Comment comprendre le taux de décharge et les batteries au lithium

Les batteries au lithium sont largement utilisées dans divers appareils électroniques en raison de leur haute densité énergétique et de leur longue durée de vie. Une caractéristique importante detaux de décharge de la batterie au lithium, ce qui fait référence à la vitesse à laquelle la batterie libère son énergie stockée. Comprendre letaux de décharge de la batterie au lithiumest crucial pour déterminer les performances de la batterie et son adéquation à différentes applications.

Qu'est-ce que le taux C ?

Le taux C est une unité de mesure permettant d'exprimer une valeur de courant utilisée pour estimer et/ou désigner la durée de vie utile prévue d'une batterie dans des conditions de charge/décharge variables. Le courant de charge et de décharge d'une batterie est mesuré en taux C. La plupart des batteries portables sont conçues pour un taux de 1C.taux de charge des batteries lithium-ionLe taux de décharge (C-rate) est un paramètre essentiel qui détermine la puissance, la capacité et la durée de vie d'une batterie. Comprendre et optimiser le C-rate est primordial pour équilibrer les besoins en énergie d'une application spécifique et la longévité de la batterie. En tenant compte de divers facteurs tels que les exigences de l'application, la conception de la batterie, la gestion de la température et les protocoles de charge et de décharge appropriés, le C-rate peut être géré efficacement afin de garantir des performances et une durée de vie optimales.

Observez comment les taux de charge et de décharge sont mis à l'échelle et pourquoi cela est important.

Les vitesses de charge et de décharge d'une batterie sont régies par le taux C. La capacité d'une batterie est généralement exprimée en C1, ce qui signifie qu'une batterie pleinement chargée de 1 Ah devrait fournir 1 A pendant une heure. La même batterie, se déchargeant à 0,5 C, devrait fournir 500 mA pendant deux heures, et à 2 C, elle fournit 2 A pendant 30 minutes. Les pertes lors des décharges rapides réduisent la durée de décharge et influent également sur les temps de charge.

Un taux de charge/décharge de 1C correspond à une décharge d'une heure ; 0,5C (ou C/2) correspond à une décharge de deux heures et 0,2C (ou C/5) à une décharge de cinq heures. Certaines batteries hautes performances peuvent être chargées et déchargées à un taux supérieur à 1C sous contrainte modérée. Le tableau 1 illustre les durées typiques pour différents taux de charge/décharge.

Pour calculer la valeur du courant de charge en fonction du taux de charge/décharge, on peut l'obtenir par :

∴ Taux C (C) = Courant de charge ou de décharge (A) / Capacité nominale de la batterie

De plus, la durée de vie prévue de la batterie pour une capacité de décharge donnée peut être obtenue par ;

∴ Durée d'utilisation de la batterie = Capacité de décharge (Ah) / Courant de décharge (A)

Capacité de décharge d'uncellule au lithium haute puissance.

[Exemple] Dans les produits haute puissance, la capacité nominale du modèle SLPB11043140H est de 4,8 Ah. Une cellule lithium-ion NMC.

1. Quelles sont les conditions du courant de décharge 1C dans ce modèle ?

∴ Courant de charge (ou de décharge) (A) = Capacité nominale de la batterie * Taux C = 4,8 * 1(C) = 4,8 A

Cela signifie que la batterie est disponible pendant 1 heure dans ces conditions de décharge actuelles.

2. Le courant de décharge sous un régime de 20C est de 4,8 A × 20 C = 96 A. Cette batterie présente d'excellentes performances même sous un régime de décharge de 20C. Voici l'autonomie de la batterie lorsque sa capacité est de 4,15 Ah.

∴ Durée d'utilisation (h) = Capacité déchargée (Ah) / Courant appliqué (A) = 4,15 (Ah) / 96 (A) ≒ 0,043 heure ≒ 2,6 minutes avec 96 A

Cela signifie que la batterie peut être utilisée pendant 2,6 minutes (0,043 h) avec un courant de charge de 96 A.

Comprendre la capacité de la batterie

Le taux de décharge permet de déterminer la capacité d'une batterie nécessaire au fonctionnement de divers appareils électriques. Le produit I x t représente la charge Q, en coulombs, fournie par la batterie. Les ingénieurs préfèrent généralement utiliser les ampères-heures pour mesurer le taux de décharge, en fonction du temps t (en heures) et du courant I (en ampères).

À partir de là, vous pouvez comprendre la capacité de la batterie à l'aide de valeurs commewatt-heures (Wh)Ces dispositifs mesurent la capacité ou l'énergie de décharge d'une batterie en watts, une unité de puissance. Les ingénieurs utilisent le diagramme de Ragone pour évaluer la capacité en wattheures des batteries au nickel et au lithium. Ce diagramme illustre la diminution de la puissance de décharge (en watts) à mesure que l'énergie de décharge (en Wh) augmente. Il met en évidence cette relation inverse entre les deux variables.

Ces graphiques permettent d'utiliser la chimie de la batterie pour mesurer la puissance et le taux de décharge de différents types de batteries, notammentphosphate de fer lithié (LFP),oxyde de lithium-manganèse (LMO), etnickel manganèse cobalt (NMC).

Comment déterminer le taux de décharge (C) d'une batterie ?

Les batteries de petite capacité sont généralement évaluées à un taux de décharge de 1C, également appelé taux horaire. Par exemple, si votre batterie est étiquetée 3000 mAh à un taux horaire, alors son taux de décharge de 1C est de 3000 mAh. Vous trouverez généralement le taux C de votre batterie sur son étiquette et dans sa fiche technique. Différentes compositions chimiques de batteries peuvent parfois afficher des taux C différents. Par exemple, les batteries au plomb-acide sont généralement évaluées à un taux de décharge très faible, souvent de 0,05C, soit un taux de 20 heures. La composition chimique et la conception de votre batterie détermineront son taux C maximal. Les batteries au lithium, par exemple, peuvent tolérer des taux de décharge C beaucoup plus élevés que d'autres compositions chimiques, telles que les batteries alcalines. Si vous ne trouvez pas le taux C de la batterie sur l'étiquette ou la fiche technique, nous vous conseillons de contacter le fabricant.fabricant de batteriesdirectement.

Équation de la courbe de décharge de la batterie

L'équation de la courbe de décharge de la batterie, qui sous-tend ces graphiques, permet de déterminer l'autonomie d'une batterie en trouvant l'inverse de la pente de la droite. Cela fonctionne car les unités de wattheure divisées par les watts donnent l'autonomie en heures. En traduisant ces concepts sous forme d'équation, on peut écrire :E = C x Vavg pour l'énergie E en wattheures,capacité en ampères-heures C, et Vavg tension moyenne de la décharge.

Les wattheures permettent de convertir facilement l'énergie de décharge en d'autres formes d'énergie : en multipliant les wattheures par 3 600 pour obtenir des wattsecondes, on obtient l'énergie en joules. Les joules sont fréquemment utilisés dans d'autres domaines de la physique et de la chimie, comme l'énergie thermique et la chaleur en thermodynamique, ou l'énergie lumineuse en physique des lasers.

Quelques autres mesures diverses sont utiles en plus du taux de décharge. Les ingénieurs mesurent également la capacité de puissance en C, soit la capacité en ampères-heures divisée par une heure. On peut aussi convertir directement les watts en ampères en sachant que P = I × V, où P est la puissance en watts, I le courant en ampères et V la tension en volts pour une batterie.

Par exemple, une batterie de 4 V d'une capacité de 2 ampères-heures possède une capacité de 2 wattheures. Cela signifie qu'elle peut fournir un courant de 2 ampères pendant une heure ou un courant de 1 ampère pendant deux heures. La relation entre le courant et la durée est directement liée à la capacité de la batterie (exprimée en ampères-heures).

Si vous avez besoin d'aide pour trouver la batterie adaptée à votre application, veuillez contacter l'un de nos conseillers.Batterie au lithium BSLBATTingénieurs d'application.