Jak obliczyć pojemność baterii 18650

Znajomość pojemności baterii litowo-jonowej 18650 jest kluczowe dla prawidłowego zasilania urządzeń i skutecznego zarządzania wielokomórkowymi pakietami baterii. Jednak określenie pojemności wymaga nieco więcej przemyślenia niż odczytanie etykiety na 18650. W tym kompleksowym przewodniku przeprowadzę Cię przez kilka kluczowych metod dokładnego obliczania pojemności 18650.

Pojemność baterii 18650 wskazuje, ile ładunku elektrycznego może dostarczyć, mierzona w miliamperogodzinach (mAh) lub amperogodzinach (Ah). Ale wbrew temu, co mówi etykieta, rzeczywista pojemność 18650 znacznie się różni w zależności od prądu rozładowania. Aby znaleźć użyteczną pojemność, musisz uwzględnić tę zależność od obciążenia.

Dlaczego oznaczona i rzeczywista pojemność 18650 różnią się

Większość 18650 ma oznaczenie pojemności wydrukowane na obudowie, zazwyczaj między 1500mAh a 3500mAh. Ta liczba reprezentuje pojemność ogniwa przy rozładowaniu przy niskim, standaryzowanym prądzie, około 0,2C (gdzie C to oznaczenie pojemności ogniwa).

Rozładowanie przy 0,2C daje najwyższą możliwą pojemność. Jednak w praktyce urządzenia często pobierają znacznie więcej prądu, co zmniejsza użyteczną pojemność 18650 z powodu kilku czynników:

Polaryzacja stężeniowa

Podczas rozładowania 18650 przez przepływ jonów litu zaczynają się tworzyć regiony wyczerpania stężenia blisko elektrod. Ogniwo próbuje rozproszyć więcej jonów, aby to zrekompensować, ale nie nadąża przy wyższych prądach, co obniża pojemność.

Polaryzacja ohmiczna

Wewnętrzny opór ogniwa 18650 powoduje spadek napięcia podczas przepływu prądu, co prowadzi do szybszego osiągnięcia napięcia odcięcia, kończąc rozładowanie przedwcześnie.

Zdolność do pracy przy różnych prędkościach rozładowania

Baterie 18650 używają związków wtrąceniowych, które mają ograniczoną liczbę miejsc dla jonów litu do wejścia. Wysoka prędkość rozładowania zmniejsza ilość zgromadzonego ładunku, którą mogą przyjąć.

Uwzględnienie tych efektów wymaga testowania, aby znaleźć rzeczywistą użyteczną pojemność na podstawie Twojego prądu obciążenia.

Obliczanie pojemności 18650 na podstawie prędkości rozładowania

Chociaż oznaczona pojemność jest pomocna do porównań, aby znaleźć rzeczywisty czas pracy 18650, konieczne jest obliczenie użytecznej pojemności przy Twoim konkretnym prądzie rozładowania. Istnieje kilka sposobów, aby to ustalić.

Użyj krzywej rozładowania

Renomowani producenci baterii dostarczają krzywe charakterystyki rozładowania w swoich dokumentach technicznych 18650. Te wykresy pokazują poziomy pojemności testowane przy różnych stałych prądach rozładowania, aż do określonego napięcia odcięcia.

Dzięki tym danym można dokładnie oszacować pojemność przy różnych prądach. Jednak niewiele firm udostępnia te szczegółowe krzywe.

Użyj internetowego kalkulatora pojemności 18650

Istnieją internetowe kalkulatory baterii litowo-jonowych, które szacują pojemność na podstawie prędkości rozładowania, korzystając z archiwalnych danych testowych. Chociaż nie są tak precyzyjne jak własne testy, dają dobrą przybliżoną wartość bez konieczności posiadania laboratorium.

Testuj za pomocą programowalnego obciążenia

Najbardziej precyzyjnym sposobem ustalenia rzeczywistej pojemności jest testowanie konkretnej baterii 18650 za pomocą programowalnego obciążenia elektronicznego lub analizatora baterii.

Te urządzenia mogą bezpiecznie rozładować ogniwo 18650 przy stałym, zdefiniowanym prądzie, jednocześnie rejestrując napięcie w czasie. Rozładowują do określonego napięcia odcięcia, a następnie integrują prąd, aby obliczyć rzeczywistą pojemność.

Większość analizatorów i inteligentnych ładowarek ma wbudowane testy rozładowania. Do testów DIY można użyć zmiennego rezystorowego obciążenia. Upewnij się tylko, że są zastosowane odpowiednie zabezpieczenia.

Podczas testowania uzyskuje się prawdziwą pojemność, jednak wymaga to początkowej inwestycji w sprzęt i dodatkowego czasu.

Rozważ margines bezpieczeństwa

Przy doborze pakietu baterii wielokomórkowej, najlepszą praktyką jest zmniejszenie nominalnej pojemności na komórkę o 20%. To chroni przed nadmiernym rozładowaniem z powodu różnic między komórkami i utraty pojemności z powodu starzenia się.

Dla dużych poborów mocy niektórzy projektanci dodatkowo obniżają wartość derate o 10%, aby uwzględnić wpływ temperatury w rzeczywistym użytkowaniu. Lepiej mieć nieco więcej pojemności niż potrzebujesz, niż działać na granicy.

Kluczowe czynniki obniżające pojemność 18650

Chociaż testy dają najdokładniejszą miarę pojemności, kilka zmiennych poza samym prądem rozładowania może obniżyć użyteczną pojemność 18650:

Niskie temperatury

Ogniwa litowo-jonowe tracą pojemność w zimnych temperaturach z powodu zwiększonego oporu wewnętrznego i wolniejszych szybkości dyfuzji chemicznej. Użyteczna pojemność może spaść o 50% lub więcej poniżej zera stopni Celsjusza.

Wysokie temperatury

Pojemność maleje również powyżej temperatury pokojowej. W okolicach 45°C, użyteczna pojemność zmniejsza się nawet o 20%. Przy 60°C, pojemność może spaść o 35%.

Wiek i cykle ładowania

Przy powtarzających się cyklach ładowania/rozładowania jonów litu tracą zdolność do prawidłowej interkalacji w elektrody, co powoduje trwały spadek pojemności w trakcie życia 18650.

Wymagania napięciowe

Napięcie odcięcia urządzenia wpływa na użyteczną pojemność. Pojemność nadal maleje poniżej 3,0V, więc odcięcie przy 2,5V daje mniejszą pojemność niż przy 3,0V. Zawsze dobieraj pakiety na podstawie napięcia odcięcia systemu.

Współczynnik C

Użyteczna pojemność znacznie się różni w zależności od szybkości rozładowania. Wysoki prąd może znacznie obniżyć pojemność poniżej 50% wartości przy niskim prądzie. Sprawdzaj krzywe rozładowania przy wyborze komórek.

Rozumiejąc, jak te czynniki wpływają na pojemność, możesz dokładniej przewidzieć czas pracy dla danej aplikacji i warunków operacyjnych.

Najlepsze praktyki optymalizacji pojemności 18650

Chociaż testy i obliczenia dają wartość roboczą pojemności, istnieje kilka sposobów na maksymalizację potencjalnej żywotności i czasu pracy Twoich komórek 18650:

• Starannie dobieraj komórki, aby dopasować się do wymaganego prądu rozładowania
• Używaj niższych prądów rozładowania, gdy jest to możliwe
• Unikaj narażenia na ekstremalne temperatury
• Stosuj aktywne lub pasywne metody chłodzenia
• Zapobiegaj pełnemu naładowaniu powyżej 4,10V/komórkę
• Unikaj nadmiernego rozładowania poniżej 2,5V/komórkę
• Wykorzystuj zrównoważone zarządzanie baterią
• Lekko przewymiaruj pojemność pakietu jako czynnik bezpieczeństwa

Wnioski

Określenie rzeczywistej pojemności ogniwa litowo-jonowego 18650 wymaga więcej niż odczytanie etykiety. Uwzględniając prędkość rozładowania, temperaturę, wiek i inne czynniki, możesz dostosować użyteczną pojemność, aby odpowiednio dobrać pakiety i dokładnie oszacować czas pracy. Dopasowanie ogniw do obciążeń, monitorowanie limitów napięcia i utrzymanie optymalnych warunków pracy pomaga odblokować pełny potencjał 18650.