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電池容量與放電倍率

電池的安 (Ah) 對應於電荷的量,而瓦特時 (Wh) 則代表能量。如果電壓和放電條件不同,即使相同的安值,也會導致獲得不同的能量。

相關實驗:電池容量與放電倍率 →
電池容量與放電倍率
電池容量與放電倍率實驗場景 →

意義與機制

1 安 (Ah) 是 1 安電流在 1 小時內傳輸的電荷,等於 3600 庫侖 (C)。計算能量需要同時知道放電時的電壓和電流。

C-率是基於標稱容量的相對放電電流。 高電流可能導致內部電壓下降以及有效容量的差異。

關係與條件

能量表示為 ∫VI dt,當時間以時間單位輸入時,結果為瓦特時(Wh)。當電壓變化時,可以使用近似的精確積分,即“額定電壓 × Ah”作為替代。

觀察到的高速率容量的降低,是一種典型的現象,透過經驗進行建模。實際結果會因電池型別、溫度、老化以及截止電壓而異。

觀察實驗中需要注意的事物

在高放電率下,可用容量下降,並且內部電壓下降。相同Ah值並不保證相同的能量。

開路電壓為 3.2 + 狀態電荷 V,具有 0.06 Ω 的內部電阻以及經驗性的、依賴於速率的容量。 它不預測特定的電池;溫度、老化以及保護措施均未包含。 在這些條件下,請勿拆卸、短接、加熱或對實際電池進行放電。

關鍵關係與符號

I = Cnom r · Ceff = Cnom/[1 + 0.08 max(0,r−1)] · E(Wh) = ∫VI dt(h)

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
Ah電荷,表示為電流 × 時間3600 C
Wh能量,表示為功率 × 時間3600 J
C-rate放電速率與額定容量的比值h⁻¹ 基準比例

透過範例確認

電壓隨時間變化時,能量從何而來?

整合電壓乘以電流隨時間變化 · 在高放電率下,可用容量下降,並且內部電壓下降幅度增大。 相同的Ah 不保證相同的能量。

常見誤解

  • 僅根據電池的Ah值,無法直接比較兩個具有不同電壓的電池所儲存的能量。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)