Чому батареї в побутовій електроніці використовуються нерівномірно?

Змінюючи батарейки дитячих іграшок, пульти дистанційного керування тощо, я перевіряю батареї та помітив, що вони зливають по-різному. Один буде мертвий, а другий ще в зеленому.

Чому це відбувається? Крім того, на цій крайності, чому б просто не мати одного акумулятора?

Вони, як правило, є AA і можуть бути тими, що мають виріб або акумулятори.

Крім того, чому пристрій зупиняється і не починає використовувати хороший акумулятор?

Завжди буде деяка різниця в ємності між акумуляторами. При використанні іграшки струм, як правило, витягується на високому рівні порівняно з багатьма іншими програмами, тому внутрішній опір батарей дуже важливий.

У цій службі напруга під навантаженням падає досить швидко, коли підходить термін експлуатації, тому при незначних різницях у ємності клітини можуть мати зовсім різні напруги.

Однак ті, які здаються хорошими, ймовірно, дуже близькі до кінця життя, якщо тільки клітини не були замінені одночасно на однаково свіжі клітини. Невідповідність кількості між упаковкою та використанням (наприклад, комірки, упаковані у 4-х та використані у 3-х роках), може сприяти невідповідності ємності.

На наведених вище графіках для осередку Panasonic AA ви бачите, що напруга падає за кілька годин від 1 до 0,8 В. Радіо триває 130 годин або близько, і спад набагато ніжніший. Як тільки напруга опуститься нижче 800 мВ термін служби, він швидко знизиться до значно нижчої напруги і може навіть повернутися (під навантаженням або навіть після зняття навантаження) через великий зворотний струм, що подається іншими осередками в іграшці, тип послуги.

Тестери акумуляторів, як правило, працюють, застосовуючи навантаження до акумулятора та вимірюючи напругу. Прикладене навантаження обов'язково є компромісом між вимогами різного застосування.

Якщо акумулятор тестер залучає відносно невеликий струму він все ще може думати , що клітини, які практично виснажені в порядку (і вони є добре, в радіо!) , Але він не може переплутати клітини , які були зворотним зарядженими до смерті. Це причина, чому деякі тестери акумуляторів мають вибір струмів для тестування - при більш високому струмі, очевидно, «зелені» клітини, швидше за все, потраплять в діапазон бурштину.

У звичайній іграшці батареї просто підключаються послідовно, іграшка вимагає певної загальної напруги при відносно високому струмі для роботи. Серія акумуляторних батарей настільки ж міцна, як і її найслабша ланка, тому, якщо одна батарея дуже загинула, мотори тощо не отримають достатньої напруги для роботи.

Іграшки часто постачаються з найдешевшими акумуляторними батареями, які можуть бути меншою ємністю, але також мають найширшу толерантність. Ця толерантність і "найслабша клітина виходить з ладу 1" є загальним правилом.

Щоб зрозуміти це, моделюйте кожен акумулятор як заряджений конденсатор, скажімо, 1000 фарадів +/- 20%. Потім покладіть їх послідовно з однаковою початковою напругою і завантажте їх, скажімо, 100 Ом, і змоделюйте або обчисліть кінець заряду, використовуючи найгірші допуски, скажімо, три комірки +20, 0 і -20%.

Тоді ти зрозумієш. З іншого боку, літієві полімерні та автомобільні акумулятори починають на 0,1%, а потім стають на 10% до смерті однієї клітини при більш ніж -90% допуску початкового заряду.

ШОЕ зростає і С швидко падає на значення в кінці заряду.

Якщо ви це проаналізуєте, то зрозумієте.

Я витягнув значення C з тонкого повітря для простого розуміння, але це залежить від рейтингу години mAh. I _c = C * dV / dt, де dV зазвичай 1,6-1 V = 0,6 V залежно від хімії, але показник mAh - I * dt = C * dV, тому 50 mAh = 50 mA * 3,6 ks при оцінці на деякий період як 1 С = 20 год, але всі батареї мають і значення коефіцієнта ESR, де застосовується широка толерантність, і ШОЕ, як правило, падає з RISING mAh, що змінюється як при низькому SoC, так і при тривалому віці.

Основне правило полягає в тому, що ШОЕ іноді пов'язане з Ах, АЛЕ не способами.

Зрештою, ВІДПОВІДЬ на ваше запитання - це батарея батареї з найнижчим значенням [F] DECAYS FASTEST. Якщо в серії, якщо вона буде підтримуватися, вона також стане зворотною зарядкою. наступне запитання, будь ласка ...

Добре ось порівняння ємностей батареї AA.

Зверніть увагу на "стандарт DURACELL" - 2000 мАг або 2Ач або 7200А-секунд

• EE загальна мудрість:

  • $f_{-3dB}=\dfrac{0.35}{t_R}$ час підйому 90% до 10% або 10 до 90%
  • RC = T або L / R = T визначається як асимптотичний час,
    • для T = розпад RC від 1 до 1 / е * 100% ~ 37% або 0 до ~ 63%

• але інформація про маркетинг на батареях іноді використовує ємність Ah, використовуючи 100% SoC до 0%, тому існують деякі відмінності у стандартах часу вимірювання.

Однак в обох випадках накопичена енергія E = ½CV², але у випадку з батареєю я рекомендую E = ½C (Vi²-Vf²) як Vbat від початкового, Vi при 100% Soc до кінцевого Vf, а не 10% SoC, щоб уникнути глибокого розряду швидке старіння.

Кожна напруга дуже залежить від температури комірки; але як я пам’ятаю;

якщо ви поклали невелике навантаження для видалення короткочасної пам'яті, вимірюйте Vbat (100%)

• Lipo ΔV = 0,7 від 3,6 до 3,0 В
• Свинцева кислота = 12,5 до 11,5 В
• Лужні = 1,5 В до 1 В

На додаток до приміток щодо допусків до виготовлення акумуляторів, я бачив (принаймні один) пристрій, який би роз'єднував електричні з'єднання акумуляторів на різні частини схеми.

У моєму випадку це був дешевий будильник з 3 батареями AAA, 2 послідовно працювали з електронікою, а потім третій був у серії з першими двома, які запускали світлодіод / будильник.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Я не думаю, що це звичайне явище, але це ще одне можливе пояснення.

re: Чому батареї в побутовій електроніці використовуються нерівномірно?

1. Погана якість клітин та / або клітини надходили від різних партій. Це може призвести до різного часу скидання / зарядки. Для правильної роботи пристроїв (іграшок) зазвичай потрібен певний мінімум V&A. Як тільки більш слабкі стільники не зможуть забезпечити свою частку необхідної V&A для роботи пристрою, тоді пристрій почне виконувати або зупиняти всі разом. Залежно від розумності вашого зарядного пристрою та тестера, у міру старіння клітин ця різниця може бути збільшена до того, що коли ви вимірюєте комірки, ви виявляєте, що одна клітина виглядає «зеленою» на вашому тестері, а інша клітина виглядає мертвою чи майже мертвою. .

2. Користувачі часто змішують і співставляють клітини у своїх зарядних пристроях та на своїх пристроях - часто змішуючи старі акумуляторні осередки з новішими клітинками, а іноді навіть змішуючи акумуляторні клітини з первинними (одноразовими) клітинками. Оскільки клітини, що перезаряджаються, вони втрачають зарядну здатність, і вони мають різні профілі розряду / заряду (порівняно з новими елементами). Залежно від використовуваного зарядного пристрою, це може означати, що користувач використовує декілька комірок з різними зарядами в своєму пристрої - що, звичайно, призведе до того, що пристрій працює лише до тих пір, поки найслабша комірка здатна забезпечити достатню потужність (що зазвичай набагато коротший час, ніж нові осередки з більшою ємністю забезпечували б енергію пристрою).

re: ... чому б просто не мати одного акумулятора? "

Акумулятор - це сукупність комірок. Зрозуміло, більша комірка може бути виготовлена ​​для вашої конкретної програми; однак ця комірка, ймовірно, буде менш корисною для створення батарей для інших застосувань у порівнянні з поточними конструкціями стільникових пристроїв.

re: "чому пристрій зупиняється і не починає використовувати хороший акумулятор?"

Іноді (залежно від з'єднання з клітиною) енергія хорошої клітини може утримати пристрій, який працює, як інші слабкі клітини / сек Петра. В інших випадках це неможливо, оскільки потужність (VA) вихідної ємності акумулятора знизилася нижче мінімального порогу, необхідного для роботи пристрою.

Було запропоновано, що акумулятор неможливо змоделювати як конденсатор, тому що ви не можете резонувати за допомогою дроселя (він же реактор).

Це помилково, і лише доводиться, що Q занадто низький, щоб резонувати і не є вимогою бути конденсатором (з хімічним зміщенням напруги переходу, як діод, який повинен бути правильно поляризований)

Ми знаємо для ланцюга цистерни серії, відношення реактивності до опору = Q повинно бути> 1 для резонансу і >> 1 тривалий час, де Q = 0,7 визначається як критичне демпфірування.

Я сміливо можу сказати, що батареї - це надмірно затухаючі ультра (погані) низькі Q конденсатори.

доказ

Використання однієї моделі С для акумулятора (наближення 1-го порядку)

$\dfrac{1}{ESR*2\pi fC}~~~Q=\dfrac{0.16T_r}{T} \text{ for T=ESR*C} ~~$

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

• але НІКОЛИ не коротке замикання не плавлене LiPo, оскільки підвищення тепла призведе до його вибуху.

Для Q >> 1 або 0,16Tr / 500> 1, тому цикл циклу Tr >> 3125 с або >> 52 хвилини

Потім виберіть дросель, подібний або кращий Q >> 1 л / р >> 52 хв. >> 100Н / 30мОм

Ось чому неможливо зробити осцилятор LC з акумулятора.

Деякі трансформатори, як показано нижче, мають Q поблизу, але <1 із тривалими постійними константами.

BTW для розваги я застосував клітинку LiPo 18650 по первинних обмотках трансформатора, як вище, на заводі, і, як очікувалося, V = LdI / dt був повільним збиттям із затримкою до перенасичення. Що за танк!

Дійсність полягає в тому, що батареї - це величезні SuperCaps з десятками тисяч фарадів, але постійних постійних констант і, таким чином, низькими.

Але відповісти на ваше запитання.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Щоб відповісти на ваше останнє запитання:

Якщо пристрій працює від 2 батарейок типу АА, вони, як правило, підключаються послідовно, тобто напруги збільшуються, щоб стати робочою напругою. У цьому випадку 2 * 1,5 В = 3 В. Пристрій може працювати лише до певного порогу, який відрізняється від пристрою до пристрою. Скажімо, пристрій розрахований на 3В і може працювати з напругами, більшими за 2В. У цьому випадку одна з батарей все ще може мати майже повний заряд (скажімо, 1,4 В), а інша повністю злита при 0,2 В. Це дорівнює напрузі комбінованої серії лише 1,6 В, яка більше не буде живити пристрій.

Кожен акумулятор має різний цикл заряду чи розряду. Навіть у найвищої вечері та дорогого акумулятора є деякі різні незалежно від тієї ж партії чи різної партії однієї моделі та виготовлені однією компанією.

Ви можете виявити це явище не тільки в більш дешевій іграшковій батареї, яка зазвичай постачається з однією парою, але і з різними джерелами. Мій особистий досвід показує, що використання акумуляторів промислового рівня в телекомунікаційній мережі також по-різному поширюється в межах однієї банки акумуляторів.

Як я вже згадував, навіть при одній і тій же моделі та однаковій схемі використання кожна батарея поводиться по-різному в атомному рівні під час циклу заряду або розряду. Також впливає оточуюче середовище акумулятора (середня батарея акумуляторної батареї отримала більш високу температуру) створює нерівномірне співвідношення та тривалість життя.

Тож це не випадковий випадок, але вони в більшості випадків демонструють різне співвідношення, навіть діючи разом ...