Mengapa baterai dalam barang elektronik konsumen digunakan secara tidak merata?

Ketika mengganti baterai mainan anak-anak, remote control, dll., Saya menguji baterai dan memperhatikan bahwa baterai mereka terkuras secara berbeda. Satu akan mati dan yang lainnya masih hijau.

Mengapa ini terjadi? Juga, pada kondisi ekstrem ini, mengapa tidak hanya memiliki baterai tunggal?

Mereka biasanya AA dan bisa menjadi orang-orang dengan produk atau isi ulang.

Juga, mengapa perangkat berhenti dan tidak mulai menggunakan baterai yang baik?

Akan selalu ada beberapa variasi dalam kapasitas antara baterai. Dalam penggunaan mainan saat ini biasanya ditarik pada tingkat tinggi dibandingkan dengan banyak aplikasi lain, sehingga resistansi internal baterai sangat penting.

Dalam layanan itu, tegangan di bawah beban turun cukup cepat ketika akhir usia mendekati, sehingga dengan perbedaan kecil dalam kapasitas sel-sel dapat memiliki tegangan yang sangat berbeda.

Namun, sel-sel yang tampaknya baik kemungkinan sangat dekat dengan akhir hidup mereka juga, kecuali sel-sel tidak semuanya diganti pada saat yang sama dengan sel-sel yang sama segar. Ketidakcocokan dalam kuantitas antara pengemasan dan penggunaan (sel-sel yang dikemas dalam 4's dan digunakan dalam 3's misalnya) dapat berkontribusi pada ketidakcocokan dalam kapasitas.

Dalam grafik di atas untuk sel Panasonic AA Anda dapat melihat bahwa tegangan turun selama beberapa jam dari 1V ke 0,8V. Radio bertahan selama sekitar 130 jam dan penurunannya jauh lebih lembut. Setelah tegangan turun di bawah 800mV akhir kehidupan, itu akan dengan cepat turun ke tegangan yang jauh lebih rendah dan bahkan mungkin mundur (di bawah beban, atau bahkan setelah beban dihapus) karena arus balik besar yang dipasok oleh sel-sel lain dalam mainan. ketik layanan.

Penguji baterai biasanya bekerja dengan menerapkan beban ke baterai dan mengukur tegangan. Beban yang diterapkan tentu merupakan kompromi antara persyaratan aplikasi yang berbeda.

Jika tester baterai Anda menarik arus yang relatif kecil, ia mungkin masih berpikir sel-sel yang hampir habis baik-baik saja (dan mereka baik - baik saja, di radio!) Tetapi tidak dapat mengira sel-sel yang telah terbalik dibebankan mati. Ini adalah alasan mengapa beberapa penguji baterai memiliki pilihan arus untuk pengujian - pada arus yang lebih tinggi, sel-sel yang tampaknya 'hijau' kemungkinan akan berada dalam jangkauan jingga.

Dalam mainan khusus, baterai hanya dihubungkan secara seri dan mainan itu membutuhkan tegangan total tertentu pada arus yang relatif tinggi untuk beroperasi. Rantai rangkaian baterai hanya sekuat tautan terlemahnya, jadi jika satu baterai sangat mati, motor dll tidak akan mendapatkan tegangan yang cukup untuk beroperasi.

Mainan seringkali dilengkapi dengan sel baterai termurah yang mungkin kapasitasnya lebih rendah, tetapi juga memiliki toleransi terluas. Toleransi ini dan "sel terlemah gagal pertama" adalah aturan umum.

Untuk memahami hal ini, modelkan setiap baterai sebagai kapasitor yang terisi daya, misalnya 1000 farad +/- 20%. Kemudian masukkan secara seri dengan tegangan awal yang sama dan muat dengan, katakan 100 ohm, dan simulasikan atau hitung akhir pengisian menggunakan toleransi case terburuk, ucapkan tiga sel +20, 0, dan -20%.

Maka Anda akan mengerti. Sebaliknya, polimer lithium dan baterai mobil mulai pada 0,1% kemudian usia menuju 10% sebelum kematian sel tunggal dengan toleransi lebih dari -90% dari muatan awal.

ESR naik dan C turun nilainya menjelang akhir pengisian dengan cepat.

Jika Anda menganalisis ini, maka Anda akan mengerti.

Saya menarik nilai C dari udara tipis untuk pemahaman sederhana, tetapi itu tergantung pada peringkat jam mAh. I _c = C * dV / dt di mana dV biasanya 1,6 hingga 1 V = 0,6 V tergantung pada kimia, tetapi peringkat mAh adalah I * dt = C * dV, jadi 50 mAh = 50 mA * 3,6 ks ketika diberi peringkat untuk beberapa periode seperti 1 C = 20 jam, tetapi setiap dan semua baterai memiliki nilai ESR juga, di mana toleransi yang luas berlaku dan ESR umumnya turun dengan RISING peringkat mAh yang berubah dengan baik SoC rendah dan umur panjang.

Aturan praktisnya adalah bahwa ESR terkadang terkait dengan Ah, TAPI bukan cara.

Pada akhirnya JAWABAN untuk pertanyaan Anda adalah sel baterai dengan nilai C [F] terendah DECAYS FASTEST. Saat berseri, jika berkelanjutan, baterai juga akan terisi daya terbalik. pertanyaan selanjutnya tolong ...

OK di sini adalah perbandingan kapasitas baterai AA.

Catatan di atas "standar DURACELL" adalah 2000 mAh atau 2Ah atau 7200A-detik

• EE kebijaksanaan umum:

  • $f_{-3dB}=\dfrac{0.35}{t_R}$
  • RC = T atau L / R = T didefinisikan sebagai waktu asimptotik,
    • untuk T = RC decay dari 1 hingga 1 / e * 100% ~ 37% atau 0 hingga ~ 63%

• tetapi info pemasaran baterai terkadang menggunakan kapasitas Ah menggunakan SoC 100% hingga 0%, sehingga ada beberapa perbedaan dalam standar waktu pengukuran.

Namun dalam kedua kasus energi yang disimpan adalah E = ½CV² tetapi dalam kasus baterai saya merekomendasikan E = ½C (Vi²-Vf²) sebagai Vbat dari awal, Vi pada 100% Soc ke final Vf tetapi lebih pada 10% SoC untuk menghindari debit yang dalam penuaan cepat.

Setiap tegangan sangat tergantung pada suhu sel; tapi seingat saya;

jika Anda menaruh sedikit beban untuk menghapus memori jangka pendek, ukuran Vbat (100%)

• Lipo ΔV = 0,7 dari 3,6 ke 3,0 V
• Asam timbal = 12,5 hingga 11,5 V
• Alkaline = 1.5V ke 1V

Selain catatan tentang toleransi pembuatan baterai, saya telah melihat (setidaknya satu) perangkat yang akan memisahkan sambungan listrik baterai ke berbagai bagian sirkuit.

Dalam kasus saya, itu adalah jam alarm murah dengan 3 baterai AAA, 2 dalam seri untuk menjalankan elektronik, dan kemudian yang ketiga adalah seri dengan dua pertama untuk menjalankan LED / Alarm.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Saya rasa ini tidak umum, tetapi penjelasan lain yang mungkin.

re: Mengapa baterai dalam barang elektronik konsumen digunakan secara tidak merata?

1. Kualitas sel yang buruk & / atau sel berasal dari kumpulan yang berbeda. Ini dapat menghasilkan waktu pembongkaran / pengisian yang berbeda. Perangkat (mainan) biasanya membutuhkan V & A minimum tertentu untuk beroperasi dengan benar. Setelah sel yang lebih lemah gagal memberikan bagian mereka dari V & A yang diperlukan untuk mengoperasikan perangkat, maka perangkat akan mulai berkinerja buruk atau berhenti bersama-sama. Bergantung pada kecerdasan charger & tester Anda, seiring bertambahnya usia sel, perbedaan itu dapat diperbesar ke titik bahwa ketika Anda mengukur sel, Anda menemukan satu sel terlihat 'hijau' pada tester Anda sementara sel lain terlihat mati atau hampir mati .

2. Pengguna sering mencampur & mencocokkan sel dalam pengisi daya mereka & di perangkat mereka - sering kali mencampurkan sel yang dapat diisi ulang lebih lama dengan sel yang lebih baru - dan kadang-kadang bahkan mencampur sel yang dapat diisi ulang dengan sel primer (sekali pakai). Dengan bertambahnya usia sel, mereka cenderung kehilangan kapasitas pengisian & mereka cenderung memiliki profil pembongkaran / pengisian yang berbeda (dibandingkan dengan sel baru). Tergantung pada pengisi daya yang digunakan, itu bisa berarti pengguna menggunakan beberapa sel dengan muatan berbeda di perangkatnya - yang tentu saja akan mengakibatkan perangkat hanya beroperasi selama sel terlemah mampu memberikan daya yang cukup (yang biasanya waktu yang jauh lebih singkat daripada sel kapasitas baru yang lebih tinggi akan memberikan energi ke perangkat).

re: ... mengapa tidak hanya memiliki baterai tunggal? "

Baterai adalah kumpulan sel. Sel yang lebih besar tentu saja dapat diproduksi untuk aplikasi spesifik Anda; Namun, sel itu kemungkinan akan kurang bermanfaat untuk membangun baterai untuk aplikasi lain bila dibandingkan dengan desain sel saat ini.

re: "mengapa perangkat berhenti dan tidak mulai menggunakan baterai yang baik?"

Kadang-kadang (tergantung konektivitas sel) energi dari sel yang baik dapat menjaga perangkat beroperasi sebagai sel yang lebih lemah lainnya. Waktu lain yang tidak memungkinkan karena kapasitas output daya (VA) baterai telah menurun di bawah ambang minimum yang diperlukan untuk mengoperasikan perangkat.

Disarankan baterai tidak dapat dimodelkan sebagai kapasitor karena Anda tidak dapat beresonansi dengan choke (alias reaktor).

Ini salah dan hanya membuktikan bahwa Q terlalu rendah untuk beresonansi dan bukan persyaratan untuk menjadi kapasitor (dengan tegangan sambungan offset kimia seperti dioda yang harus dipolarisasi dengan benar)

Kita tahu untuk rangkaian tangki seri, rasio reaktansi terhadap resistansi = Q harus> 1 untuk beresonansi dan >> 1 untuk waktu yang lama, di mana Q = 0,7 didefinisikan sebagai redaman kritis.

Saya dapat dengan aman mengatakan, baterai sudah terlalu teredam ultra (buruk) kapasitor Q rendah.

bukti

Menggunakan model C tunggal untuk baterai (perkiraan urutan pertama)

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

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

• tetapi JANGAN PERNAH melakukan hubungan singkat LiPo yang tidak menyatu, karena kenaikan panas akan menyebabkannya meledak.

Untuk Q >> 1 atau 0.16Tr / 500> 1 maka periode siklus Tr >> 3125 s atau >> 52 menit

Kemudian pilih choke yang serupa atau lebih baik Q >> 1 L / R >> 52 menit egeg >> 100H / 30mΩ

Itu sebabnya tidak mungkin membuat osilator LC dari baterai.

Beberapa transformer seperti di bawah ini memiliki Q dekat tetapi <1 dengan konstanta waktu yang lama.

BTW untuk bersenang-senang saya menerapkan sel LiPo 18650 di gulungan utama transformator seperti di atas di pabrik dan seperti yang diharapkan V = LdI / dt adalah jalan lambat OVERdamped lambat sampai saturasi. Apa sebuah Tank!

Kenyataannya adalah Baterai SuperCaps besar dengan puluhan ribu Farad tetapi konstanta waktu yang sangat lama dan dengan demikian rendah Q.

Tetapi untuk menjawab pertanyaan Anda.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Untuk menjawab pertanyaan terakhir Anda:

Jika suatu perangkat menggunakan 2 baterai AA, ini biasanya dihubungkan secara seri, artinya voltase bertambah menjadi voltase pengoperasian. Dalam hal ini 2 * 1.5V = 3V. Perangkat hanya dapat beroperasi sampai batas tertentu, yang berbeda dari perangkat ke perangkat. Katakanlah perangkat dirancang untuk 3V dan dapat beroperasi dengan voltase lebih besar dari 2V. Dalam hal ini salah satu baterai masih dapat memiliki muatan hampir penuh (katakanlah 1.4V), tetapi yang lainnya benar-benar terkuras pada 0.2V. Ini sama dengan tegangan seri gabungan hanya 1,6V yang tidak akan menyalakan perangkat lagi.

Setiap baterai memiliki siklus pengisian atau pengosongan yang berbeda. Bahkan baterai yang paling makan malam dan mahal memiliki beberapa yang berbeda terlepas dari batch yang sama atau batch yang berbeda dari model yang sama dan diproduksi oleh perusahaan yang sama.

Anda mungkin menemukan fenomena ini tidak hanya pada baterai mainan murah yang biasanya datang dengan pasangan satu pasang tetapi berbagai sumber. Pengalaman pribadi saya menunjukkan penggunaan baterai kelas industri pada jaringan Telekomunikasi juga berbeda dalam bank baterai yang sama.

Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, bahkan dengan model dan pola penggunaan yang sama setiap baterai berperilaku berbeda di tingkat atom saat siklus pengisian atau pengosongan. Ada juga pengaruh lingkungan sekitar baterai (baterai tengah di sana bank baterai mendapat paparan suhu yang lebih tinggi) menciptakan kinerja yang tidak merata dan harapan hidup.

Jadi ini bukan kasus acak tetapi sebagian besar waktu mereka menunjukkan kinerja yang berbeda bahkan bertindak bersama ...