Cómo entender la tasa de descarga y las baterías de litio

Las baterías de litio se utilizan ampliamente en diversos dispositivos electrónicos debido a su alta densidad de energía y larga vida útil. Una característica importante detasa de descarga de la batería de litio, que se refiere a la rapidez con la que la batería libera su energía almacenada. Comprender latasa de descarga de la batería de litioes fundamental para determinar el rendimiento de la batería y su idoneidad para diferentes aplicaciones.

¿Qué es la tasa C?

La tasa C es una unidad para declarar un valor de corriente que se utiliza para estimar y/o designar el tiempo efectivo esperado de la batería bajo condiciones variables de carga/descarga. La corriente de carga y descarga de una batería se mide en tasa C. La mayoría de las baterías portátiles tienen una clasificación de 1C.tasa de descarga de una batería de iones de litioLa tasa C es un parámetro crítico que determina su potencia, capacidad y vida útil. Comprender y optimizar la tasa C es fundamental para equilibrar los requisitos de suministro de energía de una aplicación específica con la durabilidad de la batería. Al considerar diversos factores como los requisitos de la aplicación, el diseño de la batería, la gestión de la temperatura y los protocolos adecuados de carga y descarga, la tasa C se puede gestionar eficazmente para garantizar un rendimiento y una vida útil óptimos de la batería.

Observa cómo se escalan las tasas de carga y descarga y por qué es importante.

Las tasas de carga y descarga de una batería se rigen por la tasa C. La capacidad de una batería se suele indicar en 1C, lo que significa que una batería completamente cargada con una capacidad nominal de 1 Ah debería proporcionar 1 A durante una hora. La misma batería, descargándose a 0,5C, debería proporcionar 500 mA durante dos horas, y a 2C, proporciona 2 A durante 30 minutos. Las pérdidas durante las descargas rápidas reducen el tiempo de descarga y también afectan a los tiempos de carga.

Una tasa de descarga de 1C se conoce como descarga de una hora; 0,5C o C/2 corresponde a una descarga de dos horas, y 0,2C o C/5 a una descarga de cinco horas. Algunas baterías de alto rendimiento pueden cargarse y descargarse a tasas superiores a 1C con una carga moderada. La Tabla 1 muestra los tiempos típicos para diferentes tasas de descarga.

Para calcular el valor de la corriente de carga con la tasa de carga/descarga, se puede obtener mediante:

∴ Tasa C (C) = Corriente de carga o descarga (A) / Capacidad nominal de la batería

Además, el tiempo disponible esperado de la batería con una capacidad de descarga determinada se puede obtener mediante:

∴ Horas de uso de la batería = Capacidad de descarga (Ah) / Corriente de descarga (A)

Capacidad de descarga de uncelda de litio de alta potencia.

[Ejemplo] En productos de alta potencia, la capacidad nominal del modelo SLPB11043140H es de 4,8 Ah. Una celda de iones de litio NMC.

1. ¿Cuál es la condición de corriente de descarga de 1C en este modelo?

∴ Corriente de carga (o descarga) (A) = Capacidad nominal de la batería * Tasa C = 4,8 * 1(C) = 4,8 A

Esto significa que la batería estará disponible durante 1 hora con esta condición de descarga actual.

2. El valor de la corriente de descarga en condiciones de descarga de 20C es 4,8(A)*20(C)=96A. Esta batería demuestra un excelente rendimiento incluso en condiciones de descarga de 20C. A continuación se muestra el tiempo disponible de la batería cuando su capacidad es de 4,15 Ah.

∴ Horas de uso (h) = Capacidad de descarga (Ah) / Corriente aplicada (A) = 4,15 (Ah) / 96 (A) ≒ 0,043 horas ≒ 2,6 minutos con 96 A

Esto significa que la batería se puede usar durante 2,6 minutos (0,043 h) con una corriente de carga de 96 A.

Comprender la capacidad de la batería

La tasa de descarga proporciona el punto de partida para determinar la capacidad de una batería necesaria para alimentar diversos dispositivos eléctricos. El producto I xt es la carga Q, en culombios, que suministra la batería. Los ingenieros suelen preferir utilizar amperios-hora para medir la tasa de descarga, empleando el tiempo t en horas y la corriente I en amperios.

A partir de esto, puedes comprender la capacidad de la batería utilizando valores comovatios-hora (Wh)que miden la capacidad o energía de descarga de la batería en vatios, una unidad de potencia. Los ingenieros utilizan el diagrama de Ragone para evaluar la capacidad en vatios-hora de las baterías de níquel y litio. Los diagramas de Ragone muestran cómo la potencia de descarga (en vatios) disminuye a medida que aumenta la energía de descarga (Wh). Estos diagramas ilustran esta relación inversa entre ambas variables.

Estas gráficas le permiten utilizar la química de la batería para medir la potencia y la tasa de descarga de diferentes tipos de baterías, incluidasfosfato de hierro y litio (LFP),óxido de litio-manganeso (LMO), yníquel manganeso cobalto (NMC).

¿Cómo encontrar la clasificación C de una batería?

Las baterías más pequeñas suelen tener una clasificación de 1C, también conocida como tasa de una hora. Por ejemplo, si su batería está etiquetada como 3000 mAh a una hora, entonces la clasificación de 1C es de 3000 mAh. Generalmente encontrará la tasa C de su batería en su etiqueta y en la hoja de datos de la batería. Las diferentes químicas de baterías a veces muestran diferentes tasas C; por ejemplo, las baterías de plomo-ácido generalmente tienen una clasificación de tasa de descarga muy baja, a menudo 0,05C, o una tasa de 20 horas. La química y el diseño de su batería determinarán la tasa C máxima de su batería; las baterías de litio, por ejemplo, pueden tolerar tasas de descarga C mucho más altas que otras químicas como las alcalinas. Si no puede encontrar la clasificación C de la batería en la etiqueta o la hoja de datos, le recomendamos que se ponga en contacto con el fabricante.fabricante de bateríasdirectamente.

Ecuación de la curva de descarga de la batería

La ecuación de la curva de descarga de la batería que subyace a estos gráficos permite determinar la duración de una batería calculando la pendiente inversa de la línea. Esto funciona porque las unidades de vatio-hora divididas por vatio dan como resultado horas de duración. Al expresar estos conceptos en forma de ecuación, se puede escribir:E = C x Vavg para la energía E en vatios-hora,capacidad en amperios-hora C, y Vavg voltaje promedio de la descarga.

Los vatios-hora ofrecen una forma práctica de convertir la energía de descarga en otras formas de energía, ya que al multiplicar los vatios-hora por 3600 para obtener vatios-segundo, se obtiene la energía en julios. Los julios se utilizan con frecuencia en otras áreas de la física y la química, como la energía térmica y el calor en termodinámica o la energía de la luz en física láser.

Además de la tasa de descarga, otras mediciones diversas resultan útiles. Los ingenieros también miden la capacidad de potencia en unidades de C, que es la capacidad en amperios-hora dividida por una hora. También se puede convertir directamente de vatios a amperios sabiendo que P = I x V, donde P se expresa en vatios, I en amperios y V en voltios para una batería.

Por ejemplo, una batería de 4 V con una capacidad de 2 amperios-hora tiene una capacidad de 2 vatios-hora (Wh). Esto significa que se puede consumir una corriente de 2 amperios durante una hora o de 1 amperio durante dos horas. La relación entre la corriente y el tiempo depende de la capacidad en amperios-hora.

Si necesita ayuda para encontrar la batería adecuada para su aplicación, póngase en contacto con uno de losBatería de litio BSLBATTingenieros de aplicaciones.