So verstehen Sie die Entladerate und die Lithiumbatterie

Was ist C-Rate?

Die C-Rate ist eine Einheit zur Angabe eines Stromwerts, der zur Schätzung und/oder Angabe der erwarteten effektiven Batterielebensdauer unter variablen Lade-/Entladebedingungen verwendet wird. Der Lade- und Entladestrom einer Batterie wird in C-Rate gemessen. Die meisten tragbaren Batterien sind für 1C ausgelegt. Der c-Rate des Lithium-Ionen-Akkus ist ein kritischer Parameter, der seine Leistungsabgabe, Kapazität und Lebensdauer bestimmt. Das Verständnis und die Optimierung der C-Rate ist wichtig, um die Leistungsanforderungen einer bestimmten Anwendung mit der Langlebigkeit der Batterie in Einklang zu bringen. Durch die Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie Anwendungsanforderungen, Batteriedesign, Temperaturmanagement und geeignete Lade- und Entladeprotokolle kann die C-Rate effektiv verwaltet werden, um eine optimale Batterieleistung und Langlebigkeit sicherzustellen.

Beobachten Sie, wie die Lade- und Entladeraten skaliert sind und warum dies wichtig ist.

Die Lade- und Entladeraten einer Batterie werden durch C-Raten geregelt. Die Kapazität einer Batterie wird üblicherweise mit 1C angegeben, was bedeutet, dass eine voll geladene Batterie mit einer Nennleistung von 1Ah eine Stunde lang 1A liefern sollte. Der gleiche Akku sollte beim Entladen bei 0,5 °C zwei Stunden lang 500 mA liefern, bei 2 °C liefert er 30 Minuten lang 2 A. Verluste bei schnellen Entladungen verkürzen die Entladezeit und diese Verluste wirken sich auch auf die Ladezeiten aus.

Eine C-Rate von 1C wird auch als einstündige Entladung bezeichnet; 0,5 °C oder C/2 entspricht einer zweistündigen Entladung und 0,2 °C oder C/5 entspricht einer fünfstündigen Entladung. Einige Hochleistungsbatterien können bei mäßiger Belastung über 1C geladen und entladen werden. Tabelle 1 zeigt die typischen Zeiten bei verschiedenen C-Raten.

Um den Laststromwert mit der Lade-/Entladerate zu berechnen, kann er wie folgt ermittelt werden:

∴ C-Rate (C) = Lade- oder Entladestrom (A) / Nennkapazität der Batterie

Außerdem kann die erwartete verfügbare Zeit der Batterie bei einer gegebenen Entladekapazität ermittelt werden durch:

∴ Verbrauchte Stunde der Batterie = Entladekapazität (Ah) / Entladestrom (A)

Entladungsfähigkeit eines Hochleistungs-Lithiumzelle .

[Beispiel] Bei Hochleistungsprodukten beträgt die Nennkapazität des Modells SLPB11043140H 4,8 Ah. Eine Lithium-Ionen-NMC-Zelle.

1. Wie ist der 1C-Entladestromzustand in diesem Modell?

∴ Lade- (oder Entlade-)Strom (A) = Nennkapazität der Batterie * C-Rate = 4,8 * 1(C) = 4,8 A

Dies bedeutet, dass der Akku bei diesem aktuellen Entladezustand 1 Stunde lang verfügbar ist.

2. Der Entladestromwert bei einer Entladebedingung von 20 °C beträgt 4,8 (A) * 20 (C) = 96 A. Diese Batterie zeigt eine hervorragende Leistung, selbst wenn die Batterie bei einer Entladebedingung von 20 °C entladen wird. Das Folgende ist die verfügbare Zeit der Batterie, wenn die Kapazität einer Batterie 4,15 Ah anzeigt

∴ Verwendete Stunden (h) = Entladene Kapazität (Ah) / Angelegter Strom (A) = 4,15 (Ah) / 96 (A) ≒ 0,043 Stunden ≒ 2,6 Minuten mit 96 A

Dies bedeutet, dass der Akku 2,6 Minuten (0,043 Stunden) bei einem Laststrom von 96 A verwendet werden kann

Batteriekapazität verstehen

Die Entladerate bietet Ihnen einen Ausgangspunkt für die Bestimmung der Kapazität einer Batterie, die für den Betrieb verschiedener elektrischer Geräte erforderlich ist. Das Produkt I xt ist die von der Batterie abgegebene Ladung Q in Coulomb. Ingenieure bevorzugen normalerweise die Verwendung von Amperestunden, um die Entladerate zu messen, indem sie die Zeit t in Stunden und den Strom I in Ampere verwenden.

Daraus können Sie die Batteriekapazität anhand von Werten wie verstehen Wattstunden (Wh) Sie messen die Kapazität oder Entladeenergie der Batterie in Watt, einer Leistungseinheit. Ingenieure nutzen das Ragone-Diagramm, um die Wattstundenkapazität von Batterien aus Nickel und Lithium zu bewerten. Die Ragone-Diagramme zeigen, wie die Entladeleistung (in Watt) mit zunehmender Entladeenergie (Wh) abnimmt. Die Diagramme zeigen diese umgekehrte Beziehung zwischen den beiden Variablen.

Mit diesen Diagrammen können Sie die Batteriechemie verwenden, um die Leistung und Entladerate verschiedener Batterietypen zu messen Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) , Lithium-Mangan-Oxid (LMO) , Und Nickel-Mangan-Kobalt (NMC).

Wie finde ich die C-Bewertung einer Batterie?

Kleinere Batterien werden üblicherweise mit der 1C-Bewertung bewertet, die auch als Ein-Stunden-Rate bezeichnet wird. Wenn Ihr Akku beispielsweise mit 3000 mAh bei einer Stundenrate beschriftet ist, beträgt die 1C-Bewertung 3000 mAh. Den C-Wert Ihrer Batterie finden Sie im Allgemeinen auf dem Etikett und im Datenblatt der Batterie. Unterschiedliche Batteriechemien weisen manchmal unterschiedliche C-Werte auf. Beispielsweise sind Blei-Säure-Batterien im Allgemeinen für eine sehr niedrige Entladerate ausgelegt, oft 0,05 °C, oder eine 20-Stunden-Rate. Die Chemie und das Design Ihrer Batterie bestimmen die maximale C-Rate Ihrer Batterie. Lithiumbatterien können beispielsweise viel höhere C-Raten bei der Entladung tolerieren als andere chemische Zusammensetzungen wie Alkalibatterien. Wenn Sie die Batterie-C-Bewertung nicht auf dem Etikett oder Datenblatt finden, empfehlen wir Ihnen, sich an den zu wenden Batteriehersteller direkt.

Gleichung für die Batterieentladungskurve

Mithilfe der Batterieentladungskurvengleichung, die diesen Diagrammen zugrunde liegt, können Sie die Laufzeit einer Batterie bestimmen, indem Sie die umgekehrte Steigung der Linie ermitteln. Dies funktioniert, weil die Einheit Wattstunde dividiert durch Watt Stunden Laufzeit ergibt. Wenn Sie diese Konzepte in Gleichungsform bringen, können Sie schreiben E = C x Vavg für Energie E in Wattstunden, Kapazität in Amperestunden C und Vavg durchschnittliche Spannung der Entladung.

Wattstunden bieten eine bequeme Möglichkeit, Entladungsenergie in andere Energieformen umzurechnen, denn wenn man die Wattstunden mit 3600 multipliziert, um Wattsekunden zu erhalten, erhält man die Energie in der Einheit Joule. Joule werden häufig in anderen Bereichen der Physik und Chemie verwendet, beispielsweise als thermische Energie und Wärme für die Thermodynamik oder als Lichtenergie in der Laserphysik.

Neben der Entladungsrate sind noch einige andere Messungen hilfreich. Ingenieure messen die Leistungsfähigkeit auch in der Einheit C, also der Amperestundenkapazität geteilt durch genau eine Stunde. Sie können Watt auch direkt in Ampere umrechnen, wenn Sie wissen, dass P = I x V für die Leistung P in Watt, den Strom I in Ampere und die Spannung V in Volt für eine Batterie ist.

Beispielsweise hat eine 4-V-Batterie mit einer Nennleistung von 2 Amperestunden eine Wattstundenkapazität von 2 Wh. Diese Messung bedeutet, dass Sie eine Stunde lang Strom mit 2 Ampere oder zwei Stunden lang Strom mit einem Ampere ziehen können. Das Verhältnis zwischen Strom und Zeit hängt voneinander ab, wie durch die Amperestundenzahl angegeben.

Wenn Sie Hilfe bei der Suche nach der richtigen Batterie für Ihre Anwendung benötigen, wenden Sie sich bitte an einen der BSLBATT Lithiumbatterie Anwendungstechniker.