Wie man die Entladerate und die Lithiumbatterie versteht

Lithiumbatterien werden aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer in verschiedenen elektronischen Geräten häufig eingesetzt. Eine wichtige Eigenschaft vonEntladerate der Lithiumbatterie, was sich darauf bezieht, wie schnell die Batterie ihre gespeicherte Energie freisetzt. Das Verständnis derEntladerate der Lithiumbatterieist entscheidend für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit der Batterie und ihrer Eignung für verschiedene Anwendungen.

Was ist die C-Rate?

Die C-Rate ist eine Einheit zur Angabe eines Stromwerts, der zur Abschätzung und/oder Kennzeichnung der zu erwartenden Nutzungsdauer einer Batterie 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.c-Rate der Lithium-Ionen-BatterieDie C-Rate ist ein entscheidender Parameter, der die Leistung, Kapazität und Lebensdauer einer Batterie bestimmt. Ihr Verständnis und ihre Optimierung sind unerlässlich, um die Leistungsanforderungen einer spezifischen Anwendung mit der Batterielebensdauer in Einklang zu bringen. Durch die Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie Anwendungsanforderungen, Batteriedesign, Temperaturmanagement sowie geeigneter Lade- und Entladeprotokolle lässt sich die C-Rate effektiv steuern, um optimale Batterieleistung und -lebensdauer zu gewährleisten.

Beobachten Sie, wie die Lade- und Entladeraten skaliert werden und warum das wichtig ist.

Die Lade- und Entladeraten einer Batterie werden durch die C-Rate bestimmt. Die Kapazität einer Batterie wird üblicherweise mit 1C angegeben. Das bedeutet, dass eine voll geladene Batterie mit einer Kapazität von 1 Ah eine Stunde lang 1 A liefern sollte. Dieselbe Batterie sollte bei einer Entladung mit 0,5C zwei Stunden lang 500 mA liefern und bei 2C 30 Minuten lang 2 A. Verluste bei schnellen Entladungen verkürzen die Entladezeit und beeinflussen auch die Ladezeit.

Eine C-Rate von 1C entspricht einer einstündigen Entladung; 0,5C oder C/2 einer zweistündigen und 0,2C oder C/5 einer fünfstündigen Entladung. Einige Hochleistungsbatterien können unter moderater Belastung auch mit Raten über 1C geladen und entladen werden. Tabelle 1 zeigt die typischen Zeiten bei verschiedenen C-Raten.

Zur Berechnung des Laststroms bei Verwendung der Lade-/Entladerate kann man wie folgt vorgehen:

Daher gilt: C-Rate (C) = Lade- oder Entladestrom (A) / Nennkapazität der Batterie

Die zu erwartende Laufzeit der Batterie bei einer gegebenen Entladekapazität kann wie folgt ermittelt werden:

∴ Nutzungsdauer der Batterie = Entladekapazität (Ah) / Entladestrom (A)

Entladekapazität einesHochleistungs-LithiumzelleDie

[Beispiel] Bei Hochleistungsprodukten beträgt die Nennkapazität des Modells SLPB11043140H 4,8 Ah. Es handelt sich um eine Lithium-Ionen-NMC-Zelle.

1. Wie lautet die 1C-Entladestrombedingung in diesem Modell?

Daher gilt für den Lade- (oder Entlade-)strom (A) = Nennkapazität der Batterie * C-Rate = 4,8 * 1(C) = 4,8 A

Das bedeutet, dass die Batterie unter den aktuellen Entladebedingungen für 1 Stunde zur Verfügung steht.

2. Der Entladestrom unter 20C-Entladebedingungen beträgt 4,8 A * 20 C = 96 A. Diese Batterie zeigt auch unter 20C-Entladebedingungen eine hervorragende Leistung. Die verbleibende Laufzeit der Batterie bei einer Kapazität von 4,15 Ah ist im Folgenden aufgeführt.

∴ Nutzungsdauer (h) = Entladene Kapazität (Ah) / Stromstärke (A) = 4,15 (Ah) / 96 (A) ≒ 0,043 Stunden ≒ 2,6 Minuten bei 96 A

Das bedeutet, dass die Batterie bei einem Laststrom von 96 A 2,6 Minuten (0,043 h) lang verwendet werden kann.

Batteriekapazität verstehen

Die Entladerate dient als Ausgangspunkt zur Bestimmung der benötigten Batteriekapazität für den Betrieb verschiedener elektrischer Geräte. Das Produkt I × t ergibt die von der Batterie abgegebene Ladung Q in Coulomb. Ingenieure verwenden üblicherweise Amperestunden (Ah), um die Entladerate anhand der Zeit t in Stunden und des Stroms I in Ampere zu messen.

Daraus lässt sich die Batteriekapazität anhand von Werten wie diesen ableiten.Wattstunden (Wh)Diese Diagramme messen die Batteriekapazität bzw. die Entladeenergie in Watt, einer Einheit für Leistung. Ingenieure verwenden das Ragone-Diagramm, um die Wattstundenkapazität von Nickel- und Lithiumbatterien zu bestimmen. Das Ragone-Diagramm zeigt, wie die Entladeleistung (in Watt) mit steigender Entladeenergie (Wh) abnimmt. Die Diagramme verdeutlichen diesen umgekehrten Zusammenhang zwischen den beiden Größen.

Mithilfe dieser Diagramme können Sie die Batteriechemie nutzen, um die Leistung und die Entladerate verschiedener Batterietypen zu messen, einschließlichLithium-Eisenphosphat (LFP),Lithium-Mangan-Oxid (LMO), UndNickel-Mangan-Kobalt (NMC).

Wie ermittelt man die C-Rate einer Batterie?

Kleinere Batterien werden üblicherweise mit der 1C-Rate angegeben, die auch als Ein-Stunden-Rate bekannt ist. Wenn Ihre Batterie beispielsweise mit 3000 mAh bei einer Ein-Stunden-Rate gekennzeichnet ist, beträgt die 1C-Rate ebenfalls 3000 mAh. Die C-Rate Ihrer Batterie finden Sie in der Regel auf dem Etikett und im Datenblatt. Unterschiedliche Batteriechemien können unterschiedliche C-Raten aufweisen. Bleiakkumulatoren beispielsweise sind im Allgemeinen für eine sehr niedrige Entladerate von oft 0,05C oder eine 20-Stunden-Rate ausgelegt. Die chemische Zusammensetzung und die Bauart Ihrer Batterie bestimmen die maximale C-Rate. Lithiumakkumulatoren beispielsweise vertragen deutlich höhere Entladeraten als andere Batteriechemien wie z. B. Alkalibatterien. Sollten Sie die C-Rate Ihrer Batterie nicht auf dem Etikett oder im Datenblatt finden, empfehlen wir Ihnen, sich an den Hersteller zu wenden.Batterieherstellerdirekt.

Gleichung der Batterieentladekurve

Die Gleichung der Batterieentladekurve, die diesen Diagrammen zugrunde liegt, ermöglicht es, die Laufzeit einer Batterie durch Ermittlung des Kehrwerts der Steigung der Geraden zu bestimmen. Dies funktioniert, da die Einheit Wattstunde geteilt durch Watt die Laufzeit in Stunden angibt. In Form einer Gleichung ausgedrückt, lautet sie:E = C x Vavg für die Energie E in Wattstunden,Kapazität in Amperestunden C und Vavg durchschnittliche Entladespannung.

Wattstunden bieten eine praktische Möglichkeit, Entladungsenergie in andere Energieformen umzurechnen, da die Multiplikation der Wattstunden mit 3600 die Energie in Wattsekunden (Joule) ergibt. Joule werden häufig in anderen Bereichen der Physik und Chemie verwendet, beispielsweise für thermische Energie und Wärme in der Thermodynamik oder für Lichtenergie in der Laserphysik.

Neben der Entladerate sind einige weitere Messwerte hilfreich. Ingenieure messen die Speicherkapazität in C, was der Amperestundenkapazität geteilt durch genau eine Stunde entspricht. Man kann auch direkt von Watt in Ampere umrechnen, da die Formel P = I × V für die Leistung P in Watt, den Strom I in Ampere und die Spannung V in Volt einer Batterie gilt.

Eine 4-V-Batterie mit einer Kapazität von 2 Amperestunden (Ah) hat beispielsweise eine Wattstundenkapazität von 2 Wh. Das bedeutet, dass man entweder eine Stunde lang mit 2 Ampere Strom verbrauchen oder zwei Stunden lang mit einem Ampere. Stromstärke und Zeit hängen voneinander ab, wie die Amperestunden-Kapazität angibt.

Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl der richtigen Batterie für Ihre Anwendung benötigen, wenden Sie sich bitte an einen derBSLBATT Lithium-BatterieAnwendungsingenieure.