Почему батареи в бытовой электронике используются неравномерно?

При замене батарей детских игрушек, пультов дистанционного управления и т. Д. Я проверял батарейки и заметил, что они разряжаются по-разному. Один будет мертв, а другой все еще в зеленом.

Почему это происходит? Кроме того, в этом крайнем случае, почему бы просто не иметь одну батарею?

Обычно это АА и могут быть как с продуктом, так и с перезаряжаемыми.

Кроме того, почему устройство останавливается и не начинает использовать хорошую батарею?

Всегда будет некоторая разница в емкости между батареями. При использовании игрушек ток обычно подается на высоком уровне по сравнению со многими другими приложениями, поэтому очень важно внутреннее сопротивление батарей.

В этой службе напряжение под нагрузкой довольно быстро падает по мере приближения срока службы, поэтому при незначительных различиях в емкости ячейки могут иметь совершенно разные напряжения.

Однако те, которые кажутся хорошими, вероятно, также очень близки к концу своей жизни, если только клетки не были заменены одновременно одинаково свежими клетками. Несоответствие по количеству между упаковкой и использованием (например, ячейки упакованы в 4-х и используются в 3-х) может привести к несоответствию в емкости.

На графиках выше для ячейки Panasonic AA вы можете видеть, что напряжение падает в течение нескольких часов с 1 В до 0,8 В. Радио длится около 130 часов, и спад намного мягче. Как только напряжение падает ниже 800 мВ в конце срока службы, оно быстро падает до гораздо более низкого напряжения и может даже измениться (под нагрузкой или даже после снятия нагрузки) из-за большого обратного тока, подаваемого другими элементами в игрушке. Тип сервиса.

Тестеры батареи обычно работают, прикладывая нагрузку к батарее и измеряя напряжение. Применяемая нагрузка обязательно является компромиссом между требованиями разнородных приложений.

Если аккумулятор тестер привлекает относительно небольшой тока он все еще может думать , что клетки, которые практически истощены в порядке (и они являются хорошо, в радио!) , Но он не может перепутать клетки , которые были обратным заряженными до смерти. Это причина, по которой некоторые тестеры аккумуляторов имеют выбор токов для тестирования - при более высоком токе, очевидно, «зеленые» ячейки, вероятно, будут находиться в диапазоне желтого цвета.

В типичной игрушке батареи просто соединены последовательно, и для работы игрушки требуется определенное общее напряжение при относительно высоком токе. Последовательная цепь батарей настолько прочна, что и ее самое слабое звено, поэтому, если одна батарея сильно разряжена, двигатели и т. Д. Не получат достаточного напряжения для работы.

Игрушки часто поставляются с самыми дешевыми батарейными элементами, которые могут быть меньшей емкости, но также имеют самый широкий допуск. Эта терпимость и «слабейшая клетка терпит неудачу 1-е» - это общее правило.

Чтобы понять это, смоделируйте каждую батарею как заряженный конденсатор, скажем, 1000 фарад +/- 20%. Затем поместите их последовательно с одинаковым начальным напряжением и нагрузите их, скажем, 100 Ом, и смоделируйте или рассчитайте окончание заряда, используя допуски наихудшего случая, скажем, три элемента +20, 0 и -20%.

Тогда ты поймешь. С другой стороны, литий-полимерные и автомобильные аккумуляторы заряжаются от 0,1%, а затем стареют до 10%, а затем погибают отдельные элементы с допуском более -90% от первоначального заряда.

СОЭ возрастает, а значения С быстро снижаются к концу заряда.

Если вы проанализируете это, тогда вы поймете.

Я вытащил значение C из воздуха для простоты понимания, но оно зависит от показателя мАч в час. I _c = C * dV / dt, где dV обычно составляет от 1,6 до 1 В = 0,6 В в зависимости от химического состава, но номинал mAh составляет I * dt = C * dV, поэтому 50 мАч = 50 мА * 3,6 кс при оценке в течение некоторого периода например, 1 C = 20 ч, но все батареи также имеют некоторое значение ESR, где применяется широкий допуск, и ESR, как правило, падает с повышением значения мАч, которое изменяется как при низком SoC, так и при длительном сроке службы.

Эмпирическое правило заключается в том, что СОЭ иногда связана с А, НО не путями.

В конце ОТВЕТ на ваш вопрос - это аккумуляторная батарея с самым низким значением C [F] DECAYS FASTEST. Когда в серии, если поддерживается, он также станет обратным зарядом. следующий вопрос, пожалуйста ...

Хорошо, вот сравнение емкости батареи АА.

Примечание выше "стандарт DURACELL" составляет 2000 мАч или 2 Ач или 7200 А-секунд

• Э. общая мудрость:

  • $f_{-3dB}=\dfrac{0.35}{t_R}$
  • RC = T или L / R = T определяется как асимптотическое время,
    • для T = RC распад от 1 до 1 / e * 100% ~ 37% или от 0 до ~ 63%

• но маркетинговая информация о аккумуляторах иногда использует емкость А-ч, используя 100% SoC до 0%, поэтому существуют некоторые различия в стандартах времени измерения.

Однако в обоих случаях запасенная энергия составляет E = ½CV², но в случае батареи я рекомендую E = ½C (Vi²-Vf²) в качестве Vbat от начального значения, Vi при 100% Soc до конечного Vf, а скорее 10% SoC, чтобы избежать глубокого разряда. быстрое старение.

Каждое напряжение очень зависит от температуры элемента; но насколько я помню;

если положить небольшую нагрузку для удаления кратковременной памяти, показатель Vbat (100%)

• Липо ΔV = 0,7 от 3,6 до 3,0 В
• Свинцовая кислота = 12,5 до 11,5 В
• Щелочной = 1,5 В до 1 В

Помимо замечаний о допусках на изготовление батарей, я видел (по крайней мере, одно) устройство, которое разрывало бы электрические соединения батареи с различными частями схемы.

В моем случае это был дешевый будильник с 3 батарейками ААА, 2 были включены последовательно для управления электроникой, а затем третий был последовательно с первыми двумя для включения светодиода / будильника.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Я не думаю, что это распространено, но это другое возможное объяснение.

Re: Почему батареи в бытовой электронике используются неравномерно?

1. Плохое качество клеток и / или клетки поступили из разных партий. Это может привести к разному времени разряда / зарядки. Устройства (игрушки) обычно требуют определенного минимального V & A для правильной работы. Как только более слабые ячейки не смогут предоставить свою долю необходимых V & A для работы устройства, тогда устройство начнет работать недостаточно или остановится все вместе. В зависимости от характеристик вашего зарядного устройства и тестера, с возрастом ячеек эта разница может увеличиваться до такой степени, что при измерении ячеек вы обнаружите, что одна ячейка выглядит «зеленой» на тестере, а другая ячейка выглядит мертвой или почти мертвой. ,

2. Пользователи часто смешивают и сопоставляют элементы в своих зарядных устройствах и в своих устройствах - часто смешивая старые перезаряжаемые элементы с новыми - и иногда даже смешивая перезаряжаемые элементы с первичными (одноразовыми) элементами. По мере старения перезаряжаемых элементов они имеют тенденцию терять зарядную емкость и имеют разные профили разряда / заряда (по сравнению с новыми элементами). В зависимости от используемого зарядного устройства это может означать, что пользователь использует в своем устройстве несколько ячеек с разными зарядами, что, конечно, приведет к тому, что устройство будет работать только до тех пор, пока самая слабая ячейка способна обеспечить достаточную мощность (которая обычно гораздо более короткое время, чем у более новых ячеек с большей емкостью, обеспечивающих энергию для устройства).

Re: ... почему бы просто не иметь одну батарею? "

Аккумулятор представляет собой набор элементов. Ячейка большего размера, конечно, может быть изготовлена ​​для вашего конкретного применения; однако этот элемент, вероятно, будет менее полезен для создания батарей для других применений по сравнению с существующими конструкциями элементов.

Re: "Почему устройство останавливается и не начинает использовать хорошую батарею?"

Иногда (в зависимости от подключения к ячейке) энергия от хорошей ячейки может поддерживать работу устройства, как у другой более слабой ячейки Питера. В других случаях это невозможно, поскольку выходная мощность батареи (ВА) уменьшается ниже минимального порога, необходимого для работы устройства.

Предполагалось, что батарея не может быть смоделирована как конденсатор, потому что вы не можете резонировать с дросселем (он же реактор).

Это неверно и только доказывает, что Q слишком низкое для резонанса и не является требованием быть конденсатором (с напряжением химического сдвига, как у диода, который должен быть правильно поляризован)

Мы знаем, что для последовательного контура резервуара отношение реактивного сопротивления к сопротивлению = Q должно быть> 1, чтобы резонировать, и >> 1 в течение длительного времени, где Q = 0,7 определяется как критическое демпфирование.

Я могу с уверенностью сказать, что батареи - это чрезмерно затухающие ультра (плохие) конденсаторы с низким Q.

доказательство

Использование одной модели C для батареи (приближение 1-го порядка)

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

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

• но НИКОГДА не закорачивайте не перегоревший LiPo, так как повышение температуры приведет к его взрыву.

Для Q >> 1 или 0,16Tr / 500> 1, поэтому период цикла Tr >> 3125 с или >> 52 минуты

Затем выберите дроссель, аналогичный или лучший Q >> 1 L / R >> 52 минуты egeg >> 100H / 30mΩ

Вот почему невозможно сделать генератор LC от батареи.

Некоторые трансформаторы, такие как ниже, имеют Q около, но <1 с постоянными времени.

Кстати, для забавы я применил 18650 LiPo-элемент к первичным обмоткам трансформатора, как указано выше на заводе, и, как и ожидалось, V = LdI / dt был медленным нарастанием с чрезмерным затуханием до насыщения. Какой танк!

Реальность такова, что батареи - это огромные суперкапы с десятками тысяч фарад, но очень продолжительными постоянными и, следовательно, низким Q.

Но чтобы ответить на ваш вопрос.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Чтобы ответить на ваш последний вопрос:

Если устройство работает от 2 батареек типа АА, они обычно подключаются последовательно, что означает, что напряжения складываются и становятся рабочим напряжением. В этом случае 2 * 1,5 В = 3 В. Устройство может работать только до определенного порогового значения, которое отличается от устройства к устройству. Допустим, устройство рассчитано на 3 В и может работать с напряжениями, превышающими 2 В. В этом случае одна из батарей все еще может иметь почти полный заряд (скажем, 1,4 В), но другая полностью разряжается при 0,2 В. Это равняется суммарному последовательному напряжению всего 1,6 В, которое больше не будет питать устройство.

У каждой батареи свой цикл зарядки или разрядки. Даже самые дешевые и дорогостоящие аккумуляторы отличаются друг от друга, независимо от того, какая партия используется для разных моделей одной и той же модели и производится ли она одной и той же компанией.

Вы можете обнаружить это явление не только в более дешевых игрушечных батареях, которые обычно поставляются с парами, но и из разных источников. Мой личный опыт показывает, что использование батарей промышленного класса в телекоммуникационной сети также происходит по-разному в одном и том же банке батарей.

Как я упоминал ранее, даже при одинаковой модели и одинаковой схеме использования каждая батарея ведет себя по-разному на атомном уровне при цикле зарядки или разрядки. Существует также влияние окружающей среды батареи (средняя батарея там, где батарея подверглась более высокой температуре), создает неравномерную производительность и продолжительность жизни.

Так что это не случайный случай, но большую часть времени они демонстрируют различное соответствие, даже действуя вместе ...