Dlaczego baterie w elektronice użytkowej są wykorzystywane nierównomiernie?

Podczas wymiany baterii dziecięcych zabawek, pilotów itp. Testuję baterie i zauważyłem, że rozładowują się inaczej. Jeden będzie martwy, a drugi nadal będzie zielony.

Dlaczego to się dzieje? Poza tym, dlaczego tak nie ma jednej baterii?

Zazwyczaj są to AA i mogą to być produkty lub akumulatory.

Ponadto, dlaczego urządzenie przestaje korzystać z dobrej baterii?

Zawsze występują pewne różnice w pojemności między akumulatorami. W zabawkach prąd jest zwykle pobierany na wysokim poziomie w porównaniu do wielu innych zastosowań, więc wewnętrzna rezystancja akumulatorów jest bardzo ważna.

W tej usłudze napięcie pod obciążeniem spada dość szybko, gdy zbliża się koniec okresu użytkowania, więc przy niewielkich różnicach w pojemności ogniwa mogą mieć całkiem różne napięcia.

Jednak te, które wydają się dobre, prawdopodobnie zbliżają się do końca życia, chyba że wszystkie komórki zostaną zastąpione jednocześnie równie świeżymi komórkami. Niedopasowanie ilościowe między pakowaniem a użytkowaniem (na przykład komórki zapakowane w 4 i użyte w 3) może przyczynić się do niedopasowania pojemności.

Na powyższych wykresach dla ogniwa AA AA firmy Panasonic widać, że napięcie spada w ciągu kilku godzin od 1 V do 0,8 V. Radio trwa około 130 godzin, a spadek jest znacznie łagodniejszy. Gdy napięcie spadnie poniżej końca życia 800 mV, gwałtownie spadnie do znacznie niższego napięcia i może nawet odwrócić się (pod obciążeniem lub nawet po usunięciu obciążenia) z powodu dużego prądu wstecznego dostarczanego przez inne ogniwa w zabawce usługa typu.

Testery baterii zwykle działają, przykładając obciążenie do baterii i mierząc napięcie. Zastosowane obciążenie jest koniecznie kompromisem między wymaganiami różnych aplikacji.

Jeśli tester baterii pobiera stosunkowo niewielki prąd, może nadal myśleć, że ogniwa, które są prawie wyczerpane, są w porządku (i tak się dzieje) są w porządku, w radiu!), Ale nie może pomylić komórek, które zostały odwrócone naładowane na śmierć. To jest powód, dla którego niektórzy testerzy akumulatorów mają wybór prądów do testowania - przy wyższym prądzie pozornie „zielone” ogniwa prawdopodobnie mieszczą się w zakresie bursztynu.

W typowej zabawce baterie są po prostu połączone szeregowo i zabawka wymaga pewnego całkowitego napięcia przy stosunkowo wysokim prądzie do działania. Szeregowy łańcuch akumulatorów jest tak silny, jak jego najsłabsze ogniwo, więc jeśli jeden akumulator jest bardzo rozładowany, silniki itp. Nie dostaną wystarczającego napięcia do działania.

Zabawki są często dostarczane z najtańszymi ogniwami akumulatorowymi, które mogą mieć niższą pojemność, ale mają również najszerszą tolerancję. Ta tolerancja i „najsłabsza komórka zawodzi 1-sza” jest ogólną zasadą.

Aby to zrozumieć, modeluj każdą baterię jako naładowany kondensator, powiedzmy 1000 faradów +/- 20%. Następnie połącz je szeregowo z tym samym napięciem początkowym i obciąż je, powiedzmy 100 omów, i symuluj lub oblicz koniec ładunku, stosując najgorsze tolerancje, powiedzmy trzy ogniwa +20, 0 i -20%.

Wtedy zrozumiesz. Z drugiej strony akumulatory litowo-polimerowe i samochodowe zaczynają się od 0,1%, a następnie starzeją się w kierunku 10% przed śmiercią pojedynczych komórek przy ponad -90% tolerancji początkowego ładunku.

ESR rośnie, a C szybko spada w kierunku końca ładowania.

Jeśli to przeanalizujesz, zrozumiesz.

Wyciągnąłem wartość C z cienkiego powietrza dla łatwego zrozumienia, ale zależy to od oceny godzinowej mAh. I _c = C * dV / dt, gdzie dV wynosi zwykle 1,6 do 1 V = 0,6 V, w zależności od chemii, ale wartość znamionowa mAh wynosi I * dt = C * dV, więc 50 mAh = 50 mA * 3,6 ks, jeśli oceniono przez pewien okres jak 1 C = 20 h, ale wszystkie akumulatory mają również pewną wartość ESR, gdzie obowiązuje szeroka tolerancja, a ESR ogólnie spada wraz z RISING mAh, który zmienia się zarówno z niskim SoC, jak i długim wiekiem.

Ogólna zasada jest taka, że ​​ESR jest czasami związany z Ah, ALE nie jest to sposób.

W końcu ODPOWIEDŹ na twoje pytanie to ogniwo akumulatorowe o najniższej wartości C [F] GNIĘTE SZYBKO. W przypadku połączenia szeregowego, jeśli zostanie przedłużony, zostanie również naładowany do tyłu. następne pytanie proszę ...

OK tutaj jest porównanie pojemności baterii AA.

Uwaga powyżej „standardu DURACELL” wynosi 2000 mAh lub 2 Ah lub 7200 A sekund

• Wspólna mądrość EE:

  • $f_{-3dB}=\dfrac{0.35}{t_R}$
  • RC = T lub L / R = T definiuje się jako czas asymptotyczny,
    • dla T = rozpadu RC od 1 do 1 / e * 100% ~ 37% lub 0 do ~ 63%

• ale informacje marketingowe dotyczące baterii czasami wykorzystują pojemność Ah przy użyciu 100% SoC do 0%, więc istnieją pewne różnice w standardach czasu pomiaru.

Jednak w obu przypadkach zmagazynowana energia wynosi E = ½CV², ale w przypadku akumulatora zalecam E = ½C (Vi²-Vf²) jako Vbat od początkowej, Vi przy 100% Soc do końcowego Vf, ale raczej 10% SoC, aby uniknąć głębokiego rozładowania szybkie starzenie się.

Każde napięcie jest bardzo zależne od temperatury ogniwa; ale jak pamiętam;

jeśli włożysz niewielkie obciążenie, aby usunąć pamięć krótkotrwałą, zmierz Vbat (100%)

• Lipo ΔV = 0,7 od 3,6 do 3,0 V.
• Kwas ołowiowy = 12,5 do 11,5 V.
• Alkaliczne = 1,5 V do 1 V.

Oprócz uwag na temat tolerancji produkcji baterii widziałem (co najmniej jedno) urządzenie, które rozdzieliłoby połączenia elektryczne baterii do różnych części obwodu.

W moim przypadku był to tani budzik z 3 bateriami AAA, 2 były połączone szeregowo, aby uruchomić elektronikę, a następnie trzecia była w szeregu z dwoma pierwszymi, aby uruchomić LED / Alarm.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Nie sądzę, że jest to powszechne, ale jest to inne możliwe wytłumaczenie.

Odp .: Dlaczego baterie w elektronice użytkowej są wykorzystywane nierównomiernie?

1. Niska jakość komórek i / lub komórki pochodziły z różnych partii. Może to spowodować różne czasy rozładowania / ładowania. Urządzenia (zabawki) zwykle wymagają pewnej minimalnej wartości V i A do prawidłowego działania. Gdy słabsze komórki / komórki nie dostarczą swojego udziału w niezbędnej liczbie V i A do obsługi urządzenia, urządzenie zacznie słabo wykonywać lub zatrzymywać się razem. W zależności od inteligencji ładowarki i testera, wraz z wiekiem komórek, różnica może zostać powiększona do tego stopnia, że ​​podczas pomiaru komórek jedna komórka wygląda na „zieloną” na testerze, podczas gdy druga komórka wygląda na martwą lub prawie martwą .

2. Użytkownicy często mieszają i dopasowują ogniwa w swoich ładowarkach i urządzeniach - często mieszają starsze ogniwa z nowszymi ogniwami - a czasem nawet mieszają ogniwa z ogniwami pierwotnymi (jednorazowymi). W miarę starzenia się ogniw doładowujących mają one tendencję do utraty pojemności ładowania i mają zwykle inne profile rozładowania / ładowania (w porównaniu do nowych ogniw). W zależności od zastosowanej ładowarki może to oznaczać, że użytkownik używa w swoim urządzeniu wielu ogniw o różnych ładunkach - co oczywiście spowoduje, że urządzenie będzie działać tylko tak długo, jak najsłabsze ogniwo będzie w stanie zapewnić wystarczającą moc (co zwykle znacznie krótszy czas niż nowsze ogniwa o większej pojemności dostarczałyby energię do urządzenia).

re:… dlaczego nie mieć tylko jednej baterii? ”

Bateria to zbiór ogniw. Można by oczywiście wyprodukować większą komórkę do konkretnego zastosowania; ogniwo to byłoby jednak mniej przydatne do budowania akumulatorów do innych zastosowań w porównaniu z obecnymi konstrukcjami ogniw.

re: „dlaczego urządzenie przestaje działać i nie zaczyna korzystać z dobrej baterii?”

Czasami (w zależności od połączenia z komórką) energia z dobrej komórki może utrzymywać urządzenie w działaniu, tak jak inne słabsze ogniwa Petera. W innych przypadkach nie jest to możliwe, ponieważ pojemność wyjściowa mocy (VA) akumulatora spadła poniżej minimalnego progu wymaganego do obsługi urządzenia.

Zasugerowano, że bateria nie może być modelowana jako kondensator, ponieważ nie można rezonować z dławikiem (czyli reaktorem).

Jest to nieprawda i tylko dowodzi, że Q jest zbyt niskie, aby rezonować i nie jest wymogiem bycia kondensatorem (z przesuniętym napięciem złącza chemicznego, jak dioda, która musi być odpowiednio spolaryzowana)

Wiemy dla szeregowego obwodu zbiornika, stosunek reaktancji do rezystancji = Q musi wynosić> 1, aby rezonować i >> 1 przez długi czas, gdzie Q = 0,7 jest definiowane jako tłumienie krytyczne.

Mogę śmiało powiedzieć, że baterie są nadmiernie tłumione ultra (słabe) kondensatory o niskiej Q.

dowód

Korzystanie z pojedynczego modelu C dla baterii (przybliżenie 1. rzędu)

Q = | Xc (ω) | / ESR = $\dfrac{1}{ESR*2\pi fC}~~~Q=\dfrac{0.16T_r}{T} \text{ for T=ESR*C} ~~$

$~ T_o=\frac{1}{f_o} \text{ res. freq. e.g. ~LiPo: T=100kF*5mΩ=500s {min.theoretical drain time}}$

• ale NIGDY nie zwierać nieskondensowanego LiPo, ponieważ wzrost ciepła spowoduje jego wysadzenie.

W przypadku Q >> 1 lub 0,16Tr / 500> 1, a więc okres cyklu Tr >> 3125 s lub >> 52 minuty

Następnie wybierz dławik podobny lub lepszy Q >> 1 L / R >> 52 minuty egeg >> 100H / 30mΩ

Dlatego nie jest możliwe wykonanie oscylatora LC z akumulatora.

Niektóre transformatory, takie jak poniżej, mają Q blisko, ale <1 ze stałymi długimi czasami.

BTW dla zabawy zastosowałem ogniwo 18650 LiPo na uzwojeniach pierwotnych transformatora jak wyżej w fabryce i zgodnie z oczekiwaniami V = LdI / dt było zbyt późno zwalnianym rampą do nasycenia. Co za czołg!

Rzeczywistość jest taka, że ​​Baterie są ogromnymi SuperCapami z dziesiątkami tysięcy Farad, ale bardzo długimi stałymi czasowymi, a tym samym niskim Q.

Ale żeby odpowiedzieć na twoje pytanie.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Aby odpowiedzieć na twoje ostatnie pytanie:

Jeśli urządzenie działa na 2 bateriach AA, są one zwykle połączone szeregowo, co oznacza, że ​​napięcia sumują się, tworząc napięcie robocze. W tym przypadku 2 * 1,5 V = 3 V. Urządzenie może działać tylko do określonego progu, który różni się w zależności od urządzenia. Załóżmy, że urządzenie jest przeznaczone na napięcie 3 V i może pracować z napięciami większymi niż 2 V. W tym przypadku jeden z akumulatorów może nadal mieć prawie pełne naładowanie (powiedzmy 1,4 V), ale drugi jest całkowicie rozładowany przy 0,2 V. Jest to równe łącznemu napięciu szeregowemu wynoszącemu jedynie 1,6 V, które nie będzie już zasilać urządzenia.

Każdy akumulator ma inny cykl ładowania lub rozładowania. Nawet najbardziej kolacja i kosztowna bateria mają różne niezależnie od tej samej partii lub innej partii tego samego modelu i wyprodukowane przez tę samą firmę.

Zjawisko to może znajdować się nie tylko w tańszej zabawkowej baterii, która zwykle ma parę pojedynczych par, ale różne źródła. Moje osobiste doświadczenie pokazuje, że użycie akumulatorów klasy przemysłowej w sieci telekomunikacyjnej również różni się w zależności od banku baterii.

Jak wspomniałem wcześniej, nawet przy tym samym modelu i tym samym schemacie użytkowania każda bateria zachowuje się inaczej na poziomie atomowym podczas cyklu ładowania lub rozładowania. Wpływ ma także otoczenie baterii (środkowa bateria na tamtym akumulatorze ma wyższą ekspozycję temperaturową), co powoduje nierównomierne działanie i średnią długość życia.

Więc nie jest to przypadek, ale przez większość czasu wykazują różne parametry, nawet działając razem ...