Was ist der Unterschied zwischen Dauerstrom und Pulsstrom?

Bei der Auswahl oder Konstruktion eines Lithium-Batteriepakets sind zwei Stromwerte besonders wichtig:DauerstromundPulsstrom.

Sie beschreiben unterschiedliche Betriebsbedingungen, und deren Verwechslung kann zu schlechter Betriebszeit, Spannungsabfällen, Überhitzung, BMS-Abschaltung oder sogar vorzeitigem Batterieausfall führen.

Für Ingenieure, die mit tragbarer Elektronik, medizinischen Geräten, Kommunikationsgeräten, Robotik, Elektrowerkzeugen oder Industriesystemen arbeiten, ist das Verständnis des Unterschieds zwischen Dauer- und Pulsstrom unerlässlich, um die richtige Batteriezelle und BMS auszuwählen.

Was ist Dauerstrom?

Dauerstromist die Strommenge, die eine Batterie sicher über einen längeren Zeitraum liefern kann, ohne ihre thermischen oder elektrischen Grenzen zu überschreiten.

Zum Beispiel, wenn ein Batteriepack für einen maximalen Dauerstrom von ausgelegt ist5A, das bedeutet, dass der Pack theoretisch bis zu 5A unter festgelegten Betriebsbedingungen kontinuierlich liefern kann.

Der Dauerstrom wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

• Zellchemie
• Zellkapazität
• Innerer Widerstand
• Anzahl der parallelen Zellen
• BMS-Strömungswert
• Draht- und Steckergröße
• Umgebungstemperatur
• Kühlbedingungen

Eine Batterie sollte nicht nur anhand der Kapazität ausgewählt werden. Zwei Batterien mit derselben Ah-Wertung können sehr unterschiedliche Dauerstromfähigkeiten haben.

Zum Beispiel kann eine 3000-mAh-Zelle für eine hohe Energiedichte optimiert sein, während eine andere 3000-mAh-Zelle für eine hohe Entladungsrate ausgelegt sein kann.

Was ist Pulsstrom?

Pulsstromist ein höherer Strom, den die Batterie für einen kurzen Zeitraum liefern kann.

Es kann auch genannt werden:

• Spitzenstrom
• Burst-Strom
• Spitzenentladungsstrom
• Kurzdauer-Entladestrom

Impulslasten treten auf, wenn ein Gerät kurzzeitig mehr Strom benötigt als im normalen Betrieb.

Typische Beispiele sind:

• Motorstart
• Drahtlose Übertragung
• Mobilfunk- oder LTE-Kommunikation
• Pumpenaktivierung
• Start des Kompressors
• Aktivierung des Hochhelligkeitsdisplays
• Solenoidbetrieb
• Audioverstärker-Peaks

Zum Beispiel kann ein Gerät normalerweise verbrauchen500 mA, aber während der drahtlosen Übertragung kann es kurzzeitig ziehen1,5A für 200 Millisekunden.

In diesem Fall ist der Durchschnittsstrom relativ niedrig, aber die Batterie muss dennoch in der Lage sein, den kurzen Impuls ohne übermäßigen Spannungsabfall oder Auslöserschutz zu bewältigen.

Was ist der Hauptunterschied zwischen Dauer- und Pulsstrom?

Der Hauptunterschied istDauer.

Der kontinuierliche Strom wird über einen langen Zeitraum gehalten, während der Pulsstrom vorübergehend ist.

Eine Batterie kann 2A kontinuierlich unterstützen, aber vielleicht 4A für ein paar Sekunden tolerieren.

Eine Pulsstromfähigkeit sollte jedoch niemals angenommen werden. Sie muss anhand des Zelldesigns, der BMS-Grenzwerte, der Verkabelung, des Steckers, der Temperatur und der Pulsdauer überprüft werden.

Warum ist die Pulsdauer wichtig?

Pulsstrom ohne Zeitwert ist unvollständige Information.

Zum Beispiel:

5A-Impulsstrom

sagt einem Ingenieur nicht genug.

Eine 5A-Last mit langer Lebensdauer50 Millisekundenist ganz anders als eine 5A-Last, die hält10 Sekunden.

Mit zunehmender Impulsdauer erzeugt die Batterie mehr Wärme und erlebt einen größeren Spannungsabfall.

Daher sollten Ingenieure bei der Definition von Impulsstromanforderungen folgende Angaben bereitstellen:

• Spitzenstrom
• Pulsdauer
• Frequenz des Pulses
• Zeit zwischen den Pulsen
• Batteriezustand der Ladung
• Betriebstemperatur

Ein Batteriehersteller kann dann feststellen, ob die ausgewählte Zelle und das Schutzsystem die Last zuverlässig tragen können.

Wie beeinflusst der innere Widerstand die Stromkapazität?

Der Innenwiderstand ist einer der wichtigsten Faktoren für die Entladungsleistung der Batterie.

Wenn der Strom steigt, steigt auch der Spannungsabfall.

Eine vereinfachte Beziehung ist:

Spannungsabfall = Strom × Innenwiderstand

Zum Beispiel, wenn eine Batterie einen Innenwiderstand von 100mΩ hat und die Last plötzlich auf 3A steigt:

3A × 0,1Ω = 0,3V Spannungsabfall

Dieser Spannungsabfall kann in einem Niederspannungs-Elektronikgerät erheblich sein.

Wenn die Spannung unter die minimale Betriebsspannung des Systems fällt, kann das Gerät zurückgesetzt oder abgeschaltet werden, obwohl die Batterie noch Kapazität hat.

Deshalb kann die Pulsstromleistung in drahtlosen, medizinischen, IoT- und Kommunikationsgeräten entscheidend sein.

Welche Rolle spielt das BMS?

Das Batteriemanagementsystem muss außerdem sowohl Dauer- als auch Pulsstrom unterstützen.

Ein BMS kann Folgendes umfassen:

• Überstromschutz
• Kurzschlussschutz
• Überladungsschutz
• Überentladungsschutz
• Temperaturschutz
• Zellbalancierung

Wenn die Batteriezellen 10A liefern können, das BMS aber nur für 5A ausgelegt ist, ist das gesamte Batteriepaket weiterhin durch das BMS begrenzt.

Ebenso kann ein Stromimpuls den Überstromschutz auslösen, wenn die BMS-Schwelle oder Verzögerungszeit nicht richtig ausgelegt ist.

Für maßgeschneiderte Akkupakete sollten daher Zelle und BMS als ein System bewertet werden.

Wie beeinflussen Parallelzellen den Dauerstrom?

Das parallele Anschließen von Zellen kann sowohl die Kapazität als auch die Stromkapazität erhöhen.

Wenn beispielsweise eine Zelle sicher 5A kontinuierlich liefern kann, kann eine korrekt gestaltete 2P-Konfiguration theoretisch etwa 10A unterstützen.

Eine 3P-Konfiguration kann sogar noch mehr unterstützen.

Die tatsächliche Pack-Leistung hängt jedoch auch davon ab:

• Zellabgleich
• Nickel- oder Kupferverbindungen
• Schweißqualität
• BMS-Design
• Wärmemanagement
• Steckverbinderbewertung

Das bloße Hinzufügen von Parallelzellen garantiert keine sichere Stromleistung, es sei denn, das komplette Paket ist korrekt konstruiert.

Wie sollten Ingenieure die Batteriestromanforderungen festlegen?

Wenn Sie ein individuelles Batteriepaket anfordern, vermeiden Sie es, nur einen Wert zu senden, wie zum Beispiel:

Aktuell: 2A

Geben Sie stattdessen ein vollständiges aktuelles Profil an.

Eine bessere Spezifikation wäre:

• Typischer Betriebsstrom: 500 mA
• Maximaler Dauerstrom: 1,2A
• Spitzenstrom: 3A
• Pulsdauer: 500 ms
• Pulsintervall: alle 10 Sekunden
• Erforderliche Laufzeit: 8 Stunden

Diese Informationen ermöglichen es dem Batteriehersteller, geeignete Zellen, BMS-Komponenten, Verkabelung, Steckverbinder und Batteriekonfiguration auszuwählen.

Ist ein höherer Strom immer besser?

Nicht unbedingt.

Hochgeschwindigkeitszellen können im Vergleich zu Zellen, die hauptsächlich auf Kapazität ausgelegt sind, eine gewisse Energiedichte opfern.

Wenn ein Gerät nur einen niedrigen Strom benötigt, kann die Verwendung einer Hochentladungszelle die Kosten erhöhen oder die verfügbare Kapazität verringern, ohne einen echten Nutzen zu bringen.

Der ideale Akku sollte ausbalancieren:

• Kapazität
• Aktuelle Fähigkeit
• Größe
• Gewicht
• Temperatur
• Zykluszeit
• Kosten

Aus diesem Grund sollte die Batterieauswahl auf dem tatsächlichen Gerätelastprofil basieren und nicht auf die höchstmögliche Entladungsmenge festlegen.

Wie bewertet GLOFLUX den Dauer- und Pulsstrom?

Für maßgeschneiderte Lithiumbatterienprojekte bewertet GLOFLUX die Batteriezellen, BMS, Verkabelung, Steckverbinder, mechanische Struktur und Stromprofil zusammen.

Je nach Anwendung können Lösungen LiPo, 18650, 21700, LiFePO4 und andere Lithium-Ionen-Batteriekonfigurationen umfassen.

Für eine erste technische Bewertung sollten Kunden idealerweise Folgendes angeben:

• Spannung
• Kapazität
• Maximale Batteriegröße
• Dauerstrom
• Spitzenstrom
• Pulsdauer
• Betriebstemperatur
• Steckverbinderanforderungen
• Erwartete Menge

Mit diesen Details kann die Batterie entsprechend den tatsächlichen elektrischen Anforderungen des Geräts gestaltet werden, anstatt sich nur auf Kapazität oder Nennspannung zu verlassen.