วิธีคำนวณความจุของแบตเตอรี่ 18650

การรู้ความจุของ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 18650 ความจุเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อย่างถูกต้องและการจัดการชุดแบตเตอรี่หลายเซลล์อย่างมีประสิทธิภาพ แต่การกำหนดความจุต้องใช้ความคิดมากกว่าการอ่านฉลากบนแบตเตอรี่ 18650 ในคู่มือฉบับสมบูรณ์นี้ ผมจะอธิบายวิธีการหลักหลายวิธีในการคำนวณความจุของ 18650 อย่างแม่นยำ

ความจุของแบตเตอรี่ 18650 บ่งชี้ว่ามันสามารถจ่ายไฟฟ้าได้มากน้อยเพียงใด โดยวัดเป็นมิลลิแอมป์ชั่วโมง (mAh) หรือแอมแปร์ชั่วโมง (Ah) แต่ตรงกันข้ามกับที่ฉลากระบุ ความจุจริงของ 18650 มีความแตกต่างอย่างมากขึ้นอยู่กับกระแสการปล่อยประจุ เพื่อหาความจุที่ใช้งานได้ คุณจะต้องคำนึงถึงการพึ่งพาโหลดนี้ด้วย

ทำไมความจุที่ระบุและความจุจริงของ 18650 ถึงแตกต่างกัน

โดยทั่วไปแล้ว 18650 มีการระบุความจุพิมพ์บนตัวเคส ซึ่งมักอยู่ระหว่าง 1500mAh ถึง 3500mAh ตัวเลขนี้แสดงถึงความจุของเซลล์เมื่อปล่อยประจุในกระแสต่ำและมาตรฐาน ประมาณ 0.2C (C คือความจุที่ระบุของเซลล์)

การปล่อยประจุที่ 0.2C ให้ความจุสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้ แต่ในทางปฏิบัติ อุปกรณ์มักดึงกระแสไฟฟ้ามากกว่านั้น ซึ่งลดความจุที่ใช้งานได้ของ 18650 เนื่องจากปัจจัยหลายประการ:

การเกิดโพลาไรเซชันแบบเข้มข้น

เมื่อไอออนลิเธียมไหลผ่าน 18650 ในระหว่างการปล่อยประจุ โซนการลดความเข้มข้นจะเริ่มก่อตัวขึ้นใกล้กับอิเล็กโทรด เซลล์พยายามแพร่ไอออนมากขึ้นเพื่อชดเชย แต่ไม่สามารถทำได้ในกระแสสูงขึ้น ซึ่งทำให้ความจุลดลง

โพลาไรเซชันแบบโอห์มิก

ความต้านทานภายในของ 18650 ทำให้เกิดการลดลงของแรงดันไฟฟ้าในระหว่างการไหลของกระแส ทำให้ถึงแรงดันตัดขาดก่อนเวลา ซึ่งเป็นสาเหตุให้การปล่อยประจุหยุดก่อนเวลาอันควร

ความสามารถในการปล่อยกระแส

18650 ใช้สารประกอบแทรกซึมที่มีตำแหน่งจำกัดสำหรับไอออนลิเธียมในการเข้าสู่เซลล์ การปล่อยประจุสูงจะลดจำนวนไฟฟ้าที่สามารถเก็บไว้ได้

การคำนวณผลกระทบเหล่านี้ต้องอาศัยการทดสอบเพื่อหาความจุที่ใช้งานได้จริงตามกระแสโหลดของคุณ

การคำนวณความจุ 18650 ตามอัตราการปล่อยประจุ

ในขณะที่ความจุที่ระบุเป็นประโยชน์สำหรับการเปรียบเทียบ การหาความจุจริงของ 18650 ในการใช้งานจริงต้องคำนวณความจุที่ใช้งานได้ตามกระแสปล่อยประจุเฉพาะของคุณ มีหลายวิธีในการกำหนดสิ่งนี้

ใช้เส้นโค้งการปล่อยประจุ

ผู้ผลิตแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้จะให้เส้นโค้งลักษณะการปล่อยประจุในแผ่นข้อมูลของ 18650 ซึ่งแสดงระดับความจุที่ทดสอบแล้วในแต่ละกระแสปล่อยประจุคงที่ต่าง ๆ จนถึงแรงดันตัดขาดที่กำหนดไว้

ด้วยข้อมูลนี้ คุณสามารถประมาณความจุในแต่ละกระแสได้อย่างใกล้เคียง อย่างไรก็ตาม มีไม่กี่บริษัทที่ให้เส้นโค้งรายละเอียดเหล่านี้

ใช้เครื่องคำนวณความจุ 18650 ออนไลน์

มีเครื่องคำนวณแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนออนไลน์ที่ประมาณความจุตามอัตราการปล่อยประจุโดยใช้ข้อมูลทดสอบเก่า แม้จะไม่แม่นยำเท่าการทดสอบเซลล์ของคุณเอง แต่ก็ให้ประมาณค่าที่ดีโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ

ทดสอบด้วยโหลดโปรแกรมได้

วิธีที่แม่นยำที่สุดในการหาความจุจริงคือการทดสอบเซลล์ 18650 ของคุณโดยใช้โหลดอิเล็กทรอนิกส์ที่ตั้งโปรแกรมได้หรือเครื่องวิเคราะห์แบตเตอรี่

อุปกรณ์เหล่านี้สามารถปล่อยประจุของแบตเตอรี่ 18650 ได้อย่างปลอดภัยในกระแสคงที่และกำหนดไว้ พร้อมบันทึกแรงดันไฟฟ้าตลอดเวลา พวกเขาจะปล่อยประจุจนถึงแรงดันไฟฟ้าตัดที่กำหนด จากนั้นจะรวมกระแสเพื่อคำนวณความจุที่แท้จริง

เครื่องวิเคราะห์และชาร์จอัจฉริยะส่วนใหญ่มีการทดสอบการปล่อยประจุในตัว สำหรับการทดสอบด้วยตนเอง คุณสามารถใช้แบงค์โหลดตัวต้านทานปรับได้ เพียงแค่ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการป้องกันที่เหมาะสม

ในขณะที่การทดสอบให้ความสามารถที่แท้จริง แต่ต้องลงทุนในอุปกรณ์เริ่มต้นและใช้เวลามากขึ้น

พิจารณาขอบเขตความปลอดภัย

เมื่อกำหนดขนาดชุดแบตเตอรี่หลายเซลล์ แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดคือการลดความจุของแต่ละเซลล์ลง 20% ซึ่งช่วยป้องกันการปล่อยประจุเกินเนื่องจากความแตกต่างระหว่างเซลล์และการสูญเสียความจุจากการเสื่อมสภาพ

สำหรับการดึงพลังงานสูง บางนักออกแบบยังปรับลดความจุโดยใช้ค่า 10% เพื่อคำนึงถึงผลกระทบของอุณหภูมิในใช้งานจริง ควรมีความจุมากกว่าที่จำเป็นเล็กน้อยแทนที่จะใกล้เคียงขีดจำกัดมากเกินไป

ปัจจัยสำคัญที่ลดความจุของ 18650

แม้ว่าการทดสอบจะให้ค่าความจุที่แม่นยำที่สุด แต่ก็มีตัวแปรหลายอย่างนอกเหนือจากอัตราการปล่อยประจุที่สามารถลดความจุที่ใช้งานได้ของ 18650:

อุณหภูมิต่ำ

เซลล์ลิเธียมไอออนสูญเสียความจุในอุณหภูมิต่ำเนื่องจากความต้านทานภายในที่เพิ่มขึ้นและอัตราการแพร่ของเคมีที่ช้าลง ความจุที่ใช้งานได้อาจลดลง 50% หรือมากกว่าจากอุณหภูมิต่ำสุด

อุณหภูมิสูง

ความจุก็ลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจากอุณหภูมิห้อง ประมาณ 45°C ความจุที่ใช้งานได้ลดลงสูงสุดถึง 20% ที่ 60°C ความจุอาจลดลงถึง 35%

อายุและการใช้งานซ้ำ

ด้วยรอบการชาร์จ/ปล่อยประจุซ้ำ ๆ ไอออนลิเธียมจะสูญเสียความสามารถในการแทรกซึมเข้าไปในอิเล็กโทรดอย่างถูกต้อง ทำให้ความจุถาวรลดลงตามอายุการใช้งานของ 18650

ความต้องการแรงดันไฟฟ้า

แรงดันตัดของอุปกรณ์มีผลต่อความจุที่ใช้งานได้ ความจุจะลดลงต่อเนื่องหลังจาก 3.0V ดังนั้น การตั้งค่ากำลังไฟต่ำสุดที่ 2.5V จะให้ความจุต่ำกว่าที่ 3.0V ควรเลือกขนาดชุดแบตเตอรี่ตามแรงดันตัดของระบบเสมอ

อัตราการปล่อยประจุ (C-Rate)

ความจุที่ใช้งานได้แตกต่างกันอย่างมากในแต่ละอัตราการปล่อยประจุ กระแสสูงสามารถลดความจุลงได้มากกว่าร้อยละ 50 ของค่าที่วัดได้ในอัตราการปล่อยต่ำ ควรตรวจสอบเส้นโค้งการปล่อยประจุเมื่อเลือกเซลล์

โดยเข้าใจว่าปัจจัยเหล่านี้มีผลต่อความจุ คุณจะสามารถทำนายระยะเวลาการใช้งานได้แม่นยำขึ้นสำหรับการใช้งานและสภาพการทำงานที่กำหนด

แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพความจุของ 18650

ในขณะที่การทดสอบและการคำนวณให้ความสามารถในการทำงาน แต่ก็มีหลายวิธีที่จะช่วยเพิ่มอายุการใช้งานและระยะเวลาการใช้งานสูงสุดจากเซลล์ 18650 ของคุณ:

• เลือกเซลล์อย่างระมัดระวังเพื่อให้ตรงกับอัตราการปล่อยประจุที่ต้องการ
• ใช้กระแสปล่อยประจุต่ำกว่าที่อนุญาตเมื่อเป็นไปได้
• หลีกเลี่ยงการเปิดเผยอุณหภูมิสุดขีด
• ใช้วิธีระบายความร้อนเชิงรุกหรือเชิงรับ
• ป้องกันการชาร์จเต็มเกินกว่า >4.10V/เซลล์
• หลีกเลี่ยงการปล่อยประจุต่ำกว่า 2.5V/เซลล์
• ใช้การจัดการแบตเตอรี่ที่สมดุล
• เพิ่มความจุของแพ็คเล็กน้อยเพื่อเป็นมาตรการความปลอดภัย

สรุป

การกำหนดความจุจริงของเซลล์ลิเธียมไอออน 18650 ในโลกแห่งความเป็นจริงเกี่ยวข้องกับมากกว่าการอ่านฉลาก โดยการคำนึงถึงอัตราการปล่อยประจุ อุณหภูมิ อายุ และปัจจัยอื่น ๆ คุณสามารถปรับความจุที่ใช้งานได้ให้เหมาะสมเพื่อขนาดชุดแบตเตอรี่และประมาณเวลาการใช้งานอย่างแม่นยำ การจับคู่เซลล์กับโหลด การตรวจสอบขีดจำกัดแรงดัน และการรักษาสภาพการทำงานที่เหมาะสมช่วยปลดล็อกศักยภาพเต็มที่ของ 18650