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鋰離子電池容量詳細(xì)介紹,鋰離子電池容量代表什么?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:3787次  |  2021年05月14日  

電池容量是衡量電池性能的重要性能指標(biāo)之一,它表示在一定條件下(放電率、溫度、終止電壓等)電池放出的電量(可用JS-150D做放電測試),即電池的容量,通常以安培小時(shí)為單位(簡稱,以AH表示,1Ah=3600C)。


電池容量按照不同條件分為實(shí)際容量、理論容量與額定容量,電池容量C的計(jì)算式為C=∫t0It1dt(在t0到t1時(shí)間內(nèi)對(duì)電流I積分),電池分正負(fù)極。
容量單位
通常我們講電池容量是以安時(shí)為單位,這是基于已經(jīng)確定的某一個(gè)電池。
比如我們說這塊手機(jī)電池容量是多少;這塊電瓶車電池容量是多少,都是分別針對(duì)不同電池來說的。針對(duì)電池電壓已經(jīng)確定,而沒有考慮實(shí)際電壓,只要說安時(shí)就能代表這塊電池容量。
然而關(guān)于不同電壓的電池,我們就不能單純的用安時(shí)來代表容量,比如一塊12V20AH的電池,一塊15V20AH的電池,哪怕都是20AH,供給相同功率負(fù)載,設(shè)備都能正常工作,但持續(xù)時(shí)間是不相同的,所以標(biāo)準(zhǔn)容量應(yīng)該以功為單位。
再舉個(gè)例子,一個(gè)設(shè)備能支持12V、也能支持24V,用一塊12V(20AH)電池供電,能供應(yīng)一個(gè)小時(shí),那么用兩塊串聯(lián)會(huì)變成24V(20AH)其中安時(shí)沒有新增,但持續(xù)時(shí)間會(huì)長一倍,所以容量此時(shí)應(yīng)考慮為電池所容納的功,而不能單純考慮為安時(shí)。
W(功)=P(功率)*T(時(shí)間)=I(電流)*U(電壓)*T(時(shí)間)
這樣討論電池容量才有實(shí)際意義,必須實(shí)事求是,否則可能出現(xiàn)一塊手機(jī)電池還比電瓶車電池容量大的說法,這顯然不科學(xué)。

現(xiàn)在好多關(guān)注鋰離子電池放電的人,都有這樣的體會(huì),就是當(dāng)鋰離子電池從充滿電壓4.2V放電到3.7V時(shí),時(shí)間很長,但一旦過了3.7V就放電很快了,沒錯(cuò),確實(shí)這樣。


下面翻閱一些鋰離子電池的一些資料,給大家做一個(gè)總結(jié)。


先說一下電池的放電平臺(tái),就是指充滿電的鋰離子電池在放電時(shí),電池的電壓變化狀態(tài)。


電池恒流放電,電池電壓要經(jīng)歷三個(gè)過程,即下降、穩(wěn)定、再下降,在這三個(gè)過程中,穩(wěn)定期是最長的。穩(wěn)按時(shí)間越長,說明電池的放電平臺(tái)越高。放電平臺(tái)的高低,與電池制造工藝息息相關(guān)。就是因?yàn)楦鱾€(gè)鋰離子電池廠家的市場定位不相同,技術(shù)工藝手段不同,其控制的放電平臺(tái)就不相同,質(zhì)量也就有很大差別。


一般地,一節(jié)18650的鋰離子電池滿電壓4.2V,當(dāng)用1C的電流放電放到3.7V,放了60分鐘,那么我們就說電池的使用容量是2200mAh,在這段時(shí)間里根據(jù)充電電池特性,做出一個(gè)圖如下,可以更好理解電池容量和電壓電流時(shí)間與放電平臺(tái)關(guān)系:


鋰離子電池電池容量與放電平臺(tái)理解示意圖


容量(C)=放電電流×電池放電平臺(tái)時(shí)間


關(guān)于1節(jié)容量為2200mAh的18650鋰離子電池來說,1C放電到3.7V用時(shí)1小時(shí),


容量(C)=2200mA×1小時(shí)=2200mAh


那么問題就來了,關(guān)于好一點(diǎn)的鋰離子電池,一般在我們做產(chǎn)品測試時(shí)會(huì)在3.7V以后電壓下降的很快,那么在短時(shí)間內(nèi)放的電量就很少。


相反不好的電池在4.2V到3.7V放電的時(shí)候,電壓下降的很快,而在3.7V以后電壓又下降的有很慢,這種電池是性能不好的一般容量也非常低。那么好的鋰離子電池的放電平臺(tái)就是3.7V。


就一般而言,在恒壓條件下,充到電壓為4.2V,電流小于0.01C時(shí)停充電,然后擱置10分鐘,在任何倍率的放電電流下,放電至3.7V時(shí),電池放電所經(jīng)歷的一個(gè)時(shí)間長度,是衡量電池好壞的重要指標(biāo)。


不過,不要一味地追求高平臺(tái),有時(shí)候平臺(tái)電壓高,容量卻下降了,因?yàn)?,不同倍率條件下,平臺(tái)電壓是不同的,因此,平臺(tái)的問題應(yīng)從多方考慮。既要容量高,又要在指定電壓持續(xù)時(shí)間長,才算真正的好電池。


什么又是放電率的呢?


放電率F:[1/時(shí)],意思是"N小時(shí)充(放)電率,常常只說"數(shù)",而不說單位;F也稱做"N小時(shí)充(放)電率",F=1/(N小時(shí)),一般可以這樣計(jì)算:I=0.1X[1/(N小時(shí))]XC


舉例,電池容量時(shí)2200mAh,以0.1C的電流充電,相當(dāng)于明確:對(duì)電池的充電電流I=0.1[1/時(shí)]X2200[毫安時(shí)]=220[毫安]


借助上面的鋰離子電池電池容量與放電平臺(tái)理解示意圖,能比較好的理解充電電池容量和電池的放電平臺(tái)的道理,也可以說是衡量電池高功率的工作時(shí)間,同樣兩個(gè)電池容量是相同的,充滿電后假設(shè)同時(shí)從4.2V放到3.7V,但是一個(gè)時(shí)間長,一個(gè)時(shí)間短,就是時(shí)間長的電池平臺(tái)高,就是高電壓的時(shí)間工作時(shí)間長,比如這兩個(gè)電池用在手機(jī)上,待機(jī)時(shí)間是相同的,但兩個(gè)手機(jī)一起打電話,平臺(tái)時(shí)間長的電池通知時(shí)間會(huì)長,平臺(tái)時(shí)間短的電池通話時(shí)間會(huì)短二,關(guān)于這個(gè)圖,另一個(gè)含義,對(duì)理解鋰離子電池的電量管理監(jiān)測也很有意義。


比如,目前,對(duì)充電電池進(jìn)行電量監(jiān)控方法,一般有兩種。


測量電池電壓方法。當(dāng)充電器在充電時(shí)檢測電池電壓,當(dāng)電壓達(dá)到規(guī)定電壓值時(shí)就認(rèn)為充滿。如鋰離子電池的電壓充到4.2V時(shí)就認(rèn)為充滿。檢測電壓的電壓表精度要達(dá)到正負(fù)1%的精度。因鋰離子電池過充電要損壞。假如想監(jiān)視電池充放電的話,書上有很成熟的電路可以參考,假如只是測量一下的話那就好辦了,根據(jù)容量計(jì)算一下負(fù)載電阻,用標(biāo)準(zhǔn)放電電流放電,這時(shí)再檢測電壓,只要能達(dá)到或接近標(biāo)稱的放電時(shí)間就行。


測量電池電壓這種方法,有很多不足。例如關(guān)于不同廠商生產(chǎn)的電池,其開路電壓與容量之間的關(guān)系各不相同等。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)成本比較低。


還有一個(gè)常用的監(jiān)測剩余電量的方法是,在一些要求比較精確電池容量的地方,了解電池剩余容量用估算電池使用時(shí)間,通過測量流入/流出電池的凈電荷來估算電池剩余容量。對(duì)流入/流出電池的總電流進(jìn)行積分,也就是求圖中曲線下的面積,得到的凈電荷數(shù)即為剩余容量。


這就電池容量計(jì)算的方法是目前認(rèn)為是比較精確的計(jì)算電池電量的方法。當(dāng)然設(shè)計(jì)成本也是比較高的。


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