Die Beziehung und Unterschiede zwischen Spannung und Strom in Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind für ihre Effizienz, Zuverlässigkeit und breite Anwendung bekannt. Spannung und Strom sind zwei kritische Parameter für die Bewertung und NutzungLithiumbatterienSie wirken sich direkt auf die Leistung, Effizienz und Sicherheit des Akkus aus. Das Verständnis ihrer Unterschiede und Zusammenhänge trägt dazu bei, eine optimale Akkunutzung und einen stabilen Gerätebetrieb zu gewährleisten.

Was stellt die Spannung dar?

Die Spannung ist einer der wichtigsten Parameter einer Lithium-Ionen-Batterie. Sie stellt die Potenzialdifferenz zwischen den beiden Elektroden der Batterie dar. Sie fungiert als „Antriebskraft“, die Elektronen durch einen externen Stromkreis drückt.

Einheit der Spannung

Die Spannung wird in Volt gemessen (V), und die Nennspannung stellt oft die typische Betriebsspannung einer Batterie dar.

Was sind gängige Spannungen bei Lithium-Ionen-Batterien?

• Einzelzellige Lithium-Ionen-Batterien: Die Nennspannung beträgt typischerweise3,7 V.Gängige Modelle sind 18650 und21700 Batterien, usw.
• Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO4): Die Nennspannung beträgt3,2 V.
• Vollständig aufgeladen: Die Spannung erreicht ca.4,2 V.
• Vollständig entladen: Spannungsbereiche von2,5 V bis 3,0 V(Eine Entladung unterhalb dieses Bereichs kann die Batterie beschädigen).

Bedeutung der Spannung

Die Spannung bestimmt, ob ein Gerät mit einer bestimmten Batterie kompatibel ist. Geräte benötigen für den ordnungsgemäßen Betrieb eine passende Eingangsspannung. Zu hohe oder zu niedrige Spannungen können zu Fehlfunktionen führen.

Was stellt Strom dar?

Strom bezieht sich auf die Geschwindigkeit des Elektronenflusses durch einen externen Schaltkreis und beschreibt die Fähigkeit der Batterie, ein Gerät mit Strom zu versorgen.

Einheit des Stroms

Der Strom wird in Ampere gemessen (A). Bei kleinen Geräten wird sie oft in Milliampere angegeben (mA), während größere Energiespeichersysteme Ampere verwenden können (A) oder sogar Kiloampere (kA).

Bedeutung des Stroms

Der Strom beeinflusst die Leistungsabgabe des Geräts und die Entladerate des Akkus. Zu hoher Strom kann zu Überhitzung und einem möglichen Akkuausfall führen, während zu geringer Strom möglicherweise nicht den Strombedarf des Geräts deckt.

Die Beziehung zwischen Spannung und Strom

Spannung und Strom hängen zusammen durchOhmsches Gesetz:

I = V/R

• I: Strom (A)
• V: Spannung (V)
• R: Widerstand (Ω)

Bei konstantem Widerstand führt eine Erhöhung der Spannung zu einem höheren Strom. Ebenso kann die entnommene Strommenge die Entladeeffizienz und die Wärmeentwicklung der Batterie beeinflussen.

Wechselwirkung von Spannung und Strom

1. Wenn der Strom zunimmt: Innerhalb der Batterie wird mehr Wärme erzeugt, was möglicherweise die Sicherheit und Lebensdauer beeinträchtigt.
2. Wenn die Spannung abfällt: Wenn die Spannung zu niedrig wird, funktioniert das Gerät möglicherweise nicht mehr.

Unterschiede zwischen Spannung und Strom

Ändert das Laden oder Entladen die Spannung eines Lithium-Ionen-Akkus?

Ja, die Spannung einer Lithium-Ionen-Batterie ändert sich mit ihrerLadezustand (SOC):

• Während des Ladevorgangs: Die Spannung steigt allmählich an und stabilisiert sich bei etwa4,2 Vwenn vollständig aufgeladen.
• Beim Entladen: Die Spannung nimmt allmählich ab und nähert sich2,5 Vwenn sie vollständig entladen sind.

Diese Spannungsschwankung spiegelt den Verlauf der internen chemischen Reaktionen der Batterie wider und ist somit ein entscheidender Parameter zur Schätzung der verbleibenden Batteriekapazität.

Beziehung zwischen SOC, SOH und Spannung

1. SOC (Ladezustand): Zeigt die verbleibende Batteriekapazität in direktem Zusammenhang mit der Spannung an. Eine höhere Spannung entspricht typischerweise einem höheren Ladezustand (SOC).
2. SOH (Gesundheitszustand): Gibt den Zustand der Batterie wieder und beeinflusst ihre maximale Ladespannung und Entladestabilität.
3. Rolle der Spannung: Spannungsänderungen sind ein wichtiger Indikator für SOC und SOH und helfen dabei, die Batterieleistung zu überwachen und die Lebensdauer vorherzusagen.

Häufige Missverständnisse über Spannung und Strom

1. Ist eine höhere Spannung immer besser?

Nein. Hohe Spannung kann Geräte überlasten und beschädigen. Eine passende Eingangsspannung ist für den ordnungsgemäßen Gerätebetrieb unerlässlich.

2. Bedeutet höherer Strom eine bessere Leistung?

Nicht unbedingt. Ein höherer Strom ermöglicht zwar eine höhere Leistungsabgabe, zu viel Strom kann jedoch die Alterung der Batterie beschleunigen und das Risiko einer Überhitzung erhöhen.

3. Haben Spannung und Kapazität nichts miteinander zu tun?

Falsch. Die Batteriekapazität ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke:
Energie (Wh) = Spannung (V) × Kapazität (Ah).
Somit hat die Spannung einen direkten Einfluss auf die gesamte Energiespeicherung der Batterie.

Abschluss

Spannung und Strom sind wesentliche Parameter zur Beurteilung der Leistung vonLithium-Ionen-BatterienDie Spannung bestimmt die Funktionsfähigkeit eines Geräts, während die Stromstärke die Energieübertragungsrate und die Laufzeit bestimmt. Das Verständnis ihrer Zusammenhänge und Unterschiede ist entscheidend für einen sicheren und effizienten Batterieeinsatz. Die Kenntnis dieser Parameter gewährleistet einen optimalen Gerätebetrieb und verlängert die Batterielebensdauer.