = m × Ah_cell. La energía aumenta proporcionalmente a Ah_total; el voltaje nominal permanece igual.
• Para packs: Wh_pack = V_pack × Ah_pack. La conversión a mAh se hace usando el voltaje del pack (V_pack).

Tablas de referencia: voltajes y conversiones comunes

Las tablas siguientes muestran conversiones de Wh a mAh en voltajes típicos de baterías y packs. Use el voltaje nominal real del sistema para calcular.

Tabla de química celular y voltajes nominales

Factores que alteran la equivalencia práctica Wh ↔ mAh

Efecto de la temperatura

La capacidad disponible varía con la temperatura. A baja temperatura la resistencia interna aumenta y la capacidad efectiva disminuye. Por ejemplo, Li-ion puede perder 10–30% de capacidad utilizable a bajas temperaturas (<0 °C).

Efecto del régimen de descarga (C-rate)

A tasas de descarga altas (alto C), la capacidad entregada disminuye por polarización y calentamiento. Para baterías comerciales:

• Descargas a 0.2 C suelen ofrecer capacidad cercana al nominal.
• Descargas a 1 C o superiores pueden reducir capacidad visible varios porcentajes.

Resistencia interna y caída de tensión

La caída de tensión bajo carga reduce la energía utilizable a voltajes nominales. Para conversión precisa, considerar voltaje bajo carga V_load y usarlo en la fórmula si se dispone del dato.

Cómo construir una calculadora rápida: pasos metodológicos

1. Entrada: Wh disponible y voltaje nominal del pack (V_pack).
2. Opcional: introducir DoD y eficiencia η si se desea capacidad utilizable.
3. Aplicar fórmula básica: mAh = (Wh / V_pack) × 1000.
4. Si se solicita utilizable: mAh_usable = (Wh × DoD × η / V_pack) × 1000.
5. Presentación: redondear a unidades de mAh apropiadas; mostrar advertencias sobre condiciones T, C-rate y envejecimiento.

Ejemplos reales con desarrollo completo

Ejemplo 1: Power bank de 20 Wh a 3.7 V con eficiencia y DoD

Planteamiento: un power bank anuncia 20 Wh. Se desea conocer la capacidad equivalente en mAh para una celda nominal 3.7 V. Además, considerar que el BMS y la conversión USB reducen la energía utilizable al 90% (η = 0.90) y que se asume DoD = 0.95 (se puede usar casi toda la capacidad).

Paso 1 — Conversión básica sin pérdidas:

Cálculo: 20 / 3.7 = 5.405405405... × 1000 = 5405.405 → redondeado = 5405 mAh (valor teórico).

Paso 2 — Capacidad utilizable considerando eficiencia y DoD:

Cálculo intermedio: 20 × 0.95 × 0.90 = 17.1 Wh útiles; 17.1 / 3.7 = 4.621621621... × 1000 ≈ 4622 mAh.

Resultado práctico: aunque la conversión teórica da ~5405 mAh, la capacidad esperada entregable en condiciones reales es ~4622 mAh.

Ejemplo 2: Sistema fotovoltaico con batería de 1000 Wh a 12 V y DoD conservadora

Planteamiento: se dispone de una batería con 1000 Wh nominales a 12 V (por ejemplo, banco de baterías plomo-ácido). Se desea calcular la capacidad en mAh y la capacidad utilizable si se aplica un DoD recomendado del 50% para extender la vida útil y una eficiencia del inversor/bms del 0.9.

Paso 1 — Conversión básica a mAh:

mAh = (1000 / 12) × 1000 = 83.333... × 1000 = 83333 mAh.

Paso 2 — Capacidad utilizable con DoD y eficiencia:

Intermedio: 1000 × 0.5 × 0.9 = 450 Wh efectivas; 450 / 12 = 37.5 Ah → 37500 mAh.

Resultado práctico: la batería de 1000 Wh a 12 V corresponde a 83333 mAh nominales; con DoD=50% y η=90% la capacidad realmente usable sería aproximadamente 37500 mAh.

Ejemplo 3: Dispositivo que consume 2 A a 5 V durante 5 horas — ¿qué Wh y mAh se requieren?

Planteamiento: un dispositivo USB consume 2 A a 5 V durante 5 horas. Calcular energía requerida en Wh y la capacidad equivalente en mAh para un banco de baterías basado en celdas 3.7 V, asumiendo conversión DC-DC eficiencia 0.9.

Paso 1 — Energía requerida:

Potencia = V × I = 5 V × 2 A = 10 W; Energía = 10 W × 5 h = 50 Wh.

Paso 2 — Calcular mAh para banco 3.7 V sin pérdidas:

mAh = (50 / 3.7) × 1000 ≈ 13514 mAh.

Paso 3 — Considerar eficiencia de conversión (0.9):

mAh_real = (55.556 / 3.7) × 1000 ≈ 15015 mAh.

Resultado práctico: se necesitan aproximadamente 15,015 mAh a 3.7 V si se consideran las pérdidas de conversión; sin pérdidas la cifra sería ~13,514 mAh.

Buenas prácticas de diseño y seguridad

• Siempre usar el voltaje nominal correcto del pack para la conversión; usar voltaje bajo carga si se busca mayor precisión.
• Incluir márgenes de seguridad en capacidad: 10–20% adicionales para compensar envejecimiento y tolerancias de fabricación.
• Respetar normas de carga/descarga y protección (BMS) según química de la batería.
• Considerar control térmico para mantener eficiencia y vida útil.
• Documentar DoD y régimen de uso para especificaciones reales de entrega de energía.

Verificación experimental y metodologías de prueba

Para validar una conversión en laboratorio o en campo:

1. Medir la energía real entregada con un medidor de potencia (registrar V(t) y I(t) para integrar Wh).
2. Comparar Wh medida con el valor nominal y calcular mAh mediante la fórmula.
3. Probar a diferentes C-rates y temperaturas para establecer curvas de capacidad vs. corriente y temperatura.
4. Registrar pérdidas en convertidores DC-DC o inversores para ajustar η de la calculadora.

Normativas, estándares y referencias técnicas

Para diseño, pruebas y seguridad, consultar estándares internacionales y guías técnicas reconocidas:

• IEC 61960: especificaciones para celdas recargables de iones de litio. (https://www.iec.ch)
• IEC 62133: requisitos de seguridad para baterías recargables portátiles. (https://www.iec.ch)
• IEEE artículos y guías sobre pruebas de baterías y gestión de energía. (https://www.ieee.org)
• Battery University: recursos técnicos, pruebas y explicaciones sobre químicas de baterías. (https://batteryuniversity.com)
• NREL: publicaciones sobre almacenamiento de energía y sistemas fotovoltaicos con baterías. (https://www.nrel.gov)
• ISO / IEC: para requisitos específicos de aplicación y certificación; consultar catálogos oficiales. (https://www.iso.org)

Nota: las páginas de los comités IEC e ISO suelen requerir compra de normas; use las guías y resúmenes técnicos públicos cuando sea necesario.

Resumen operativo para profesionales (checklist rápido)

• Determinar Wh real o nominal del sistema.
• Identificar voltaje nominal del pack (usar voltaje bajo carga si está disponible).
• Aplicar mAh = (Wh / V) × 1000 para valor teórico.
• Incluir DoD y eficiencia para mAh utilizable con la fórmula mAh_usable = (Wh × DoD × η / V) × 1000.
• Considerar temperatura, C-rate, envejecimiento y pérdidas de conversión; añadir margen operacional.
• Verificar con mediciones reales y ajustar parámetros en la calculadora.

Checklist técnico para implementación de la calculadora

1. Inputs mínimos: Wh, V_pack.
2. Inputs opcionales: DoD, η, temperatura estimada, C-rate esperado.
3. Salida: mAh teórico y mAh utilizable; mostrar advertencias y supuestos.
4. Funciones avanzadas: conversión entre configuraciones serie/paralelo, estimación de tiempo de descarga para una carga conocida.
5. Logs: conservar resultados y parámetros para auditoría y comprobación en campo.

Lecturas recomendadas y enlaces de autoridad

• Battery University — Guías sobre química, pruebas de capacidad y degradación: https://batteryuniversity.com
• NREL — Artículos sobre integración de almacenamiento con renovables y metodología de pruebas: https://www.nrel.gov
• IEC — Página principal para buscar normas aplicables: https://www.iec.ch
• ISO — Catálogo de estándares internacionales: https://www.iso.org
• IEEE Xplore — Publicaciones técnicas y papers sobre pruebas y comportamiento de baterías: https://ieeexplore.ieee.org

Notas finales técnicas

La conversión Wh ↔ mAh es directa y útil para escalar diseños y comparar sistemas, pero los números teóricos deben ajustarse por condiciones reales de operación. Implementar una calculadora que acepte parámetros operativos (DoD, eficiencia, temperatura y C-rate) ofrece resultados más fiables para ingeniería y especificaciones comerciales. Para aplicaciones críticas, validar siempre con pruebas prácticas y cumplir la normativa vigente.