Пояснення та розрахунок рейтингу батареї C

Що таке рейтинг батареї C?

Рейтинг батареї C можна визначити як міру, за якої батарея розряджається відносно максимальної ємності батарей.

Швидкість заряду та розряду батареї контролюється рейтингом C батареї. Іншими словами, це керівний показник того, при якому струмі заряджаються або розряджаються призначені батареї та як швидко це відбувається.

Ємність батареї, як правило, розрахована та позначена як швидкість 3C (струм 3C), це означає, що повністю заряджена батарея ємністю 100Ah повинна бути в змозі забезпечити струм 3*100A протягом однієї третини години, та сама батарея 100Ah розряджається за C-rate 1C забезпечить 100Amps протягом однієї години, а якщо розрядити зі швидкістю 0.5C це забезпечить 50Amps протягом 2 годин.

Коефіцієнт C дуже важливо знати, оскільки для більшості акумуляторів доступна накопичена енергія залежить від швидкості струмів заряду та розряду.

Чому рейтинг C відрізняється для різних акумуляторів?

1C означає 1 годину часу розряду.

2C означає 1/2 години розряду.

0,5C означає 2 години розряду.

У багатьох програмах заряд акумулятора дуже важливий. Наприклад, ми хочемо, щоб автомобіль був повністю заряджений протягом півгодини, а не чекав 2 години або навіть 8 годин. Яка причина впливає на рейтинг C батареї?

Є два обмеження на швидкість роботи акумулятора зарядно-теплове опалення і обмеження масообміну.

Теплове нагрівання відбувається через те, що внутрішній опір батареї генерує надмірне тепло, яке має розсіюватися в навколишнє середовище.

Коли заряджання відбувається за дуже високих струмів, тепло, що утворюється всередині батареї, не може бути видалено досить швидко, і температура швидко підвищується.

Перенесення маси іонів Li+ під час швидкого заряду призводить до дифузійного обмеження струму, навіть якщо електроди виготовлені з наночастинок з великою площею поверхні. Хоча висока площа поверхні забезпечує достатню швидкість літіювання або делітіювання, дифузія Li+ через площу поперечного перерізу електроліту всередині сепаратора обмежена. Цілком можливо швидко зарядити протягом обмеженого часу, обмеженого іонами літію, які вже присутні в електроліті в електроді. Ця дифузія в нестаціонарному стані може тривати до тих пір, поки іони Li+ не вичерпаються, а їх запас буде обмежений площею поперечного перерізу батареї.

Це обмеження масопередачі виникає через те, що число перенесення Li+ менше 1. У той час як іони Li+ несуть частину струму в електроліті, вони несуть 100% струму на електроді; таким чином, збіднення Li+ відбувається поблизу анода, що призводить до дифузійного обмеження струму. Будь-яка спроба перевищити граничний струм призводить до розкладання розчинника, нагрівання та погіршення батареї.

Отже, батарея з різного матеріалу матиме різну швидкість, типовий рейтинг C літієвої батареї NCM становить 1C, а максимальна швидкість C може досягати 10C приблизно для батареї 18650. типовий рейтинг C літієвої батареї LiFePO4 становить 1C, а максимальна швидкість C може досягати 3C щодо призматичної батареї LiFePO4.

Таблиця рейтингу батареї C

У наведеній нижче таблиці показано різний рейтинг C батареї та час її розряду. Коли ми обчислюємо їх, рейтинг C батареї повинен використовувати той самий розрахунок, що й та сама енергія.

Таблиця рейтингу батареї C

Для більшості літієвий акумулятор, ось малюнок, щоб показати криву розряду при різній швидкості C.

Крива розряду батареї в різних номіналах C батареї

Для більшості свинцево-кислотних батарей ми повинні знати, що навіть для однієї батареї ємність батареї з різним рейтингом C батареї різна. Щоб отримати достатньо хороші показники ємності, виробники свинцево-кислотних акумуляторів зазвичай розраховують свинцево-кислотні акумулятори на 20 годин (A дуже низька 0,05C). 

Як розрахувати рейтинг C для батареї?

Рейтинг C батареї визначається часом заряджання та розряджання.

C-rate — це важлива інформація або дані для будь-якої батареї. Якщо акумуляторну батарею можна розрядити з таким рейтингом C, батарея на 100 А·год забезпечить близько 100 A, тоді батарея має швидкість розряду 1C. Якщо батарея може забезпечити лише максимальний струм розряду близько 50 А, то швидкість розряду батареї становить 50 А/100 А·год=0,5 С.

C-rate (C) = струм заряду або розряду в амперах (A) / номінальна ємність акумулятора (Ah)

Тому розрахунок рейтингу C є важливим для будь-якого користувача батареї, і його можна використовувати для визначення вихідного струму, потужності та енергії за допомогою:

Cr = I/Er

Er = Номінальна накопичена енергія в Аг

I = струм заряду/розряду в А

Cr = C швидкість батареї

t = Тривалість заряду/розряду

Розрахувати час заряду та розряду

t = Er / I

Приклад швидкості літієвої батареї C на 100 Аг

Для того ж Літієва батарея 100Ah,

1C означає доступний струм розряду 100Ah*1C=100A.

1C означає 100Ah/100A=1 годину часу розряду.

Це означає, що акумулятор можна використовувати протягом 60 хвилин (1 год) при струмі навантаження 100 А.

2C означає доступний струм розряду 100Ah*2C=200A.

2C означає 200Ah/100A=0,5 годин часу розряду.

Це означає, що акумулятор можна використовувати протягом 30 хвилин (0,5 години) при струмі навантаження 200 А.

0,5C означає доступний струм розряду 100Ah*0,5C=50A.

0,5C означає 100Ah/50A=2 години часу розряду.

Це означає, що акумулятор можна використовувати протягом 120 хвилин (2 години) при струмі навантаження 50 А.

Іноді показання ємності аналізатора наводяться у відсотках від номінального значення. Наприклад, якщо батарея ємністю 1000 мАг може забезпечувати цей струм протягом приблизно 60 хвилин, читайте 100%. Однак, якщо заряд батареї вистачає лише на півгодини до точки відключення, відображається значення 50%. Іноді нова батарея може забезпечити більше ніж 100% ємності. Батарея може бути розряджена за допомогою аналізатора, який дозволяє встановити ваш улюблений рівень C. Якщо батарея розряджається з нижчою швидкістю розряду, вона показуватиме вищий показник, і навпаки. Однак слід пам’ятати про відмінності в показаннях ємності аналізатора батареї для різних значень C, які пов’язані з внутрішнім опором батареї.

Який вплив рейтингу C на літій-іонні батареї?

Після того, як ми обчислили вище, ми знаємо, що чим вищий рейтинг C на акумуляторі, тим швидше енергія може вийти з акумуляторів для живлення програми. Рейтинг C будь-якої батареї залежить від її застосування. Оскільки деяка електроніка потребує великої кількості живлення, тому потрібні батареї з високим рейтингом C. Наприклад, стартер мотоцикла, вам потрібно лише кілька секунд, щоб швидко запустити двигуни. Але для деяких застосувань час розряду потрібен лише низький рейтинг C, наприклад, світло soalr, ви хочете, щоб вони живилися цілу ніч або кілька ночей.

Який рейтинг моєї батареї C?

Зазвичай ви знайдете C-рейтинг батареї на етикетці батареї та в паспорті батареї. Різні хімічні властивості батареї іноді показують різні рівні C батареї.

Взагалі кажучи,

Літій-залізо-фосфатні батареї зазвичай мають швидкість розряду 1C

Батареї NCM зазвичай мають швидкість розряду 3C

Свинцево-кислотні батареї, як правило, розраховані на дуже низьку швидкість розряду, як правило, 0,05C або 20-годинну швидкість.

Якщо ви не можете знайти рейтинг C батареї на етикетці або в таблиці даних, рекомендуємо зв’язатися безпосередньо з виробником батареї.

На закінчення

C-rate — це одиниця, яка використовується для визначення поточного значення/часу розряду літій-іонної батареї за різних умов. Оскільки ви мали чітке уявлення про те, що таке рейтинг C і що він означає для акумулятора, вам потрібно буде включити його до наступного вибору акумуляторів, щоб отримати найкраще від того, на що ви погодилися.