Six Important Parameters of Lithium Batteries

1. Battery capacity

Generally the capacity of the battery is determined by the amount of active material in the battery, usually expressed in milliampere-hour mAh or Ah. For example, 1000 mAh can be discharged for 1 h with a current of 1 A.

1.1 Understanding Battery Capacity: Rated vs. Actual vs. Theoretical

Battery capacity can be categorized into actual capacity, theoretical capacity, and rated capacity, based on different conditions.

The capacity that a battery provides when discharged at a particular discharge rate at 25°C down to its terminal voltage is defined as the battery’s capacity during design and production. This is termed the rated capacity for a given discharge rate RH.

Battery capacity is typically measured in AH (Ampere-hours). Another method of measurement is in terms of CELL (per unit plate) in watts (W/CELL).

1. For Ah (Ampere-hours) calculations, you take the discharge current (constant current) I and multiply it by the discharge time (in hours) T. For instance, a 7AH battery discharged continuously at 0.35A can last for approximately 20 hours.
2. The standard charging time is 15 hours, and the charging current is 1/10 of the battery’s capacity. Fast charging may reduce the battery’s lifespan.

Battery capacity refers to the size of the stored electrical charge in a battery. The unit for battery capacity is “mAh”, known in Chinese as milliampere-hours. For larger capacity batteries, such as lead-acid batteries, “Ah” (Ampere-hours) is generally used for convenience, where 1Ah = 1000mAh. If a battery has a rated capacity of 1300mAh, and you discharge the battery with a current of 130mA, the battery can operate for about 10 hours (1300mAh/130mA = 10h). If the discharge current is 1300mA, then the operational time drops to around 1 hour. These calculations assume ideal conditions, and actual device operation may vary based on components, like an LCD screen or flash in a digital camera, which can cause large variations in current. Hence, the actual operational time for a device powered by the battery can only be approximated, usually based on real-world experience.

1.2 Unit of Capacity

En règle générale, la capacité de la batterie est mesurée en ampères-heures (Ah), et elle est déterminée pour une batterie spécifique. Par exemple, la question pourrait être : quelle est la capacité de la batterie de ce smartphone ? Ou quelle est la capacité de cette batterie de scooter électrique ? Ces requêtes sont uniques à chaque batterie. Lorsque la tension de la batterie est déjà définie et que l'on ne considère pas la tension en temps réel, la simple indication des ampères-heures peut représenter la capacité de la batterie.

Cependant, lorsqu'il s'agit de batteries de tensions différentes, on ne peut pas simplement se fier aux ampères-heures pour indiquer la capacité. Prenons par exemple unBatterie MANLY 12V 20AHet une batterie MANLY 15V 20AH. Même si les deux ont 20AH, lors de l’alimentation d’un appareil avec la même charge, l’appareil fonctionnera très bien, mais la durée de fonctionnement sera différente. Par conséquent, la capacité standard doit être mesurée en termes de puissance.

Pour illustrer davantage, considérons un appareil pouvant prendre en charge à la fois 12 V et 24 V. S'il est alimenté par une batterie MANLY 12V 20AH, il peut durer une heure. Cependant, si deux de ces batteries sont connectées en série, ce qui donne 24 V 20 Ah, les ampères-heures restent inchangés, mais la durée de fonctionnement double. Dans ce contexte, la capacité doit être considérée en termes de puissance que la batterie peut contenir, et pas seulement en ampères-heures.

Puissance (W) = Puissance (P) * Temps (T) = Courant (I) * Tension (U) * Temps (T).

Cette approche pour discuter de la capacité de la batterie est plus significative. Il faut être réaliste et factuel ; sinon, vous pourriez vous retrouver avec l’affirmation illogique selon laquelle la batterie d’un smartphone a une capacité supérieure à celle d’une batterie de scooter électrique, ce qui n’est clairement pas scientifique.

2. Tension nominale

La différence de potentiel entre les électrodes positives et négatives de la batterie est appelée tension nominale de la batterie. La tension nominale est déterminée par le potentiel d'électrode du matériau de la plaque et la concentration de l'électrolyte interne. Le diagramme de décharge de la batterie au lithium est parabolique, avec 4,3 V tombant à 3,7 V et 3,7 V tombant à 3,0 V, ces deux valeurs changeant rapidement. Seul le temps de décharge d'environ 3,7 V est le plus long, représentant près des 3/4 du temps, donc la tension nominale de la batterie au lithium fait référence à la tension qui maintient le temps de décharge le plus long.

1. Batterie au lithium ternaire

La tension nominale d'une pile au lithium ternaire est de 3,6 V, avec une plage de tension de fonctionnement comprise entre 2,5 V et 4,2 V. Pour une batterie, vous multipliez la tension par le nombre de cellules en série. Par exemple, pour une batterie au lithium ternaire de la série 10, la tension nominale est de 36 V et la plage de tension de fonctionnement s'étend de 25 V à 42 V.

2. Batterie au lithium fer phosphate

La tension nominale d'une cellule au lithium fer phosphate est de 3,2 V, avec une plage de tension de fonctionnement de 2,0 V à 3,65 V. De même, pour le pack batterie correspondant, vous multipliez par le nombre de cellules en série. Par exemple, une batterie au lithium fer phosphate de la série 15 a une tension nominale de 48 V, avec une plage de tension de fonctionnement de 30 V à 54,75 V.

Alors, quelles sont les implications d’une basse tension pour les batteries au lithium ?

Il est recommandé de stocker les batteries au lithium à long terme avec environ 70 % de leur charge. S'il n'est pas utilisé pendant 3 à 6 mois, il est conseillé d'effectuer une charge et une décharge complètes. Cela profite à la durée de vie globale de la batterie.

En cas de stockage prolongé sans utilisation et à des tensions très basses, les matériaux de la batterie au lithium peuvent être affectés. Leur réactivité chimique pourrait se détériorer, ce qui impacterait la durée de vie de la batterie.

Les batteries lithium-ion fonctionnent à des tensions allant de 2,5 V à 4,2 V. Lorsque la tension descend en dessous de 2,5 V, la décharge de la batterie prend fin et, en raison de la fermeture du circuit de décharge, la perte de courant du circuit de protection interne chute à son niveau le plus bas. Cependant, dans les applications réelles, en raison des variations des matériaux internes, la tension de terminaison de décharge peut varier de 2,5 V à 3,0 V. Lorsque la tension dépasse 4,2 V, le circuit de charge est terminé pour garantir la sécurité de la batterie.

3. Tension de fin de charge

Lorsque la batterie rechargeable est complètement chargée, le matériau actif sur la plaque d'électrode a atteint un état saturé et la tension de la batterie n'augmentera pas lorsque la batterie continuera à être chargée. La tension à ce moment est appelée tension de fin de charge. La batterie au lithium ternaire est de 4,2 V et la batterie au lithium fer phosphate est de 3,65 V.

4. Tension de terminaison de décharge

La tension de fin de décharge fait référence à la tension la plus basse autorisée lorsque la batterie est déchargée. La tension de fin de décharge est liée au taux de décharge.

5. Résistance interne de la batterie

La résistance interne de la batterie est déterminée par la résistance de la plaque d'électrode et la résistance du flux d'ions. Pendant le processus de charge et de décharge, la résistance du moteur d'image et de la plaque d'électrode reste inchangée, mais la résistance du flux d'ions augmentera ou diminuera avec la concentration de l'électrolyte et des ions chargés. Et changer. Lorsque la tension OCV d'une batterie au lithium diminue, l'impédance augmente. Par conséquent, lors d'une charge à faible puissance (moins de 3 V), une précharge (charge de maintien) doit être effectuée en premier pour éviter qu'un courant trop important ne provoque une génération excessive de chaleur de la batterie.

Composition de la résistance interne de la batterie au lithium

La résistance ohmique provient principalement des matériaux d'électrode, de l'électrolyte, de la résistance du séparateur, ainsi que de la résistance de contact des collecteurs de courant et des connexions à languettes. Cela dépend de la taille, de la structure et des méthodes de connexion de la batterie.

La résistance de polarisation, qui apparaît instantanément lorsqu'un courant est appliqué, représente la tendance cumulative de diverses barrières à l'intérieur de la batterie empêchant les ions chargés d'atteindre leur destination. Cette résistance peut être classée en polarisation électrochimique et polarisation de concentration.

Actuellement, la batterie au lithium 18650 remarquable a une résistance interne d’environ 12 milliohms, alors que les batteries typiques oscillent entre 13 et 15 milliohms. Étant donné que l'impédance peut affecter les performances de la batterie, d'une manière générale, 50 milliohms sont considérés comme normaux. Entre 50 et 100 milliohms, la batterie reste fonctionnelle, mais les performances commencent à se dégrader. Au-delà de 100 milliohms, une utilisation en parallèle est nécessaire et tout ce qui dépasse 200 milliohms est pratiquement inutilisable.

Impacts de la résistance interne des batteries au lithium

Tous les facteurs qui entravent le mouvement des ions lithium et des électrons d’un pôle à l’autre au sein de la batterie au lithium contribuent à sa résistance interne. Idéalement, plus la résistance interne est faible, mieux c'est. Une résistance interne plus élevée entraîne une augmentation des pertes thermiques, empêchant ainsi une décharge de courant élevé. De plus, une résistance interne élevée fait que la batterie chauffe pendant son utilisation. Des températures élevées peuvent entraîner une chute de la tension de fonctionnement de décharge de la batterie et un raccourcissement de sa durée de décharge, affectant gravement les performances et la durée de vie de la batterie. Dans des cas extrêmes, cela peut même présenter un risque de combustion spontanée.

6. Taux d'autodécharge

Il s’agit du pourcentage de la capacité totale qui est automatiquement perdu lorsque la batterie n’est pas utilisée pendant un certain temps. Généralement, le taux d'autodécharge des batteries lithium-ion à température ambiante est de 5 à 8 %.

6.1 Comment le taux de décharge affecte-t-il la capacité de la batterie ?

Le taux de décharge a un impact direct sur la capacité effective d'une batterie. Plus précisément, un taux de décharge plus élevé peut diminuer la capacité disponible, car la batterie pourrait ne pas être en mesure de maintenir sa capacité nominale maximale lors de décharges rapides. Ainsi, lors de l’évaluation de la capacité utilisable d’une batterie, le taux de décharge doit être pris en compte.

6.2 Quel est le taux de décharge des batteries de vélos électriques ?

Le taux de décharge des batteries de vélos électriques peut varier en fonction de la chimie et de la conception spécifiques de la batterie. Les vélos électriques utilisent généralement des batteries lithium-ion en raison de leur densité énergétique et de leurs performances élevées. Ces batteries présentent généralement un taux de décharge allant de 1C à 4C ou même plus. À titre d'exemple, une batterie de 1 Ah avec un taux de décharge de 10 C peut fournir un courant de décharge continu de 10 ampères, alors qu'un taux de 4 C permettrait un courant de décharge continu de 40 ampères.

6.3 Qu'est-ce qu'un taux de décharge élevé pour les batteries au lithium ?

Pour les batteries au lithium, un taux de décharge généralement considéré comme « élevé » commence à 1 °C et plus. Cependant, il est important de noter que ce qui est considéré comme un taux de décharge spécifique élevé peut varier en fonction de la conception de la batterie, de sa composition chimique et de l'application prévue.

6.4 Qu'est-ce qu'un bon taux de décharge pour les batteries ?

Un taux C optimal pour une batterie dépend des exigences spécifiques de son application. En règle générale, un taux de décharge qui facilite un transfert de puissance efficace sans trop solliciter la batterie est considéré comme favorable. Il est recommandé de consulter les spécifications et les directives du fabricant pour déterminer le meilleur taux de décharge pour une batterie particulière.

6.5 Comment calculer le taux C ?

Taux C (C) = Courant de charge ou de décharge en ampères (A) / Capacité nominale de la batterie (Ah)

Prenons un exemple impliquant une batterie au lithium de 100 Ah :

1C représente un courant de décharge de 100 ampères, ce qui signifie que la batterie peut fournir une décharge continue de 100 ampères pendant une heure. En termes plus simples, il peut gérer un courant de charge de 100 ampères pendant 60 minutes.

Si nous augmentons le taux C à 2C, le courant de décharge devient 200 ampères. Cela signifie que la batterie peut désormais fournir un courant de décharge de 200 ampères, mais pour une durée réduite. À un taux de 2C, la batterie peut supporter un courant de charge de 200 ampères pendant 30 minutes ou une demi-heure.

D'un autre côté, réduire le taux C à 0,5 C entraîne un courant de décharge de 50 ampères. À une température de 0,5 °C, la batterie peut fournir un courant de décharge de 50 ampères, prolongeant ainsi la période de décharge. Dans ces conditions, la batterie peut supporter un courant de charge de 50 ampères pendant 2 heures ou 120 minutes.

Lors de l'évaluation des performances et de la capacité des batteries au lithium, le taux C s'impose comme un facteur crucial puisqu'il détermine à la fois le courant de décharge disponible et la durée de décharge correspondante.