为什么消费电子产品中的电池使用不均衡?

电器工程 电池 电池供电
2022-01-06 10:27:27

在更换儿童玩具、遥控器等的电池时,我对电池进行了测试,发现它们的耗电量不同。一个会死,另一个还在绿色中。

为什么会这样?此外,在这种极端情况下,为什么不只使用一个电池呢?

它们通常是 AA,可以是产品或可充电电池。

另外,为什么设备会停止使用好电池而不开始使用?

4个回答

电池之间的容量总会有一些差异。与许多其他应用相比,在玩具使用中,电流通常处于较高水平,因此电池的内阻非常重要。

在该服务中,负载下的电压随着寿命的临近而迅速下降,因此在容量差异很小的情况下,电池可能具有完全不同的电压。

然而,那些看起来很好的细胞也可能非常接近它们的生命终点,除非这些细胞没有同时被同样新鲜的细胞替换。包装和使用之间的数量不匹配(例如以 4 片包装并以 3 片使用的电池)可能导致容量不匹配。

在此处输入图像描述

在上面的松下 AA 电池图表中,您可以看到电压在几个小时内从 1V 下降到 0.8V。收音机持续 130 小时左右,下降幅度要温和得多。一旦电压降至 800mV 寿命终止以下,它会迅速下降到低得多的电压,甚至可能由于玩具中其他电池提供的大反向电流而反向(在负载下,甚至在负载移除后)-类型服务。

电池测试仪通常通过向电池施加负载并测量电压来工作。施加的负载必然是不同应用程序要求之间的折衷。

如果您的电池测试仪消耗的电流相对较小,它可能仍然认为几乎耗尽的电池很好(它们很好,在收音机中!)但它不会误认为已经被反向充电至死的电池。这就是为什么一些电池测试仪可以选择测试电流的原因——在更高的电流下,明显的“绿色”电池可能会很好地进入琥珀色范围。

在典型的玩具中,电池简单地串联连接,并且玩具需要在相对高的电流下具有一定的总电压才能运行。电池串联链的强度取决于其最薄弱的环节,因此如果一个电池电量耗尽,电机等将无法获得足够的电压来运行。

玩具通常配备最便宜的电池,可能容量较低,但公差也最大。这种容忍度和“最弱的单元格第一次失败”是一般规则。

要理解这一点,请将每个电池建模为充电电容器,例如 1000 法拉 +/- 20 %。然后将它们以相同的初始电压串联并加载它们,例如 100 欧姆,并使用最坏情况容差模拟或计算充电结束,例如三个电池 +20、0 和 -20%。

然后你就会明白了。另一方面,锂聚合物和汽车电池从 0.1% 开始老化,然后在超过 -90% 的初始充电容差下单电池死亡之前老化至 10%。

ESR 上升,C 值在充电结束时迅速下降。

分析一下,你就明白了。

为了简单理解,我凭空提取了 C 值,但这取决于 mAh 小时额定值。I c = C * dV/dt 其中 dV 通常为 1.6 至 1 V = 0.6 V,具体取决于化学性质,但 mAh 额定值为I* dt = C * dV,因此在一段时间内额定时为50 mAh = 50 mA * 3.6 ks就像 1 C = 20 h,但每个和所有电池也有一些 ESR 值,其中适用的容差很大,ESR 通常会随着 mAh 额定值的上升而下降,这会随着低 SoC 和长时间使用而变化。

经验法则是 ESR 有时与 Ah 相关,但不是一种方式。

最后,您的问题的答案是具有最低 C [F] 值 DECAYS FASTEST 的电池。串联时,如果持续,它也会变成反向充电。 下一个问题请...

好的,这里是 AA 电池容量的比较。

http://www.batteryshowdown.com/static/images/mah_large_200mA.png

注意上面的“DURACELL 标准”是 2000 mAh 或 2Ah 或 7200A-秒

  • EE常识:

    • \$f_{-3dB}=\dfrac{0.35}{t_R}\$ 上升时间 90% 到 10% 或 10 到 90%
    • RC=T 或 L/R=T 定义为渐近时间,
      • 对于 T = RC 衰减从 1 到 1/e * 100% ~37% 或 0 到 ~63%
  • 但是电池营销信息有时使用Ah容量使用100%SoC到0%,因此测量时间标准存在一些差异。

然而,在这两种情况下,存储的能量都是 E=½CV²,但在电池的情况下,我建议 E=½C(Vi²-Vf²) 作为 Vbat 从初始,Vi 在 100% Soc 到最终 Vf,而不是 10% SoC,以避免深度放电快速老化。

每个电压都非常依赖于电池温度;但我记得;

如果您施加轻微的负载以消除短期记忆,则测量 Vbat (100%)

  • Lipo ΔV=0.7 从 3.6 到 3.0 V
  • 铅酸 = 12.5 至 11.5 V
  • 碱性 = 1.5V 至 1V

在此处输入图像描述

除了有关电池制造公差的说明外,我还看到(至少一个)设备可以将电池电气连接分离到电路的不同部分。

在我的例子中,这是一个带有 3 节 AAA 电池的廉价闹钟,其中 2 个串联运行电子设备,然后第三个与前两个串联运行 LED/警报。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

我认为这并不常见,但这是另一种可能的解释。

回复:为什么消费电子产品中的电池使用不均匀?

  1. 细胞质量差和/或细胞来自不同批次。这可能导致不同的放电/充电时间。设备(玩具)通常需要一定的最低 V & A 才能正常运行。一旦较弱的电池未能提供其运行设备所需的 V&A 份额,那么该设备将开始表现不佳或一起停止。根据您的充电器和测试仪的智能,随着电池老化,这种差异可能会被放大到当您测量电池时,您会发现一个电池在测试仪上看起来“绿色”,而另一个电池看起来已经死了或接近死了.

  2. 用户经常在他们的充电器和他们的设备中混合和匹配电池 - 通常将旧的可充电电池与较新的电池混合 - 有时甚至将可充电电池与原(一次性)电池混合。随着可充电电池的老化,它们往往会失去充电容量并且它们往往具有不同的放电/充电曲线(与新电池相比)。根据所使用的充电器,这可能意味着用户在她/他的设备中使用多个具有不同电荷的电池——这当然会导致设备仅在最弱的电池能够提供足够的电力(通常是比更新的、更高容量的电池为设备提供能量的时间要短得多)。

回复:……为什么不只有一个电池?”

电池是电池的集合。当然可以为您的特定应用制造更大的电池;然而,与当前的电池设计相比,该电池在为其他应用制造电池方面可能不太有用。

回复:“为什么设备停止并且不开始使用好电池?”

有时(取决于电池的连接性)来自一个好电池的能量可以让一个设备像另一个较弱的电池一样运行。其他时候这是不可能的,因为电池的功率 (VA) 输出容量已降至操作设备所需的最小阈值以下。