Warum werden Batterien in der Unterhaltungselektronik ungleichmäßig verwendet?

Beim Wechseln der Batterien von Kinderspielzeug, Fernbedienungen usw. teste ich die Batterien und habe festgestellt, dass sie sich unterschiedlich entladen. Einer wird tot sein und der andere ist immer noch im grünen Bereich.

Warum passiert das? Warum nicht auch in diesem Extremfall eine einzige Batterie?

Sie sind in der Regel AA und können die mit dem Produkt oder den Akkus sein.

Warum stoppt das Gerät und startet nicht mit dem guten Akku?

Die Kapazität der Batterien variiert ständig. Bei der Verwendung von Spielzeug wird der Strom im Vergleich zu vielen anderen Anwendungen in der Regel auf einem hohen Niveau verbraucht, weshalb der Innenwiderstand der Batterien sehr wichtig ist.

Bei diesem Betrieb fällt die Spannung unter Last mit dem Ende der Lebensdauer ziemlich schnell ab, so dass die Zellen bei geringfügigen Kapazitätsunterschieden ziemlich unterschiedliche Spannungen aufweisen können.

Diejenigen, die gut zu sein scheinen, sind jedoch wahrscheinlich ebenfalls kurz vor dem Lebensende, es sei denn, die Zellen wurden nicht alle gleichzeitig durch gleich frische Zellen ersetzt. Die Mengeninkongruenz zwischen Verpackung und Verwendung (Zellen, die in 4er-Einheiten verpackt sind und beispielsweise in 3er-Einheiten verwendet werden) kann zu einer Kapazitätsinkongruenz beitragen.

In den obigen Diagrammen für eine Panasonic AA-Zelle können Sie sehen, dass die Spannung über einen Zeitraum von wenigen Stunden von 1 V auf 0,8 V abfällt. Ein Radio hält ungefähr 130 Stunden und der Rückgang ist viel sanfter. Sobald die Spannung unter das 800-mV-Lebensende abfällt, fällt sie schnell auf eine viel niedrigere Spannung ab und kann sich sogar umkehren (unter Last oder sogar nachdem die Last entfernt wurde), da die anderen Zellen in Spielzeug einen großen Rückstrom liefern. Typ Service.

Batterietester arbeiten normalerweise, indem sie eine Last an die Batterie anlegen und die Spannung messen. Die ausgeübte Last ist notwendigerweise ein Kompromiss zwischen den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen.

Wenn Ihr Akku - Tester einen relativ kleinen Strom zieht kann denken , dass es nach wie vor die Zellen , die fast aufgebraucht sind , sind in Ordnung (und sie sind in Ordnung, in einem Radio!) , Aber es kann die Zellen nicht verwechseln, die zum Tod umgekehrt geladen wurden. Dies ist ein Grund, warum einige Batterietester eine Auswahl an Strömen zum Testen haben - bei einem höheren Strom würden die anscheinend "grünen" Zellen wahrscheinlich weit im gelben Bereich liegen.

In einem typischen Spielzeug werden die Batterien einfach in Reihe geschaltet und das Spielzeug benötigt eine bestimmte Gesamtspannung bei einem relativ hohen Strom, um zu funktionieren. Die Batterie-Serienkette ist nur so stark wie ihr schwächstes Glied. Wenn eine Batterie also sehr leer ist, erhalten die Motoren usw. nicht genügend Spannung, um zu arbeiten.

Spielzeug wird häufig mit den billigsten Batteriezellen geliefert, die zwar eine geringere Kapazität aufweisen, aber auch die größte Toleranz aufweisen. Diese Toleranz und die "schwächste Zelle fällt 1 aus" ist die allgemeine Regel.

Um dies zu verstehen, modellieren Sie jede Batterie als geladenen Kondensator, z. B. 1000 Farad +/- 20%. Legen Sie sie dann mit derselben Anfangsspannung in Reihe und laden Sie sie mit beispielsweise 100 Ohm und simulieren oder berechnen Sie das Ende des Ladevorgangs mit Toleranzen im ungünstigsten Fall, beispielsweise drei Zellen +20, 0 und -20%.

Dann wirst du verstehen. Lithium-Polymer- und Autobatterien beginnen dagegen bei 0,1% und altern dann in Richtung 10% vor dem Tod einzelner Zellen bei einer Toleranz der anfänglichen Ladung von mehr als -90%.

Der ESR steigt und C fällt gegen Ende des Ladevorgangs schnell ab.

Wenn Sie dies analysieren, werden Sie verstehen.

Ich habe den C-Wert zum besseren Verständnis aus der Luft gezogen, aber er hängt von der mAh-Stundenbewertung ab. I _c = C * dV / dt, wobei dV abhängig von der Chemie normalerweise 1,6 bis 1 V = 0,6 V beträgt, die mAh-Bewertung jedoch I * dt = C * dV ist, also 50 mAh = 50 mA * 3,6 ks, wenn sie für einen bestimmten Zeitraum bewertet wird Wie 1 C = 20 h, aber alle Batterien haben auch einen ESR-Wert, bei dem eine große Toleranz gilt und der ESR-Wert im Allgemeinen mit steigendem mAh-Wert sinkt, der sich sowohl mit niedrigem SoC als auch mit zunehmendem Alter ändert.

Die Faustregel lautet, dass ESR manchmal mit Ah verwandt ist, ABER nicht in irgendeiner Weise.

Am Ende ist die Antwort auf Ihre Frage die Batteriezelle mit dem niedrigsten C [F] -Wert. Wenn es in Reihe geschaltet ist, wird es auch umgekehrt aufgeladen. nächste Frage bitte...

OK, hier ist ein Vergleich der AA-Batteriekapazitäten.

Hinweis über dem "DURACELL-Standard" ist 2000 mAh oder 2Ah oder 7200A-Sekunden

• EE allgemeine Weisheit:

  • $f_{-3dB}=\dfrac{0.35}{t_R}$
  • RC = T oder L / R = T ist als asymptotische Zeit definiert,
    • für T = RC-Zerfall von 1 auf 1 / e * 100% ~ 37% oder 0 auf ~ 63%

• Da die Informationen zum Batteriemarketing manchmal die Ah-Kapazität bei Verwendung von 100% SoC bis 0% verwenden, gibt es einige Unterschiede bei den Messzeitstandards.

In beiden Fällen ist die gespeicherte Energie jedoch E = ½CV², aber im Falle einer Batterie empfehle ich E = ½C (Vi²-Vf²) als Vbat von Anfang, Vi bei 100% Soc bis End-Vf, aber eher 10% SoC, um eine Tiefentladung zu vermeiden schnelles Altern.

Jede Spannung ist stark von der Zelltemperatur abhängig. aber wie ich mich erinnere;

Wenn Sie eine leichte Last aufbringen, um das Kurzzeitgedächtnis zu entfernen, wird die Kennzahl Vbat (100%)

• Lipo ΔV = 0,7 von 3,6 bis 3,0 V
• Bleisäure = 12,5 bis 11,5 V
• Alkalisch = 1,5 V bis 1 V

Zusätzlich zu den Hinweisen zu Batterietoleranzen habe ich (mindestens ein) Gerät gesehen, das die elektrischen Verbindungen der Batterie zu verschiedenen Teilen des Stromkreises trennt.

In meinem Fall war es ein billiger Wecker mit 3 AAA-Batterien, 2 waren in Serie, um die Elektronik zu betreiben, und ein dritter war in Serie, um die ersten beiden LED / Alarm zu betreiben.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Ich denke nicht, dass dies üblich ist, aber es ist eine andere mögliche Erklärung.

re: Warum werden Batterien in der Unterhaltungselektronik ungleichmäßig verwendet?

1. Schlechte Zellqualität und / oder Zellen stammten aus verschiedenen Chargen. Dies kann zu unterschiedlichen Entladezeiten führen. Geräte (Spielzeug) erfordern in der Regel ein Mindestmaß an V & A, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Sobald die schwächeren Zellen ihren Anteil an den für den Betrieb des Geräts erforderlichen V & A-Werten nicht mehr bereitstellen, beginnt das Gerät, zu wenig Leistung zu erbringen oder alle gleichzeitig anzuhalten. Je nachdem, wie intelligent Ihr Ladegerät und Ihr Tester sind und wie die Zellen altern, kann dieser Unterschied so weit zunehmen, dass beim Messen der Zellen eine Zelle auf Ihrem Tester "grün" aussieht, während die andere Zelle tot oder fast tot aussieht .

2. Benutzer mischen häufig Zellen in ihren Ladegeräten und in ihren Geräten - oftmals mischen sie ältere wiederaufladbare Zellen mit neueren Zellen - und manchmal sogar wiederaufladbare Zellen mit primären (Wegwerf-) Zellen. Wenn wiederaufladbare Zellen altern, verlieren sie in der Regel ihre Ladekapazität und haben unterschiedliche Entladungsprofile (im Vergleich zu neuen Zellen). Je nach verwendetem Ladegerät kann dies bedeuten, dass ein Benutzer mehrere Zellen mit unterschiedlichen Ladevorgängen in seinem Gerät verwendet - was natürlich dazu führt, dass das Gerät nur so lange funktioniert, wie die schwächste Zelle in der Lage ist, ausreichend Strom bereitzustellen (was normalerweise der Fall ist) eine viel kürzere Zeit als die neueren Zellen mit höherer Kapazität würde einem Gerät Energie zuführen).

re: ... warum nicht einfach eine einzige Batterie? "

Eine Batterie ist eine Ansammlung von Zellen. Selbstverständlich kann eine größere Zelle für Ihre spezielle Anwendung hergestellt werden. Diese Zelle wäre jedoch im Vergleich zu aktuellen Zellkonstruktionen wahrscheinlich weniger nützlich, um Batterien für andere Anwendungen zu bauen.

Betreff: "Warum stoppt das Gerät und startet nicht mit dem guten Akku?"

Manchmal (abhängig von der Zellkonnektivität) kann die Energie einer guten Zelle dazu führen, dass ein Gerät nicht in Betrieb ist, während die anderen schwächeren Zellen ausgeschaltet sind. In anderen Fällen ist dies nicht möglich, da die Ausgangsleistung (VA) des Akkus unter den Mindestschwellenwert gesunken ist, der für den Betrieb des Geräts erforderlich ist.

Es wurde vorgeschlagen, dass eine Batterie möglicherweise nicht als Kondensator modelliert werden kann, da Sie nicht mit einer Drossel (auch bekannt als Reaktor) in Resonanz treten können.

Dies ist falsch und beweist nur, dass der Q-Wert zu niedrig ist, um mitschwingen zu können, und dass kein Kondensator erforderlich ist (mit einer chemisch versetzten Sperrschichtspannung wie einer Diode, die korrekt polarisiert sein muss).

Wir wissen, dass für eine serielle Tankschaltung das Verhältnis von Reaktanz zu Widerstand = Q> 1 sein muss, um zu schwingen, und für eine lange Zeit >> 1, wobei Q = 0,7 als kritische Dämpfung definiert ist.

Ich kann mit Sicherheit sagen, dass Batterien extrem (schlechte) Kondensatoren mit niedriger Güte überfeuchtet sind.

Beweis

Verwendung eines einzelnen C-Modells für eine Batterie (Annäherung 1. Ordnung)

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

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

• Schließen Sie jedoch NIEMALS einen nicht verschmolzenen LiPo kurz, da er durch die Erwärmung explodieren kann.

Für Q >> 1 oder 0.16Tr / 500> 1 ist die Zykluszeit Tr >> 3125 s oder >> 52 Minuten

Dann Drossel ähnlich oder besser wählen Q >> 1 L / R >> 52 Minuten egeg >> 100H / 30mΩ

Aus diesem Grund ist es nicht möglich, einen LC-Oszillator aus einer Batterie herzustellen.

Einige Transformatoren wie unten haben ein Q nahe aber <1 mit langen Zeitkonstanten.

Übrigens habe ich eine 18650 LiPo-Zelle über die Primärwicklungen eines Transformators wie oben in einer Fabrik gelegt und wie erwartet war V = LdI / dt eine überdämpfte langsame Rampe bis zur Sättigung. Was für ein Panzer!

Die Realität ist, dass Batterien riesige SuperCaps mit Zehntausenden von Farad, aber sehr langen Zeitkonstanten und somit niedrigem Q sind.

Aber um deine Frage zu beantworten.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

So beantworten Sie Ihre letzte Frage:

Wenn ein Gerät mit 2 AA-Batterien betrieben wird, werden diese normalerweise in Reihe geschaltet, dh die Spannungen addieren sich zur Betriebsspannung. In diesem Fall 2 * 1,5 V = 3 V. Das Gerät kann nur bis zu einer bestimmten Schwelle betrieben werden, die von Gerät zu Gerät unterschiedlich ist. Angenommen, das Gerät ist für 3 V ausgelegt und kann mit Spannungen über 2 V betrieben werden. In diesem Fall kann einer der Akkus noch fast voll aufgeladen sein (z. B. 1,4 V), während der andere bei 0,2 V vollständig entladen ist. Dies entspricht einer kombinierten Serienspannung von nur 1,6 V, wodurch das Gerät nicht mehr mit Strom versorgt wird.

Jeder Akku hat einen anderen Lade- oder Entladezyklus. Selbst die teuersten und teuersten Akkus haben einige unterschiedliche, unabhängig von derselben Charge oder unterschiedlichen Chargen desselben Modells und werden von derselben Firma hergestellt.

Sie können dieses Phänomen nicht nur bei billigeren Spielzeugbatterien beobachten, die normalerweise paarweise als Einzelpaar geliefert werden, sondern auch bei verschiedenen Quellen. Meine persönliche Erfahrung zeigt, dass die Verwendung industrieller Batterien im Telekommunikationsnetzwerk innerhalb derselben Batteriebank ebenfalls unterschiedlich stark abnimmt.

Wie ich bereits erwähnt habe, verhält sich jeder Akku auch bei gleichem Modell und gleichem Gebrauchsmuster beim Laden oder Entladen auf atomarer Ebene unterschiedlich. Es gibt auch einen Einfluss auf die Umgebung der Batterie (mittlere Batterie auf der Batteriebank ist höheren Temperaturen ausgesetzt), was zu ungleichmäßiger Leistung und Lebenserwartung führt.

Es ist also kein zufälliger Fall, aber meistens zeigen sie unterschiedliche Leistungen, auch wenn sie zusammen wirken ...