توضیح و محاسبه رتبه بندی باتری C

رتبه باتری C چیست؟

درجه بندی باتری C را می توان به عنوان معیاری تعریف کرد که در آن یک باتری نسبت به حداکثر ظرفیت باتری ها تخلیه می شود.

میزان شارژ و دشارژ باتری با درجه C باتری کنترل می شود. به عبارت دیگر، معیاری است که نشان می دهد باتری های مورد نظر با چه جریانی شارژ یا دشارژ می شوند و با چه سرعتی این اتفاق می افتد.

ظرفیت یک باتری به طور کلی با نرخ 3C (جریان 3C) رتبه بندی و برچسب گذاری می شود، این بدان معناست که یک باتری کاملا شارژ شده با ظرفیت 100Ah باید بتواند جریان 3*100Amps را برای یک سوم ساعت ارائه دهد، همان باتری 100Ah در زمان دشارژ شدن یک C-rate 1C جریان 100 آمپر را برای یک ساعت فراهم می کند و اگر با سرعت 0.5 درجه سانتی گراد تخلیه شود. 50 آمپر به مدت 2 ساعت

دانستن نرخ C بسیار مهم است زیرا در اکثر باتری ها انرژی ذخیره شده موجود به سرعت جریان شارژ و دشارژ بستگی دارد.

چرا رتبه بندی C بین باتری های مختلف متفاوت است؟

1C یعنی 1 ساعت زمان تخلیه.

2C یعنی زمان تخلیه 1/2 ساعت.

0.5C به معنای زمان تخلیه 2 ساعت است.

در بسیاری از برنامه ها، نرخ باتری بسیار مهم است. به عنوان مثال، ما می خواهیم به جای اینکه 2 ساعت یا حتی 8 ساعت منتظر بمانیم، خودرو در عرض نیم ساعت کاملا شارژ شود. تاثیر علت بر درجه C باتری چیست؟

دو محدودیت برای سرعت باتری وجود دارد گرمایش شارژی حرارتی و محدودیت های انتقال جرم

گرمایش حرارتی به این دلیل رخ می دهد که مقاومت داخلی باتری گرمای بیش از حد تولید می کند که باید به محیط پخش شود.

هنگامی که شارژ در جریان های بسیار بالا اتفاق می افتد، گرمای تولید شده در باتری نمی تواند به اندازه کافی سریع حذف شود و دما به سرعت افزایش می یابد.

انتقال جرم یونهای Li+ در طول شارژ سریع منجر به جریان محدودکننده انتشار میشود، حتی اگر الکترودها از نانوذرات با مساحت سطح بالا ساخته شده باشند. در حالی که سطح بالای سطح اجازه می دهد تا میزان لیتیاسیون یا جداسازی لیتیوم به میزان کافی انجام شود، انتشار لیتیوم + از طریق سطح مقطع الکترولیت در جداکننده محدود است. شارژ سریع برای مدت زمان محدودی محدود به یون های لیتیوم که قبلاً در الکترولیت درون الکترود وجود دارد کاملاً ممکن است. این انتشار حالت ناپایدار می تواند تا زمانی که یون های Li+ تخلیه شوند و عرضه آنها توسط سطح مقطع باتری محدود شود ادامه یابد.

این محدودیت انتقال جرم به این دلیل اتفاق میافتد که تعداد انتقال Li+ کوچکتر از 1 است. بنابراین کاهش Li+ در نزدیکی آند رخ می دهد و در نتیجه جریان محدود کننده انتشار ایجاد می شود. هر تلاشی برای عبور از جریان محدود کننده منجر به تجزیه حلال، گرم شدن و خراب شدن باتری می شود.

بنابراین باتری مواد مختلف دارای نرخ متفاوتی خواهد بود، درجه بندی C باتری لیتیومی معمولی NCM 1C است و حداکثر نرخ C می تواند به 10 درجه سانتیگراد در مورد باتری 18650 برسد. درجه C باتری لیتیومی LiFePO4 معمولی 1C است و حداکثر نرخ C می تواند در مورد باتری منشوری LiFePO4 به 3C برسد.

نمودار رتبه بندی باتری C

نمودار زیر رتبهبندی مختلف باتری C و زمان تخلیه آنها را نشان میدهد. وقتی آنها را محاسبه میکنیم، رتبهبندی باتری C باید از محاسبات یکسانی با همان انرژی استفاده کند.

نمودار رتبه بندی باتری C

برای اکثر باتری لیتیومی، در اینجا تصویر برای نشان دادن منحنی دبی در نرخ های مختلف C آمده است.

منحنی تخلیه باتری در رتبه بندی مختلف باتری C

برای اکثر باتریهای سرب اسیدی، باید بدانیم که حتی برای یک باتری، ظرفیت باتری در رتبهبندی باتریهای مختلف C متفاوت است. برای به دست آوردن ظرفیت خواندن نسبتاً خوب، سازندگان باتریهای سرب اسید معمولاً باتریهای سرب اسید را 20 ساعت ارزیابی میکنند (0.05 درجه سانتیگراد بسیار پایین). 

چگونه می توان رتبه C را برای باتری محاسبه کرد؟

درجه C باتری با زمان شارژ و دشارژ تعریف می شود.

C-rate یک اطلاعات یا داده مهم برای هر باتری است، اگر یک باتری قابل شارژ با آن درجه C تخلیه شود، یک باتری 100Ah حدود 100A را ارائه می دهد، سپس باتری دارای نرخ دشارژ 1C است. اگر باتری فقط بتواند حداکثر جریان دشارژ حدود 50 آمپر را ارائه دهد، نرخ دشارژ باتری 50A/100Ah=0.5C است.

نرخ C (C) = جریان شارژ یا دشارژ بر حسب آمپر (A) / ظرفیت نامی باتری (Ah)

بنابراین، محاسبه رتبه C برای هر کاربر باتری مهم است و می تواند برای استخراج جریان خروجی، توان و انرژی از طریق:

Cr = I/Er

Er = انرژی نامی ذخیره شده در Ah

I = جریان شارژ/دشارژ بر حسب A

Cr = نرخ C باتری

t = مدت زمان شارژ/تخلیه

محاسبه زمان شارژ و دشارژ

t = Er / I

باتری لیتیومی 100 آمپر ساعتی نمونه نرخ C

برای همین باتری لیتیومی 100Ah,

1C به معنای جریان تخلیه 100Ah*1C=100A است.

1C یعنی 100Ah/100A=1 ساعت زمان تخلیه قابل.

این بدان معناست که باتری را می توان به مدت 60 دقیقه (1 ساعت) با جریان بار 100 آمپر استفاده کرد.

2C یعنی 100Ah*2C=200A جریان تخلیه موجود است.

2C یعنی 200Ah/100A=0.5 ساعت زمان تخلیه قابل.

این بدان معناست که باتری را می توان به مدت 30 دقیقه (0.5 ساعت) با جریان بار 200 آمپر استفاده کرد..

0.5C به معنای جریان تخلیه 100Ah*0.5C=50A است.

0.5C به معنی 100Ah/50A=2 ساعت زمان تخلیه قابلیت دارد.

این بدان معناست که باتری را می توان به مدت 120 دقیقه (2 ساعت) با جریان بار 50 آمپر استفاده کرد.

گاهی اوقات خوانش ظرفیت تحلیلگر به عنوان درصدی از رتبه اسمی داده می شود. به عنوان مثال، اگر یک باتری 1000 میلی آمپر ساعتی می تواند این جریان را برای حدود 60 دقیقه تامین کند، 100% را بخوانید. با این حال، اگر باتری فقط نیم ساعت قبل از نقطه قطع کار کند، مقدار نمایش داده شده 50٪ است. گاهی اوقات یک باتری کاملاً جدید می تواند بیش از 100٪ ظرفیت را فراهم کند. باتری را می توان با استفاده از یک آنالایزر تخلیه کرد که به شما امکان می دهد نرخ C مورد علاقه خود را تنظیم کنید. اگر باتری با سرعت تخلیه کمتری دشارژ شود، مقدار بیشتری را نشان می دهد و بالعکس. با این حال، باید از تفاوتهایی در خوانش ظرفیت آنالایزر باتری برای نرخهای مختلف C، که به مقاومت داخلی باتری مربوط میشود، آگاه باشید.

اثرات رتبه بندی C بر روی باتری های لیتیوم یون چیست؟

بعد از اینکه در بالا محاسبه کردیم، می دانیم که رتبه C باتری بالاتر است، انرژی سریعتر از باتری ها برای تامین انرژی برنامه فرار می کند. درجه C در هر باتری به کاربرد آن بستگی دارد. از آنجایی که برخی از لوازم الکترونیکی به مقدار زیادی منبع تغذیه نیاز دارند، بنابراین به باتری هایی با درجه C بالا نیاز دارند، به عنوان مثال، استارت موتور سیکلت، شما فقط به چند ثانیه نیاز دارید تا موتورها را سریع تغذیه کنید. اما برای برخی از کاربردها، زمان تخلیه فقط به درجه C کم نیاز دارد، مانند نور خورشیدی، شما می خواهید آنها را برای تمام شب یا چندین شب به برق بکشید.

رتبه C باتری من چیست؟

معمولاً نرخ C باتری را روی برچسب باتری و در برگه اطلاعات باتری میبینید. شیمی های مختلف باتری گاهی اوقات نرخ های مختلف باتری C را نشان می دهد.

به طور کلی،

باتریهای لیتیوم فسفات آهن معمولاً دارای نرخ دشارژ 1C هستند

باتری های NCM معمولاً دارای نرخ دشارژ 3 درجه سانتیگراد هستند

باتریهای سرب اسید معمولاً برای سرعت تخلیه بسیار پایین، معمولاً 0.05 درجه سانتیگراد یا نرخ 20 ساعت رتبه بندی می شوند.

اگر نمی توانید رتبه بندی باتری C را روی برچسب یا برگه اطلاعات پیدا کنید، توصیه می کنیم مستقیماً با سازنده باتری تماس بگیرید.

در نتیجه گیری

نرخ C واحدی است که برای شناسایی مقدار جریان/زمان تخلیه باتری لیتیوم یون در شرایط مختلف استفاده می شود. از آنجایی که شما دید واضحی نسبت به اینکه رتبه C چیست و در یک باتری چیست، داشته اید، باید آن را در انتخاب بعدی خود برای باتری ها بگنجانید تا بهترین نتیجه را از آنچه که به آن راضی هستید به دست آورید.