Wie entwerfe ich ein Gerät, um automatisch auf die Pufferbatterie umzuschalten?

Mir wurde gesagt, dass viele Arten von Batterien am besten funktionieren, wenn sie verwendet werden, bis sie vollständig entladen und dann wieder aufgeladen sind.

(Bearbeiten: Der "Memory-Effekt-Mythos" ist weit verbreitet. Batterien funktionieren genauso gut, wenn sie jedes Mal "aufgefüllt" werden. )

Im Moment entwerfe ich Geräte auf die übliche Weise: Versuchen Sie, den Akku so lange wie möglich zu nutzen, und wenn kein Strom mehr vorhanden ist, funktioniert er überhaupt nicht.

Wenn es eine einfache Möglichkeit gäbe, Folgendes zu implementieren, könnte ich es von nun an verwenden:

• Zwei unabhängige Batterien (oder mehr)
• Wenn Sie eine Batterie verwenden, verwenden Sie sie weiter, bis sie vollständig entladen ist und die vom Hersteller empfohlene Mindestspannung erreicht .
• Wenn die Batterie "in Gebrauch" vollständig leer ist, wechseln Sie zur nächsten Batterie. Vermutlich verwenden Sie eine ähnliche Technik wie beim Umschalten zwischen 5-V-Netzteilen? Frage.
• Sobald Sie zum letzten Akku gewechselt haben, wechseln Sie in einen Energiesparmodus, damit dieser im "Notlaufmodus" die wichtigen Aufgaben ausführen kann. Der Benutzer wird jedoch benachrichtigt, ihn so schnell wie möglich an ein Ladegerät anzuschließen.
• Kehren Sie nach dem Anschließen an das Ladegerät in den Standardmodus zurück. Wenn Sie jedoch vom Ladegerät getrennt sind, bevor die Akkus vollständig aufgeladen sind, kehren Sie in den Notlaufmodus zurück.
• (optional) Wenn Sie an das Ladegerät angeschlossen sind, laden Sie nur den leeren Akku (oder die entladenen Akkus) auf und füllen Sie sie nach. Lassen Sie die Batterie "in Gebrauch" in Ruhe.
• (optional) Verfolgen Sie genau, wie viel Gesamtenergie jeder einzelnen Batterie entzogen werden konnte, als sie zuletzt vollständig entladen wurde. Verwenden Sie diese Zahl (möglicherweise nach dem Peukertschen Gesetz geändert), um äußerst genaue Schätzungen der zukünftigen Laufzeit zu erhalten.

Warum machen das nicht alle Geräte?

• Handys: erste Batterie: reden wie verrückt. letzte Batterie: nur Notrufe.
• Laptops: letzte Batterie: Gas auf eine langsame Geschwindigkeit zurückdrehen, die zum Nachschlagen statischer Dokumente ausreicht
• Handheld-GPS: letzte Batterie: Versuchen Sie, die Energie zu reduzieren, indem Sie den Bildschirm seltener aktualisieren, die Hintergrundbeleuchtung dimmen usw.

Warum verwenden dies nicht alle Geräte? Dies erhöht die Kosten und die Komplexität. Gibt es einen anderen Grund, etwas nicht zu tun?

Im Ernst, ich würde sagen, dass es dafür viele Optionen und Implementierungen gibt. Zwei gleiche Batterien zu haben, macht nicht viel Sinn, so oft wird die zweite für Not- oder Notstrom verwendet. Zum Beispiel verfügt Ihr PC über einen RAM-Akku auf dem Motherboard, wenn Sie Strom verlieren. Ein Laptop gibt häufig eine Warnung "Batterie schwach" aus. Zu diesem Zeitpunkt können Sie die Leistung reduzieren, wie Sie können.

Ich denke, dass Ihre Aussage, dass "Batterien am besten funktionieren, wenn sie verwendet werden, bis sie vollständig entladen und dann wieder aufgeladen sind." ist ein wenig breit. Dies gilt eher für die Chemie auf Nickelbasis (NiCd und in geringerem Maße auf NiMH). Lithium-Ionen-Zellen leiden nicht unter diesem Speicherproblem. In der Tat verbessert sich ihre Lebensdauer, wenn Sie tiefe Entladungen vermeiden. Siehe diese Seite von BatteryUniversity.com als Referenz.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um Ihre eigenen Geräte intelligenter zu verwalten.

Am einfachsten ist eine ODER-Diode am Netzteil. Wenn Sie nur ein Hot-Swap-fähiges Netzteil benötigen und etwas Spielraum für Ihre Eingänge haben, können Sie die Pufferbatterie an die Anode einer Diode anschließen und die Kathode an Ihre Hauptbatterie anschließen. Wenn die Spannung der Hauptbatterie auf 0,7 V unter Ihrer Sicherung abfällt (oder entfernt wird), wird die andere Batterie eingeschaltet. Achten Sie auf Leckstrom in die Sicherungsbatterie, da diese möglicherweise überladen wird.

Alternativ können Sie einen Power-Mux-IC wie den TPS110 verwenden . Auf diese Weise können Sie Ihren Eingang unabhängig (oder abhängig von Ihren Eingangsspannungen) auswählen, anstatt immer die höhere Versorgung zu verwenden.

Schließlich integriert die lineare Technologie sogenannte "PowerPath" -Controller in ihre Batterielade-ICs. Ich habe ihren LTC4011 verwendet, der nahtlos zwischen Batterie und externer Stromversorgung wechselt und die Batterie auflädt, während die externe Stromversorgung leer ist.

Nickel-Cadmium-Zellen waren die berüchtigten Batterien, die einen "Memory" -Effekt aufbauen konnten, wenn sie nicht regelmäßig gewechselt wurden.

Neuere wiederaufladbare Lithium-Ionen-Zellen gelten als immun gegen den Memory-Effekt. In der Tat ist es am besten, sie nicht vollständig zu entladen (in einem vollständig entladenen Zustand gespeichert, kann die Lebensdauer verkürzen), daher geht die meiste Elektronik in einen "Todes" -Zustand über, während sie noch Energie überwachen kann, sich jedoch weigert, in einen Hochleistungszustand überzugehen.

Viele Geräte, einschließlich Laptops, können den Batteriezustand über den Farbzähler ihres Ladegeräts und die Spannung der Zelle (n) sehr genau überwachen. Dies ermöglicht alle oben genannten Verhaltensweisen, ohne dass doppelte Ladekreise und Batterien erforderlich und kostenpflichtig sind.

Das vollständige Entladen des Akkus ist für alle Akkus schlecht (naja, vielleicht nicht für Lithium-Wasserstoff-Akkus, aber wenn Sie diese in Ihrem Laptop haben, wissen Sie sowieso, was Sie tun).

Die Praxis basiert auf NiCad-Batterien, da unglückliche Designentscheidungen zusammenfließen. Die allgemein bekannte Annahme, dass NiCads ihre Kapazität verlieren, wenn sie nicht vollständig gefahren werden, ist falsch .
Grundsätzlich führt der flache Zyklus von NiCad-Batterien zu einer Verringerung der Entladekurve, was dazu führt, dass viele elektronische Geräte, die NiCads verwenden , die Batterie fälschlicherweise als leer melden. Es ist zu beachten, dass die Kapazität der Zelle nicht wesentlich verringert wird, die Zellenspannung lediglich um einen kleinen Betrag herabgesetzt wird. Die Tatsache, dass der Hauptteil der NiCad-Entladungskurve sehr flach ist, führt zu einer kleinen Änderung der gesamten Zellenspannung, was zu einer großen Änderung der Anzeige des Ladezustands der Batterie führt.

Beachten Sie, dass der Memory-Effekt nur bei NiCads auftritt und in keiner anderen Zellchemie vorhanden war. Die Verschmelzung der Batterietypen und die naive Annahme, dass alle Batterien gleich sind, haben zu der Annahme geführt, dass alle Batterien regelmäßig gewechselt werden müssen.

Es ist wahrscheinlich genauer, sich Batterien so vorzustellen, dass sie eine bestimmte Energiemenge speichern und abgeben können, als einer bestimmten Anzahl von Zyklen standhalten zu können. Ob diese Energie in 500 Halbzyklen oder 1000 Viertelzyklen freigesetzt wird, ist weitgehend nicht relevant (Eine erhöhte Entladungstiefe verringert tatsächlich die Gesamtenergiekapazität von Batterien, wenn auch nicht signifikant, es sei denn, die Batterien sind vollständig entladen ).

Die Hersteller, die angeben, dass Sie die Batterie Ihres Geräts vollständig entladen und aufladen sollten, geben dies nur an, damit sich die interne Elektronik zur Messung der Batterieladung ordnungsgemäß kalibrieren kann. Grundsätzlich driftet die Messung des Ladezustands im Laufe der Zeit aufgrund geringfügiger Abweichungen in der Effizienz des Ladens und Entladens des Akkus (im Grunde handelt es sich um einen Integrator). Mit einem einzigen Vollzyklus kann die Elektronik die Batteriekapazität genau messen, ohne den Batteriezustand erraten zu müssen. Die Tatsache, dass die Batteriemesselektronik den Batteriezustand ungenau meldet , wenn sie nicht vollständig durchlaufen wird, hat zur Beharrlichkeit des Mythos des Memory-Effekts geführt. Die Batterie hat sich nicht wirklich gewechselt, die Elektronik meldet lediglich einen falschen Ladezustand.

Soweit ich weiß, ist die Zeit die Hauptursache für die schrittweise Verkürzung der Batterielebensdauer in der Elektronik. Lithiumbatterien haben tatsächlich eine Haltbarkeit von einigen Jahren, unabhängig davon , ob sie verwendet werden oder nicht . Die richtige Lagerung Praktiken können diese Haltbarkeit verlängern, aber sie wird Zeit zerfallen über, egal , was Sie verwenden , setzen sie durch.

Deep-Cycling-Lithien sind eigentlich ziemlich schlecht für sie. Tun Sie es nicht, es sei denn, Sie müssen (versuchen Sie, über 20% SOC zu bleiben).

Hinweis: Ich überspringe einige Dinge, wie die Probleme mit dem Whiskerwachstum in Nicads. Weitere Informationen finden Sie unter dem folgenden Link zu NiCad.

Siehe:
http://en.wikipedia.org/wiki/Memory_effect
http://en.wikipedia.org/wiki/Nicad