C-Rate von Batterien
Elektrische Batterien sind grundlegende Quellen von Gleichstromenergie. Sie wandeln gespeicherte chemische Energie durch elektrochemische Prozesse in elektrische Energie um. Dies ermöglicht das Fließen von Strömen in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen. Eine typische Batterie besteht aus einer oder mehreren Volta-Zellen. Das grundlegende Prinzip einer elektrochemischen Zelle sind spontane Redoxreaktionen in zwei Elektroden, die durch einen Elektrolyten getrennt sind, einer Substanz, die ionisch leitfähig und elektrisch isolierend ist.
C-Rate von Batterien
Die C-Rate wird verwendet, um auszudrücken, wie schnell eine Batterie im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität entladen oder geladen wird. Sie hat die Einheiten h-1. Die in einer Batterie enthaltene Energie kann mit unterschiedlichen Raten entladen werden, was bedeutet, dass je höher der Entladestrom ist, desto kürzer ist die Arbeitszeit der Batterie. Umgekehrt gilt: Je niedriger der Entladestrom, desto länger wird die Zeit sein, die benötigt wird, um sie vollständig zu entladen. Hohe C-Raten erzeugen mehr Wärme und verursachen einen Anstieg der Temperatur der Zelle, was zu Hochtemperaturabbau-Mechanismen führt. Die C-Rate verringert die nutzbare Lebensdauer und Kapazität einer Batterie. Hersteller veröffentlichen oft Datenblätter mit Diagrammen, die die Kapazität im Verhältnis zur C-Rate zeigen. Eine 1C-Rate bedeutet, dass der Entladestrom die gesamte Batterie in 1 Stunde entlädt. Für eine Batterie mit einer Kapazität von 100 Ampere-Stunden entspricht dies einem Entladestrom von 100 Ampere. Standards für wiederaufladbare Batterien bewerten die Kapazität und Ladezyklen in der Regel über eine 4-Stunden (0,25C), 8-Stunden (0,125C) oder längere Entladezeit.
Alkaline-Batterien
Um eine vernünftig gute Kapazitätsmessung zu erhalten, bewerten Hersteller Alkali- und Blei-Säure-Batterien üblicherweise bei einer sehr niedrigen 0,05C, oder einer 20-stündigen Entladung. Laut Energizer beträgt die normale Entladerate für NiMH-Batterien 0,2C. Die Nennkapazität der Batterie wird bei dieser Rate gemessen. Bei einer höheren Entladerate wird die tatsächliche Kapazität der Batterie viel geringer sein als die nominale. Die NiMH-Batterie könnte mit einer maximalen Rate von 3C entladen werden. Die meisten Lithium-Ionen-Batterien können nur eine maximale Temperatur von 60°C aushalten und sollten mit einer maximalen Rate von 0,5C bei 45°C geladen werden. Die C-Bewertung für eine 18650-Batterie beträgt in der Regel 1C, was bedeutet, dass wir maximal 2,85A aus der Batterie entnehmen können. Um Gefahren oder vorzeitigen Kapazitätsabbau zu vermeiden, ist es notwendig, den Empfehlungen des Herstellers zu folgen.
Weitere Charakteristika
Um die Fähigkeiten jeder Batterie zu vergleichen und zu verstehen, sind einige wichtige Parameter charakteristisch für jede Batterie, auch innerhalb eines Batterietyps. Diese Parameter sind ein Bezugspunkt, wenn eine Batterie benötigt wird und spezifische Qualitäten erforderlich sind, da Batterien in allen Arten von Geräten und für unendlich viele Zwecke verwendet werden.
Zellspannung
Die Spannung von Elektrobatterien wird durch die Potentialdifferenz der Materialien erzeugt, die die positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion bilden.
Abschaltspannung
Die Abschaltspannung ist die minimal zulässige Spannung. Sie definiert im Allgemeinen den „leeren“ Zustand der Batterie.
Kapazität
Die koulometrische Kapazität ist die Gesamtanzahl von Amperestunden, die verfügbar sind, wenn die Batterie bei einem bestimmten Entladestrom von 100% SOC bis zur Abschaltspannung entladen wird.
Entladungsgrad
Der Entladungsgrad ist ein Maß dafür, wie viel Energie aus einer Batterie entnommen wurde und wird als Prozentsatz der vollen Kapazität ausgedrückt. Beispiel: Eine 100 Ah-Batterie, von der 40 Ah entnommen wurden, hat einen Entladungsgrad von 40%.
Ladezustand
Der Ladezustand bezieht sich auf die Menge an Ladung in einer Batterie im Verhältnis zu ihren vordefinierten „vollen“ und „leeren“ Zuständen, d.h. die Menge an Ladung in Amperestunden, die noch in der Batterie vorhanden ist.
