{"id":4236,"date":"2021-12-09T06:34:34","date_gmt":"2021-12-09T06:34:34","guid":{"rendered":"https:\/\/manlybattery.com\/?p=4236"},"modified":"2024-05-27T18:26:26","modified_gmt":"2024-05-27T10:26:26","slug":"sechs-wichtige-parameter-von-lithiumbatterien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/manlybattery.com\/de\/six-important-parameters-of-lithium-batteries\/","title":{"rendered":"Sechs wichtige Parameter von Lithiumbatterien"},"content":{"rendered":"

1. Batteriekapazit\u00e4t<\/h2>\n

Die Kapazit\u00e4t einer Batterie wird im Allgemeinen durch die Menge des darin enthaltenen aktiven Materials bestimmt und \u00fcblicherweise in Milliamperestunden (mAh oder Ah) angegeben. Beispielsweise k\u00f6nnen 1000 mAh eine Stunde lang mit einem Strom von 1 A entladen werden.<\/p>\n

1.1 Batteriekapazit\u00e4t verstehen: Nennleistung vs. tats\u00e4chliche Leistung vs. theoretische Leistung<\/h3>\n

Die Batteriekapazit\u00e4t kann je nach Bedingungen in tats\u00e4chliche Kapazit\u00e4t, theoretische Kapazit\u00e4t und Nennkapazit\u00e4t unterteilt werden.<\/p>\n

Die Kapazit\u00e4t einer Batterie, die sie bei einer bestimmten Entladerate bei 25 \u00b0C bis zur Klemmenspannung bereitstellt, wird bei Design und Produktion als Batteriekapazit\u00e4t definiert. Dies wird als Nennkapazit\u00e4t f\u00fcr eine bestimmte Entladerate RH bezeichnet.<\/p>\n

Die Batteriekapazit\u00e4t wird \u00fcblicherweise in Amperestunden (AH) gemessen. Eine andere Messmethode ist die Angabe der Zellen (pro Platteneinheit) in Watt (W\/Zelle).<\/p>\n

    \n
  1. Zur Berechnung der Ah-Werte (Amperestunden) multiplizieren Sie den Entladestrom (Konstantstrom) I mit der Entladezeit (in Stunden) T. Beispielsweise h\u00e4lt eine 7-Ah-Batterie bei kontinuierlicher Entladung mit 0,35 A etwa 20 Stunden.<\/li>\n
  2. Die Standardladezeit betr\u00e4gt 15 Stunden und der Ladestrom 1\/10 der Akkukapazit\u00e4t. Schnelles Laden kann die Lebensdauer des Akkus verk\u00fcrzen.<\/li>\n<\/ol>\n

    Die Batteriekapazit\u00e4t gibt die Gr\u00f6\u00dfe der in einer Batterie gespeicherten elektrischen Ladung an. Die Einheit f\u00fcr die Batteriekapazit\u00e4t ist \u201emAh\u201c, im Chinesischen als Milliamperestunden bekannt. Bei Batterien mit h\u00f6herer Kapazit\u00e4t, wie etwa Blei-S\u00e4ure-Batterien, wird der Einfachheit halber im Allgemeinen \u201eAh\u201c (Amperestunden) verwendet, wobei 1 Ah = 1000 mAh ist. Wenn eine Batterie eine Nennkapazit\u00e4t von 1300 mAh hat und Sie die Batterie mit einem Strom von 130 mA entladen, kann die Batterie etwa 10 Stunden lang betrieben werden (1300 mAh\/130 mA = 10 h). Wenn der Entladestrom 1300 mA betr\u00e4gt, sinkt die Betriebszeit auf etwa 1 Stunde. Diese Berechnungen gehen von idealen Bedingungen aus, und die tats\u00e4chliche Betriebszeit eines Ger\u00e4ts kann je nach Komponenten, wie etwa einem LCD-Bildschirm oder dem Blitz in einer Digitalkamera, variieren, die gro\u00dfe Stromschwankungen verursachen k\u00f6nnen. Daher kann die tats\u00e4chliche Betriebszeit eines batteriebetriebenen Ger\u00e4ts nur gesch\u00e4tzt werden, in der Regel basierend auf Erfahrungen aus der Praxis.<\/p>\n

    1.2 Kapazit\u00e4tseinheit<\/h3>\n

    Die Batteriekapazit\u00e4t wird \u00fcblicherweise in Amperestunden (Ah) gemessen und f\u00fcr eine bestimmte Batterie bestimmt. Beispielsweise k\u00f6nnte die Frage lauten: Wie gro\u00df ist die Kapazit\u00e4t dieses Smartphone-Akkus? Oder: Wie gro\u00df ist die Kapazit\u00e4t dieses Elektroroller-Akkus? Diese Fragen sind f\u00fcr jede Batterie individuell. Wenn die Batteriespannung bereits definiert ist und nicht die Echtzeitspannung ber\u00fccksichtigt wird, kann die Angabe der Amperestunden die Batteriekapazit\u00e4t wiedergeben.<\/p>\n

    Bei Batterien mit unterschiedlichen Spannungen kann man sich jedoch nicht einfach auf Amperestunden verlassen, um die Kapazit\u00e4t zu bezeichnen. Nehmen wir zum Beispiel eine MANLY 12V 20AH Batterie<\/a><\/strong> und eine MANLY 15V 20AH Batterie. Obwohl beide 20 Ah haben, funktioniert das Ger\u00e4t bei gleicher Belastung einwandfrei, die Betriebsdauer ist jedoch unterschiedlich. Daher sollte die Standardkapazit\u00e4t anhand der Leistung gemessen werden.<\/p>\n

    Zur Veranschaulichung betrachten wir ein Ger\u00e4t, das sowohl 12 V als auch 24 V unterst\u00fctzt. Mit einer MANLY 12 V 20 Ah Batterie kann es eine Stunde lang betrieben werden. Werden jedoch zwei solcher Batterien in Reihe geschaltet (24 V 20 Ah), bleiben die Amperestunden unver\u00e4ndert, die Betriebszeit verdoppelt sich jedoch. In diesem Zusammenhang sollte die Kapazit\u00e4t im Hinblick auf die Leistung betrachtet werden, die die Batterie speichern kann, nicht nur im Hinblick auf die Amperestunden.<\/p>\n

    Leistung (W) = Leistung (P) * Zeit (T) = Strom (I) * Spannung (U) * Zeit (T).<\/p>\n

    Dieser Ansatz zur Diskussion der Akkukapazit\u00e4t ist sinnvoller. Man muss realistisch und sachlich bleiben; sonst k\u00f6nnte man zu der unlogischen Behauptung gelangen, ein Smartphone-Akku habe eine gr\u00f6\u00dfere Kapazit\u00e4t als der Akku eines Elektrorollers, was eindeutig unwissenschaftlich ist.<\/p>\n

    \"Sechs<\/p>\n

    2. Nennspannung<\/h2>\n

    Die Potentialdifferenz zwischen den positiven und negativen Elektroden der Batterie wird als Nennspannung der Batterie bezeichnet. Die Nennspannung wird durch das Elektrodenpotential des Plattenmaterials und die Konzentration des inneren Elektrolyten bestimmt. Das Entladediagramm einer Lithiumbatterie ist parabolisch: 4,3 V fallen auf 3,7 V und 3,7 V auf 3,0 V ab. Beide Werte \u00e4ndern sich schnell. Nur die Entladezeit von etwa 3,7 V ist die l\u00e4ngste und macht fast drei Viertel der Zeit aus. Daher bezieht sich die Nennspannung der Lithiumbatterie auf die Spannung, die die l\u00e4ngste Entladezeit aufrechterh\u00e4lt.<\/p>\n

      \n
    1. Tern\u00e4re Lithiumbatterie<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n

      Die Nennspannung einer tern\u00e4ren Lithiumzelle betr\u00e4gt 3,6 V, der Betriebsspannungsbereich liegt zwischen 2,5 V und 4,2 V. Bei einem Akkupack multipliziert man die Spannung mit der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen. Beispielsweise betr\u00e4gt die Nennspannung eines tern\u00e4ren Lithiumakkupacks der 10er-Serie 36 V, der Betriebsspannungsbereich reicht von 25 V bis 42 V.<\/p>\n

        \n
      1. Lithium-Eisenphosphat-Batterie<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n

        Die Nennspannung einer Lithium-Eisenphosphat-Zelle betr\u00e4gt 3,2 V, der Betriebsspannungsbereich liegt zwischen 2,0 V und 3,65 V. F\u00fcr den entsprechenden Akkupack multipliziert man den Wert mit der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen. Beispielsweise hat ein Lithium-Eisenphosphat-Akkupack der Serie 15 eine Nennspannung von 48 V und einen Betriebsspannungsbereich von 30 V bis 54,75 V.<\/p>\n

        Welche Auswirkungen hat eine niedrige Spannung auf Lithiumbatterien?<\/p>\n

        Es wird empfohlen, Lithiumbatterien langfristig mit einer Ladung von ca. 70 % zu lagern. Bei Nichtgebrauch f\u00fcr 3 bis 6 Monate empfiehlt es sich, die Batterien einmal vollst\u00e4ndig zu laden und wieder zu entladen. Dies verl\u00e4ngert die Lebensdauer des Akkus.<\/p>\n

        Bei l\u00e4ngerer Lagerung ohne Verwendung und bei sehr niedriger Spannung k\u00f6nnen die Materialien der Lithiumbatterie beeintr\u00e4chtigt werden. Ihre chemische Reaktivit\u00e4t kann nachlassen, was wiederum die Lebensdauer des Akkupacks beeintr\u00e4chtigt.<\/p>\n

        Lithium-Ionen-Akkus arbeiten mit Spannungen zwischen 2,5 V und 4,2 V. F\u00e4llt die Spannung unter 2,5 V, wird die Entladung beendet. Durch das Schlie\u00dfen des Entladekreises sinkt der Stromverlust der internen Schutzschaltung auf den niedrigsten Wert. In der Praxis kann die Entladeschlussspannung jedoch aufgrund von Materialunterschieden zwischen 2,5 V und 3,0 V liegen. \u00dcbersteigt die Spannung 4,2 V, wird der Ladekreis zum Schutz des Akkus abgeschaltet.<\/p>\n

        3. Ladeabschlussspannung<\/h2>\n

        Wenn der Akku vollst\u00e4ndig geladen ist, ist das aktive Material auf der Elektrodenplatte ges\u00e4ttigt. Die Batteriespannung steigt bei weiterem Laden nicht an. Die Spannung zu diesem Zeitpunkt wird als Ladeschlussspannung bezeichnet. Die tern\u00e4re Lithiumbatterie hat eine Spannung von 4,2 V, die Lithiumeisenphosphatbatterie eine von 3,65 V.<\/p>\n

        \"12-V-Lithiumbatterie\"<\/p>\n

        4. Entladeschlussspannung<\/h2>\n

        Die Entladeschlussspannung bezeichnet die niedrigste zul\u00e4ssige Spannung beim Entladen der Batterie. Die Entladeschlussspannung h\u00e4ngt mit der Entladerate zusammen.<\/p>\n

        5. Innenwiderstand der Batterie<\/h2>\n

        Der Innenwiderstand der Batterie wird durch den Widerstand der Elektrodenplatte und den Widerstand des Ionenstroms bestimmt. W\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs bleibt der Widerstand des Bildmotors und der Elektrodenplatte unver\u00e4ndert, der Widerstand des Ionenstroms nimmt jedoch mit der Konzentration des Elektrolyten und der geladenen Ionen zu oder ab. Mit abnehmender Leerlaufspannung einer Lithiumbatterie steigt auch die Impedanz. Daher muss beim Laden mit geringer Leistung (unter 3 V) zun\u00e4chst eine Vorladung (Erhaltungsladung) durchgef\u00fchrt werden, um zu verhindern, dass zu viel Strom zu einer \u00fcberm\u00e4\u00dfigen Erw\u00e4rmung der Batterie f\u00fchrt.<\/p>\n

        Zusammensetzung des Innenwiderstands einer Lithiumbatterie<\/strong><\/p>\n

        Der ohmsche Widerstand entsteht haupts\u00e4chlich durch das Elektrodenmaterial, den Elektrolyten, den Separatorwiderstand sowie den Kontaktwiderstand von Stromkollektoren und Laschenverbindungen. Er h\u00e4ngt mit der Gr\u00f6\u00dfe, dem Aufbau und den Anschlussmethoden der Batterie zusammen.<\/p>\n

        Der Polarisationswiderstand, der sofort nach Anlegen von Strom entsteht, stellt die kumulative Tendenz verschiedener Barrieren innerhalb der Batterie dar, geladene Ionen daran zu hindern, ihr Ziel zu erreichen. Dieser Widerstand l\u00e4sst sich weiter in elektrochemische Polarisation und Konzentrationspolarisation unterteilen.<\/p>\n

        Derzeit hat die g\u00e4ngigste 18650-Lithiumbatterie einen Innenwiderstand von etwa 12 Milliohm, w\u00e4hrend typische Batterien zwischen 13 und 15 Milliohm liegen. Da die Impedanz die Leistung der Batterie beeintr\u00e4chtigen kann, gelten 50 Milliohm im Allgemeinen als normal. Zwischen 50 und 100 Milliohm bleibt die Batterie funktionsf\u00e4hig, die Leistung l\u00e4sst jedoch nach. \u00dcber 100 Milliohm ist eine Parallelschaltung erforderlich, und alles \u00fcber 200 Milliohm ist praktisch unbrauchbar.<\/p>\n

        Auswirkungen des Innenwiderstands von Lithiumbatterien<\/strong><\/p>\n

        Alle Faktoren, die die Bewegung von Lithium-Ionen und Elektronen von einem Pol zum anderen innerhalb der Lithiumbatterie behindern, tragen zu ihrem Innenwiderstand bei. Idealerweise gilt: Je niedriger der Innenwiderstand, desto besser. Ein h\u00f6herer Innenwiderstand f\u00fchrt zu erh\u00f6hten W\u00e4rmeverlusten und verhindert so eine Entladung mit hohem Strom. Dar\u00fcber hinaus f\u00fchrt ein hoher Innenwiderstand dazu, dass sich die Batterie w\u00e4hrend des Betriebs erw\u00e4rmt. Erh\u00f6hte Temperaturen k\u00f6nnen dazu f\u00fchren, dass die Entladespannung der Batterie sinkt und die Entladedauer verk\u00fcrzt wird, was Leistung und Lebensdauer der Batterie erheblich beeintr\u00e4chtigt. Im Extremfall besteht sogar die Gefahr einer Selbstentz\u00fcndung.<\/p>\n

        6. Selbstentladungsrate<\/h2>\n

        Es bezieht sich auf den Prozentsatz der Gesamtkapazit\u00e4t, der automatisch verloren geht, wenn die Batterie f\u00fcr einen bestimmten Zeitraum nicht verwendet wird. Im Allgemeinen betr\u00e4gt die Selbstentladungsrate von Lithium-Ionen-Batterien bei Raumtemperatur 5%-8%.<\/p>\n

        6.1 Wie wirkt sich die Entladerate auf die Batteriekapazit\u00e4t aus?<\/strong><\/h3>\n

        Die Entladerate wirkt sich direkt auf die effektive Kapazit\u00e4t einer Batterie aus. Insbesondere kann eine h\u00f6here Entladerate die verf\u00fcgbare Kapazit\u00e4t verringern, da die Batterie bei schneller Entladung m\u00f6glicherweise nicht ihre maximale Nennkapazit\u00e4t halten kann. Daher muss bei der Bewertung der nutzbaren Kapazit\u00e4t einer Batterie die Entladerate ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n

        6.2 Wie hoch ist die Entladerate von Elektrofahrradbatterien?<\/strong><\/h3>\n

        Die Entladerate von E-Bike-Akkus kann je nach Akkuchemie und -design variieren. E-Bikes verwenden aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Leistung typischerweise Lithium-Ionen-Akkus. Diese Akkus weisen in der Regel eine Entladerate von 1C bis 4C oder sogar mehr auf. So kann beispielsweise ein 1-Ah-Akku mit einer Entladerate von 10C einen Dauerentladestrom von 10 Ampere liefern, w\u00e4hrend eine Entladerate von 4C einen Dauerentladestrom von 40 Ampere erm\u00f6glicht.<\/p>\n

        6.3 Was gilt als hohe Entladerate bei Lithiumbatterien?<\/strong><\/h3>\n

        Bei Lithiumbatterien gilt eine Entladerate typischerweise ab 1C als \u201ehoch\u201c. Wichtig ist jedoch, dass die als hoch empfundene spezifische Entladerate je nach Batteriedesign, chemischer Zusammensetzung und Einsatzzweck variieren kann.<\/p>\n

        6.4 Was ist eine gute Entladerate f\u00fcr Batterien?<\/strong><\/h3>\n

        Die optimale C-Rate einer Batterie h\u00e4ngt von den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung ab. In der Regel gilt eine Entladerate, die eine effiziente Energie\u00fcbertragung erm\u00f6glicht, ohne die Batterie \u00fcberm\u00e4\u00dfig zu belasten, als g\u00fcnstig. Es wird empfohlen, die Spezifikationen und Richtlinien des Herstellers zu konsultieren, um die beste Entladerate f\u00fcr eine bestimmte Batterie zu ermitteln.<\/p>\n

        6.5 Wie berechnet man die C-Rate?<\/strong><\/h3>\n

        C-Rate (C) = Lade- bzw. Entladestrom in Ampere (A) \/ Nennkapazit\u00e4t der Batterie (Ah)<\/p>\n

        Sehen wir uns ein Beispiel mit einer 100-Ah-Lithiumbatterie an:<\/p>\n

        1C steht f\u00fcr einen Entladestrom von 100 Ampere. Das bedeutet, dass die Batterie eine Stunde lang eine kontinuierliche Entladung von 100 Ampere liefern kann. Einfacher ausgedr\u00fcckt: Sie kann 60 Minuten lang einen Laststrom von 100 Ampere bew\u00e4ltigen.<\/p>\n

        Wenn wir die C-Rate auf 2C erh\u00f6hen, betr\u00e4gt der Entladestrom 200 Ampere. Das bedeutet, dass die Batterie nun einen Entladestrom von 200 Ampere liefern kann, allerdings f\u00fcr eine k\u00fcrzere Dauer. Bei einer 2C-Rate kann die Batterie einen Ladestrom von 200 Ampere 30 Minuten oder eine halbe Stunde lang aufrechterhalten.<\/p>\n

        Eine Reduzierung der C-Rate auf 0,5 C f\u00fchrt hingegen zu einem Entladestrom von 50 Ampere. Bei einer C-Rate von 0,5 C kann die Batterie einen Entladestrom von 50 Ampere liefern, wodurch sich die Entladezeit verl\u00e4ngert. Unter diesen Bedingungen kann die Batterie einen Ladestrom von 50 Ampere f\u00fcr 2 Stunden oder 120 Minuten aufrechterhalten.<\/p>\n

        Bei der Beurteilung der Leistungsf\u00e4higkeit und Kapazit\u00e4t von Lithium-Batterien ist die C-Rate ein entscheidender Faktor, da sie sowohl den verf\u00fcgbaren Entladestrom als auch die entsprechende Entladedauer bestimmt.<\/p>\n

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