ทำไมแบตเตอรี่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้รับใช้ไม่สม่ำเสมอ?

เมื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ของเล่นเด็กรีโมทคอนโทรล ฯลฯ ฉันจะทดสอบแบตเตอรี่และสังเกตว่าแบตเตอรี่เหล่านั้นแตกต่างกัน ใครจะเป็นจะตายและอื่น ๆ ยังคงอยู่ในสีเขียว

ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น ยิ่งไปกว่านั้นทำไมไม่เพียงแค่มีแบตเตอรี่ก้อนเดียว?

พวกเขามักจะเป็น AA และสามารถเป็นคนที่มีผลิตภัณฑ์หรือชาร์จซ้ำได้

นอกจากนี้ทำไมอุปกรณ์ไม่หยุดและไม่เริ่มใช้แบตเตอรี่ที่ดี

จะมีการเปลี่ยนแปลงความจุระหว่างแบตเตอรี่อยู่เสมอ ในการใช้ของเล่นกระแสมักถูกดึงออกมาในระดับสูงเมื่อเทียบกับการใช้งานอื่น ๆ ดังนั้นความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จึงมีความสำคัญมาก

ในการให้บริการแรงดันไฟฟ้าภายใต้ภาระลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของชีวิตดังนั้นด้วยความแตกต่างเล็กน้อยของความจุเซลล์จึงสามารถมีแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันมาก

อย่างไรก็ตามคนที่ดูเหมือนจะเป็นคนดีมีแนวโน้มที่จะใกล้เคียงกับจุดจบของชีวิตเช่นกันเว้นแต่ว่าเซลล์เหล่านั้นจะไม่ถูกแทนที่ในเวลาเดียวกันด้วยเซลล์ที่สดใหม่อย่างเท่าเทียมกัน ความไม่ตรงกันของปริมาณระหว่างบรรจุภัณฑ์และการใช้งาน (ตัวอย่างเช่นเซลล์ที่บรรจุใน 4 และใช้ใน 3 ของตัวอย่าง) อาจทำให้เกิดความไม่ตรงกันในความจุ

ในกราฟด้านบนสำหรับเซลล์ Panasonic AA คุณจะเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าลดลงในช่วงเวลาไม่กี่ชั่วโมงจาก 1V ถึง 0.8V วิทยุใช้เวลาประมาณ 130 ชั่วโมงหรือมากกว่านั้นและการลดลงนั้นดูอ่อนโยนกว่ามาก เมื่อแรงดันลดลงต่ำกว่าจุดสิ้นสุดของชีวิต 800mV มันจะลดลงอย่างรวดเร็วถึงแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ามากและอาจย้อนกลับ (ภายใต้ภาระหรือแม้กระทั่งหลังจากโหลดถูกลบ) เนื่องจากกระแสย้อนกลับขนาดใหญ่ที่จัดหาโดยเซลล์อื่นในของเล่น บริการประเภท

เครื่องทดสอบแบตเตอรี่มักจะทำงานโดยการโหลดกับแบตเตอรี่และวัดแรงดันไฟฟ้า โหลดที่ใช้นั้นจำเป็นต้องมีการประนีประนอมระหว่างข้อกำหนดของแอพพลิเคชั่นที่แตกต่างกัน

หากเครื่องทดสอบแบตเตอรี่ของคุณใช้กระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างน้อยก็อาจยังคิดว่าเซลล์ที่เกือบจะหมดแล้วจะมีการปรับ (และใช้งานได้ดีในวิทยุ!) แต่ก็ไม่สามารถเข้าใจผิดว่าเซลล์ที่ถูกชาร์จกลับไปสู่ความตาย นี่คือเหตุผลที่ผู้ทดสอบแบตเตอรี่บางรายมีกระแสทางเลือกสำหรับการทดสอบที่กระแสสูงกว่าเซลล์ 'สีเขียว' ที่เห็นได้ชัดน่าจะเข้ากับช่วงสีเหลืองได้ดี

ในของเล่นทั่วไปแบตเตอรี่จะเชื่อมต่อแบบอนุกรมและของเล่นต้องใช้แรงดันไฟฟ้ารวมทั้งหมดที่กระแสค่อนข้างสูงในการใช้งาน สายโซ่ของแบตเตอรี่นั้นมีความแข็งแรงพอ ๆ กับจุดอ่อนที่สุดดังนั้นหากแบตเตอรี่หนึ่งก้อนตายมากมอเตอร์ ฯลฯ จะไม่ได้รับแรงดันไฟฟ้าเพียงพอที่จะทำงาน

ของเล่นมักจะมาพร้อมกับเซลล์แบตเตอรี่ที่ถูกที่สุดซึ่งอาจมีความจุต่ำกว่า แต่ก็มีความอดทนที่กว้างที่สุด ความอดทนนี้และ"เซลล์ที่อ่อนแอที่สุดที่ล้มเหลวอันดับ 1"เป็นกฎทั่วไป

เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้จำลองแบตเตอรี่แต่ละก้อนเป็นตัวเก็บประจุที่ชาร์จไฟแล้วพูด 1,000 farads +/- 20% จากนั้นนำมาใส่ในอนุกรมที่มีแรงดันเริ่มต้นเท่ากันแล้วโหลดด้วย 100 โอห์มและจำลองหรือคำนวณจุดสิ้นสุดของประจุโดยใช้ความคลาดเคลื่อนของกรณีที่เลวร้ายที่สุดพูดเซลล์สามเซลล์ +20, 0 และ -20%

แล้วคุณจะเข้าใจ แบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์และแบตเตอรี่รถยนต์เริ่มที่ 0.1% จากนั้นอายุต่อ 10% ก่อนที่เซลล์เดียวจะตายที่ความอดทนมากกว่า -90% ของค่าเริ่มต้น

ESR เพิ่มขึ้นและ C ลดลงในค่าเมื่อสิ้นสุดการชาร์จอย่างรวดเร็ว

หากคุณวิเคราะห์สิ่งนี้คุณจะเข้าใจ

ฉันดึงค่า C ออกมาจากอากาศบาง ๆ เพื่อความเข้าใจง่าย ๆ แต่มันก็ขึ้นอยู่กับการประเมินชั่วโมง mAh ฉัน_c = C * dV / dt โดยที่ dV มักจะ 1.6 ถึง 1 V = 0.6 V ขึ้นอยู่กับเคมี แต่คะแนน mAh คือI * dt = C * dV ดังนั้น 50 mAh = 50 mAh * 3.6 ksเมื่อให้คะแนนในบางช่วงเวลา เช่น 1 C = 20 ชั่วโมง แต่แบตเตอรี่ทุกก้อนมีค่า ESR บางส่วนเช่นกันซึ่งมีการใช้งานที่กว้างและ ESR จะลดลงตามระดับ RISING mAh ซึ่งเปลี่ยนทั้ง SoC ต่ำและอายุที่ยาวนาน

กฎง่ายๆคือ ESR บางครั้งเกี่ยวข้องกับ Ah แต่ไม่ใช่วิธี

ในท้ายที่สุดคำตอบสำหรับคำถามของคุณคือเซลล์แบตเตอรี่ที่มีค่า C [F] ต่ำสุด DECAYS เร็วที่สุด เมื่ออยู่ในซีรี่ส์หากต่อเนื่องจะกลายเป็นประจุไฟย้อนกลับ คำถามต่อไปได้โปรด ...

ตกลงนี่คือการเปรียบเทียบความจุของแบตเตอรี่ AA

หมายเหตุด้านบน "มาตรฐาน DURACELL" คือ 2000 mAh หรือ 2Ah หรือ 7200A-วินาที

• EE ภูมิปัญญาทั่วไป:

  • $f_{-3dB}=\dfrac{0.35}{t_R}$
  • RC = T หรือ L / R = T ถูกกำหนดเป็นเวลาเชิงเส้นกำกับ
    • สำหรับ T = RC ผุตั้งแต่ 1 ถึง 1 / e * 100% ~ 37% หรือ 0 ถึง ~ 63%

• แต่บางครั้งข้อมูลการตลาดแบตเตอรี่ใช้ความจุ Ah โดยใช้ SoC 100% ถึง 0% ดังนั้นจึงมีความแตกต่างในมาตรฐานเวลาการวัด

อย่างไรก็ตามในทั้งสองกรณีพลังงานที่เก็บไว้คือ E = ½CV² แต่ในกรณีของแบตเตอรี่ฉันแนะนำ E = ½C (Vi²-Vf²) เป็น Vbat ตั้งแต่เริ่มต้น Vi ที่ 100% Soc ถึง Vf สุดท้าย แต่แทนที่จะ 10% SoC เพื่อหลีกเลี่ยงการคายประจุที่ลึก ริ้วรอยอย่างรวดเร็ว

แต่ละแรงดันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของเซลล์ แต่ฉันจำได้

ถ้าคุณใส่ภาระเล็กน้อยเพื่อลบหน่วยความจำระยะสั้นการวัด Vbat (100%)

• Lipo ΔV = 0.7 จาก 3.6 ถึง 3.0 V
• Lead acid = 12.5 ถึง 11.5 V
• อัลคาไลน์ = 1.5V ถึง 1V

นอกเหนือจากหมายเหตุเกี่ยวกับความคลาดเคลื่อนในการผลิตแบตเตอรี่ฉันได้เห็นอุปกรณ์ (อย่างน้อยหนึ่ง) ที่จะแยกการเชื่อมต่อไฟฟ้าของแบตเตอรี่ไปยังส่วนต่าง ๆ ของวงจร

ในกรณีของฉันมันเป็นนาฬิกาปลุกราคาถูกที่มีแบตเตอรี่ AAA 3 ก้อน 2 ตัวอยู่ในซีรี่ส์เพื่อใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และหนึ่งในสามอยู่ในลำดับที่มีสองชุดแรกเพื่อเรียกใช้ LED / Alarm

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ฉันไม่คิดว่านี่เป็นเรื่องปกติ แต่เป็นอีกคำอธิบายที่เป็นไปได้

Re: ทำไมแบตเตอรี่ในเครื่องใช้ไฟฟ้าถึงถูกใช้อย่างไม่สม่ำเสมอ?

1. เซลล์คุณภาพแย่ & / หรือเซลล์มาจากแบตช์ที่ต่างกัน ซึ่งอาจส่งผลให้เวลา / การชาร์จแตกต่างกัน อุปกรณ์ (ของเล่น) มักจะต้องมี V & A ขั้นต่ำเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง เมื่อเซลล์ที่อ่อนแอลงไม่สามารถแบ่งปัน V & A ที่จำเป็นต่อการใช้งานอุปกรณ์ได้อุปกรณ์จะเริ่มทำงานภายใต้หรือหยุดทั้งหมดเข้าด้วยกัน ความแตกต่างนั้นสามารถขยายได้จนถึงจุดที่เมื่อคุณวัดเซลล์คุณจะพบว่าเซลล์หนึ่งมีลักษณะ 'สีเขียว' บนเครื่องทดสอบของคุณในขณะที่เซลล์อื่น ๆ ดูเหมือนจะตายหรือใกล้จะตาย .

2. ผู้ใช้มักจะผสมและจับคู่เซลล์ในเครื่องชาร์จและในอุปกรณ์ของพวกเขา - บ่อยครั้งผสมเซลล์ชาร์จเก่ากับเซลล์ใหม่ - และบางครั้งก็ผสมเซลล์ชาร์จกับเซลล์หลัก (ทิ้ง) เมื่ออายุของเซลล์ที่ชาร์จไฟได้พวกเขามีแนวโน้มที่จะสูญเสียความสามารถในการชาร์จและมีแนวโน้มที่จะมีโปรไฟล์ Dis / Charge ที่แตกต่างกัน (เทียบกับเซลล์ใหม่) ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ชาร์จที่ใช้นั่นอาจหมายถึงผู้ใช้ใช้หลายเซลล์ที่มีค่าใช้จ่ายที่แตกต่างกันในอุปกรณ์ของเธอ - ซึ่งแน่นอนว่าจะส่งผลให้อุปกรณ์ทำงานได้ตราบเท่าที่เซลล์ที่อ่อนแอที่สุดสามารถให้พลังงานได้เพียงพอ เวลาที่สั้นกว่าเซลล์ใหม่ที่มีความจุสูงจะให้พลังงานแก่อุปกรณ์)

Re: ... ทำไมไม่ใช้แบตเตอรี่เพียงก้อนเดียวล่ะ? "

แบตเตอรี่คือชุดของเซลล์ แน่นอนว่าเซลล์ขนาดใหญ่สามารถผลิตขึ้นสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณ อย่างไรก็ตามเซลล์นั้นน่าจะมีประโยชน์น้อยกว่าสำหรับการสร้างแบตเตอรี่สำหรับแอปพลิเคชันอื่นเมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบเซลล์ปัจจุบัน

เรื่อง: "ทำไมอุปกรณ์หยุดทำงานและไม่เริ่มใช้แบตเตอรี่ที่ดี?"

บางครั้ง (ขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อของเซลล์) พลังงานจากเซลล์ที่ดีสามารถทำให้อุปกรณ์ทำงานเหมือนเซลล์อื่น ๆ ที่อ่อนแอกว่าของปีเตอร์ เวลาอื่นที่ไม่สามารถทำได้เนื่องจากความจุเอาต์พุตพลังงาน (VA) ของแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการใช้งานอุปกรณ์

แนะนำว่าแบตเตอรี่ไม่สามารถจำลองเป็นตัวเก็บประจุได้เนื่องจากคุณไม่สามารถสะท้อนกับโช้ก (เครื่องปฏิกรณ์)

สิ่งนี้เป็นเท็จและพิสูจน์ได้ว่า Q นั้นต่ำเกินไปที่จะสะท้อนและไม่จำเป็นต้องเป็นตัวเก็บประจุ (ด้วยแรงดันทางแยกทางเคมีออฟเซ็ตเหมือนกับไดโอดที่จะต้องมีขั้วที่ถูกต้อง)

เรารู้วงจรรถถังซีรีย์อัตราส่วนของปฏิกิริยาต่อความต้านทาน = Q จะต้อง> 1 เพื่อสะท้อนและ >> 1 เป็นเวลานานโดยที่ Q = 0.7 หมายถึงการทำให้หมาด ๆ ที่สำคัญ

ฉันสามารถพูดได้อย่างปลอดภัยว่าแบตเตอรี่มีตัวเก็บประจุ Q ต่ำมาก (แย่) ตัวเก็บประจุต่ำ

พิสูจน์

ใช้รุ่น C เดียวสำหรับแบตเตอรี่ (ประมาณอันดับที่หนึ่ง)

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

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

• แต่ไม่เคยลัดวงจร LiPo ที่ไม่ได้หลอมรวมเนื่องจากความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ระเบิด

สำหรับ Q >> 1 หรือ 0.16Tr / 500> 1 ดังนั้นรอบระยะเวลา Tr >> 3125 s หรือ >> 52 นาที

จากนั้นเลือกสำลักที่คล้ายกันหรือดีกว่า Q >> 1 L / R >> 52 นาที egeg >> 100H / 30mΩ

จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้าง LC oscillator จากแบตเตอรี่

หม้อแปลงบางตัวเช่นด้านล่างมีคิวใกล้ แต่ <1 ที่มีค่าคงที่เป็นเวลานาน

BTW เพื่อความสนุกฉันใช้เซลล์ LiPo 18650 กับขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงดังกล่าวข้างต้นในโรงงานและตามที่คาดไว้ V = LdI / dt เป็นทางลาดที่ช้ากว่าจนกว่าจะอิ่มตัว รถถังอะไรกัน!

ความจริงก็คือแบตเตอรี่เป็น SuperCaps ขนาดใหญ่ที่มีหมื่น Farads แต่ยังคงค่าเวลานานและต่ำ Q

แต่เพื่อตอบคำถามของคุณ

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ในการตอบคำถามสุดท้ายของคุณ:

หากอุปกรณ์ทำงานด้วยแบตเตอรี่ขนาด AA 2 ก้อนอุปกรณ์เหล่านี้มักจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเพื่อให้กลายเป็นแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน ในกรณีนี้ 2 * 1.5V = 3V อุปกรณ์สามารถทำงานได้จนกว่าจะถึงเกณฑ์ที่กำหนดซึ่งแตกต่างจากอุปกรณ์ต่ออุปกรณ์ สมมติว่าอุปกรณ์ถูกออกแบบมาสำหรับ 3V และสามารถทำงานกับแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า 2V ในกรณีนี้หนึ่งในแบตเตอรี่ยังสามารถชาร์จได้เกือบเต็ม (กล่าวคือ 1.4V) แต่แบตเตอรี่อีกก้อนหนึ่งจะถูกชาร์จจนหมดที่ 0.2V นี่เท่ากับแรงดันไฟฟ้ารวมซีรีส์เพียง 1.6 โวลต์ซึ่งจะไม่ทำให้อุปกรณ์จ่ายไฟอีกต่อไป

แบตเตอรี่ทุกก้อนมีประจุและคายประจุแตกต่างกันไปบ้าง แม้แบตเตอรี่ที่เย็นและราคาแพงที่สุดก็มีความแตกต่างกันโดยไม่คำนึงถึงแบทช์เดียวกันหรือแบทช์รุ่นเดียวกันที่ต่างกันและผลิตโดย บริษัท เดียวกัน

คุณอาจพบว่าปรากฏการณ์นี้ไม่เพียง แต่ในแบตเตอรี่ของเล่นที่ราคาถูกกว่าซึ่งปกติแล้วจะมาพร้อมกับคู่เดียว แต่เป็นแหล่งที่มาที่หลากหลาย ประสบการณ์ส่วนตัวของฉันแสดงให้เห็นว่าการใช้แบตเตอรี่เกรดอุตสาหกรรมบนเครือข่ายโทรคมนาคมยังแตกต่างกันภายในแบตเตอรีเดียวกัน

อย่างที่ฉันเคยพูดไปแล้วถึงแม้จะมีรุ่นเดียวกันและรูปแบบการใช้งานที่เหมือนกันแบตเตอรี่ทุกตัวจะทำงานต่างกันในระดับอะตอมเมื่อชาร์จหรือคายประจุ นอกจากนี้ยังมีอิทธิพลของสภาพแวดล้อมที่น่าอายของแบตเตอรี่ (แบตเตอรี่ตรงกลางที่นั่นแบตเตอรีธนาคารได้รับอุณหภูมิที่สูงขึ้น) สร้างความไม่สม่ำเสมอและอายุขัยที่ไม่สม่ำเสมอ

ดังนั้นจึงไม่ใช่กรณีแบบสุ่ม แต่ส่วนใหญ่เวลาที่พวกเขาแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างที่แตกต่างกันแม้จะทำหน้าที่ร่วมกัน ...