锂离子电池容量详细介绍,锂离子电池容量代表什么?

2021-05-14      3776 次浏览

电池容量是衡量电池性能的重要性能指标之一,它表示在一定条件下(放电率、温度、终止电压等)电池放出的电量(可用JS-150D做放电测试),即电池的容量,通常以安培小时为单位(简称,以AH表示,1Ah=3600C)。


电池容量按照不同条件分为实际容量、理论容量与额定容量,电池容量C的计算式为C=∫t0It1dt(在t0到t1时间内对电流I积分),电池分正负极。
容量单位
通常我们讲电池容量是以安时为单位,这是基于已经确定的某一个电池。
比如我们说这块手机电池容量是多少;这块电瓶车电池容量是多少,都是分别针对不同电池来说的。针对电池电压已经确定,而没有考虑实际电压,只要说安时就能代表这块电池容量。
然而关于不同电压的电池,我们就不能单纯的用安时来代表容量,比如一块12V20AH的电池,一块15V20AH的电池,哪怕都是20AH,供给相同功率负载,设备都能正常工作,但持续时间是不相同的,所以标准容量应该以功为单位。
再举个例子,一个设备能支持12V、也能支持24V,用一块12V(20AH)电池供电,能供应一个小时,那么用两块串联会变成24V(20AH)其中安时没有新增,但持续时间会长一倍,所以容量此时应考虑为电池所容纳的功,而不能单纯考虑为安时。
W(功)=P(功率)*T(时间)=I(电流)*U(电压)*T(时间)
这样讨论电池容量才有实际意义,必须实事求是,否则可能出现一块手机电池还比电瓶车电池容量大的说法,这显然不科学。

现在好多关注锂离子电池放电的人,都有这样的体会,就是当锂离子电池从充满电压4.2V放电到3.7V时,时间很长,但一旦过了3.7V就放电很快了,没错,确实这样。


下面翻阅一些锂离子电池的一些资料,给大家做一个总结。


先说一下电池的放电平台,就是指充满电的锂离子电池在放电时,电池的电压变化状态。


电池恒流放电,电池电压要经历三个过程,即下降、稳定、再下降,在这三个过程中,稳定期是最长的。稳按时间越长,说明电池的放电平台越高。放电平台的高低,与电池制造工艺息息相关。就是因为各个锂离子电池厂家的市场定位不相同,技术工艺手段不同,其控制的放电平台就不相同,质量也就有很大差别。


一般地,一节18650的锂离子电池满电压4.2V,当用1C的电流放电放到3.7V,放了60分钟,那么我们就说电池的使用容量是2200mAh,在这段时间里根据充电电池特性,做出一个图如下,可以更好理解电池容量和电压电流时间与放电平台关系:


锂离子电池电池容量与放电平台理解示意图


容量(C)=放电电流×电池放电平台时间


关于1节容量为2200mAh的18650锂离子电池来说,1C放电到3.7V用时1小时,


容量(C)=2200mA×1小时=2200mAh


那么问题就来了,关于好一点的锂离子电池,一般在我们做产品测试时会在3.7V以后电压下降的很快,那么在短时间内放的电量就很少。


相反不好的电池在4.2V到3.7V放电的时候,电压下降的很快,而在3.7V以后电压又下降的有很慢,这种电池是性能不好的一般容量也非常低。那么好的锂离子电池的放电平台就是3.7V。


就一般而言,在恒压条件下,充到电压为4.2V,电流小于0.01C时停充电,然后搁置10分钟,在任何倍率的放电电流下,放电至3.7V时,电池放电所经历的一个时间长度,是衡量电池好坏的重要指标。


不过,不要一味地追求高平台,有时候平台电压高,容量却下降了,因为,不同倍率条件下,平台电压是不同的,因此,平台的问题应从多方考虑。既要容量高,又要在指定电压持续时间长,才算真正的好电池。


什么又是放电率的呢?


放电率F:[1/时],意思是"N小时充(放)电率,常常只说"数",而不说单位;F也称做"N小时充(放)电率",F=1/(N小时),一般可以这样计算:I=0.1X[1/(N小时)]XC


举例,电池容量时2200mAh,以0.1C的电流充电,相当于明确:对电池的充电电流I=0.1[1/时]X2200[毫安时]=220[毫安]


借助上面的锂离子电池电池容量与放电平台理解示意图,能比较好的理解充电电池容量和电池的放电平台的道理,也可以说是衡量电池高功率的工作时间,同样两个电池容量是相同的,充满电后假设同时从4.2V放到3.7V,但是一个时间长,一个时间短,就是时间长的电池平台高,就是高电压的时间工作时间长,比如这两个电池用在手机上,待机时间是相同的,但两个手机一起打电话,平台时间长的电池通知时间会长,平台时间短的电池通话时间会短二,关于这个图,另一个含义,对理解锂离子电池的电量管理监测也很有意义。


比如,目前,对充电电池进行电量监控方法,一般有两种。


测量电池电压方法。当充电器在充电时检测电池电压,当电压达到规定电压值时就认为充满。如锂离子电池的电压充到4.2V时就认为充满。检测电压的电压表精度要达到正负1%的精度。因锂离子电池过充电要损坏。假如想监视电池充放电的话,书上有很成熟的电路可以参考,假如只是测量一下的话那就好办了,根据容量计算一下负载电阻,用标准放电电流放电,这时再检测电压,只要能达到或接近标称的放电时间就行。


测量电池电压这种方法,有很多不足。例如关于不同厂商生产的电池,其开路电压与容量之间的关系各不相同等。优点是设计成本比较低。


还有一个常用的监测剩余电量的方法是,在一些要求比较精确电池容量的地方,了解电池剩余容量用估算电池使用时间,通过测量流入/流出电池的净电荷来估算电池剩余容量。对流入/流出电池的总电流进行积分,也就是求图中曲线下的面积,得到的净电荷数即为剩余容量。


这就电池容量计算的方法是目前认为是比较精确的计算电池电量的方法。当然设计成本也是比较高的。


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