Napięcie akumulatora (Li-SOCl) zmienia się w zależności od orientacji

Używamy tej baterii litowej 3,6 V (ER14505) do zasilania obwodu mikrokontrolera w jednym z naszych urządzeń. Urządzenie może zgłaszać poziom naładowania baterii. Ponieważ próg zaciemnienia kontrolerów wynosi 2,7 V, używamy zakresu od 2,9 V do 3,5 V, aby zgłosić 0-100% (bateria powinna zostać wymieniona przy 0%).

Podczas testowania urządzenia zauważyliśmy pewne sporadyczne spadki w zakresie 20–40%, których nie mogliśmy wyjaśnić. Podczas naszego dochodzenia zauważyliśmy, że napięcie akumulatora zmienia się do 200 mV w zależności od orientacji urządzenia!

Więc wzięliśmy jedną baterię i multimetr i przeprowadziliśmy kilka testów:

• Bez obciążenia napięcie pozostaje takie samo
• Przy obciążeniu 150 omów (22 mA przy 3,3 V) byliśmy w stanie potwierdzić, że napięcie zmienia prawie 200 mV z orientacji najlepszego przypadku na najgorsze
• Na „świeże” baterie nie ma to wpływu tak bardzo, jak na ogniwa, które były używane przez pewien czas (wciąż około 3,6 V bez obciążenia)

Próbowałem Google zebrać pewne informacje dotyczące tego zjawiska, ale nie byłem w stanie wymyślić czegoś przydatnego.

Czy ktoś ma informacje o tym, co dokładnie się dzieje, na jakie rodzaje baterii ma to wpływ lub czy brakuje nam czegoś oczywistego?

Ok, po kilku dodatkowych badaniach myślę, że znalazłem przydatne informacje od innych producentów. Przytoczę tylko kilka ciekawych miejsc.

Z broszury technicznej Baterie LTC

W zależności od konstrukcji mechanicznej i właściwości układu istnieje pewna zależność dostępnej pojemności od orientacji ogniwa podczas rozładowania. Efekt jest spowodowany tendencją elektrolitu do przemieszczania się w kierunku pustej i nieaktywnej przestrzeni akumulatora, jeśli orientacja odbiega od preferowanego kierunku. Efekt kapilarny porów katody i separatora działa przeciwko tej tendencji. W rezultacie efekt orientacji jest mniejszy w przypadku cienkich katod niż w przypadku grubych katod i nie jest nawet zauważalny, gdy prądy rozładowania są bardzo niskie lub gdy baterie są przemieszczane podczas rozładowywania [...]
Na końcu wysokoprądowym dostępna pojemność wynosi duże ogniwa (C, D, DD) mają wpływ na rozładowanie akumulatorów do góry nogami. Dlatego w miarę możliwości należy unikać tej orientacji.

Z podręcznika Pierwotne cylindryczne ogniwa litowe - VARTA

W przypadku instalacji do góry nogami na pojemność mniejszych rozmiarów (1/2 AA, AA) ma mniejszy wpływ, niezależnie od tego, czy prąd rozładowania jest wysoki, nominalny czy niski. Jednak wpływa to na pojemność o większym rozmiarze (C, D), zwłaszcza przy wyższym prądzie rozładowania. W przypadku instalacji odwróconej lit i katoda znajdują się w stałym obszarze, podczas gdy elektrolit spada w tym przypadku na dno. Na górze ogniwa znajduje się przestrzeń pozostawiająca obszar anody i katody, nie pokryty elektrolitem. Komórki o większym rozmiarze mają większą pustą przestrzeń, więc spadek wydajności w instalacji do góry nogami jest większy niż w komórkach o mniejszych rozmiarach. (Około 20 ~ 40% jego pojemności przy tym samym wyższym prądzie rozładowania.)

Chociaż nie jesteśmy „na końcu wysokiego prądu” i używamy ogniwa AA, pomiary z góry potwierdzają, że „odwrócenie” jest najgorszą orientacją.

Tak więc orientacja ma absolutnie znaczenie przy stosowaniu ogniw chlorku litowo-tionylowego. Nauka nigdy się nie kończy ...