如何设计设备以自动切换到备用电池?

电器工程 电池 电源
2022-01-28 03:10:44

有人告诉我,许多类型的电池如果使用到完全耗尽,然后再充电,效果最好。

(编辑:记忆效应神话”非常普遍。如果每次都“充值”,电池也能正常工作。

现在我设计设备的标准方式是:尽可能长时间地使用电池电量,然后当没有电量时它根本无法工作。

如果有一些简单的方法来实现以下内容,我可能会从现在开始使用它:

  • 两个独立电池(或更多)
  • 一旦您开始使用一节电池,请继续使用它,直到它完全耗尽并 达到制造商推荐的最低电压
  • 当“使用中”的电池完全没电时,切换到使用下一个电池。大概您使用了一些类似于“在 5V 电源之间切换”的技术?题。
  • 切换到最后一块电池后,进入某种低功耗模式,这样它仍然可以在“跛行模式”下做重要的事情,但会通知用户尽快将其插入充电器。
  • 插入充电器后,返回标准模式 - 但如果在电池充满电之前断开充电器,则返回跛行模式。
  • (可选)插入充电器时,仅对电量耗尽的电池(或电池)充电并保持电量充足;单独留下一个“正在使用”的电池。
  • (可选)准确跟踪每个特定电池在最近一次完全耗尽时可以提取多少总能量。使用该数字(可能使用 Peukert 定律修改)对未来的运行时间进行极其准确的估计。

为什么不是所有设备都这样做?

  • 手机:第一节电池:说疯话。最后电池:仅紧急呼叫。
  • 笔记本电脑:最后一块电池:油门恢复到足以查找静态文档的慢速
  • 手持 GPS:最后的电池:尝试通过减少屏幕更新频率、调暗背光等来降低能量。
3个回答

为什么不是所有设备都使用这个?它增加了成本和复杂性。他们还有什么其他理由不做某事吗?

说真的,我想说有很多选项和实现。拥有两个相同的电池没有多大意义,因此通常第二个用于紧急或跛行家庭电源。例如,您的 PC 在主板上有一个 RAM 固定电池,以供您断电时使用。笔记本电脑通常会发出“低电量”警告,此时欢迎您尽可能降低电量。

我认为您所说的“电池在完全耗尽后再充电时效果最佳”。有点宽泛。镍基(NiCd 和较小程度的 NiMH)化学物质更是如此。锂离子电池不会出现这种记忆问题。事实上,如果您避免深度放电,它们的寿命会延长。请参阅BatteryUniversity.com 的此页面以供参考。

有几个选项可以在您自己的设备中进行更智能的电源管理。

最简单的是电源上的 ORing 二极管。如果您想要的只是一个热插拔电源并且您有一点输入余地,您可以将备用电池连接到二极管的阳极,并将阴极连接到主电池。当主电池的电压下降到比您的备用电池低 0.7V 时(或被移除),另一个电池就会启动。注意备用电池的泄漏电流,它可能会过度充电。

或者,您可以使用像TPS110这样的电源多路复用器 IC 。这使您可以独立(或根据您的喜好)选择输入电压,而不是始终使用较高的电源。

最后,凌力尔特将他们所谓的“PowerPath”控制器整合到他们的电池充电 IC 中。我使用了他们的 LTC4011,它可以在电池和外部电源之间无缝转换,并在耗尽外部电源时为电池充电。

镍镉电池是臭名昭著的电池,如果不定期循环,它会产生“记忆”效应。

较新的锂离子可充电电池被认为不受记忆效应的影响。事实上,最好不要将它们完全放电(完全放电状态存储会缩短寿命),因此大多数电子设备进入“死亡”状态,而它们仍然可以监控能量但拒绝进入高功率状态。

许多设备,包括笔记本电脑,都可以通过充电器的电量计数器和电池电压非常准确地监控电池状态。这允许所有上述行为,而无需重复充电电路和电池。

将电池完全放电对所有电池都不利(好吧,也许不是锂氢电池,但如果您的笔记本电脑中有这些电池,那么无论如何您都知道自己在做什么)。

由于不幸的设计决策的融合,这种做法起源于镍镉电池。如果没有完全循环,NiCads 会失去容量的常识信念是错误的。
基本上,镍镉电池的浅循环导致放电曲线下降,导致许多使用镍镉电池的电子设备错误地将电池报告为空。请注意,电池的容量并未显着降低,电池电压仅略微降低。NiCad 放电曲线的主要部分非常平坦,这一事实导致整体电池电压发生微小变化,从而导致电池“充电状态”读数发生较大变化。

请注意,记忆效应仅发生在 NiCads 中,甚至从未出现在任何其他细胞化学物质中。电池类型的混为一谈,以及所有电池都相同的幼稚假设导致人们相信所有电池都需要定期循环。

将电池视为能够储存和释放一定量的能量,而不是能够承受一定数量的循环可能更准确。这种能量是在 500 个半循环还是 1000 个四分之一循环中释放在很大程度上无关紧要(放电深度的增加实际上会降低电池的总能量容量,尽管除非电池完全放电,否则不会显着降低

制造商声明您应该对设备电池进行完全放电和充电只是说明这一点,以便内部电池电量测量电子设备可以正确校准自己。基本上,随着时间的推移,由于电池充电和放电效率的微小差异(基本上,它是一个积分器),充电状态测量值会发生漂移。一个完整的循环可以让电子设备准确测量电池容量,而无需猜测电池状况。如果没有完全循环,电池测量电子设备将不准确地报告电池状态这一事实导致了记忆效应神话的顽固。电池实际上并没有改变,电子设备只是报告了错误的充电状态。

据我所知,电子产品逐渐减少电池寿命的最大原因是时间。锂电池实际上有几年的保质期,无论是否使用适当的存储做法可以延长保质期,但无论您将它们用于什么用途,它们都会随着时间的推移而衰减。

实际上,深度循环锂实际上对它们非常不利。除非必须,否则不要这样做(尽量保持在 20% SOC 以上)。

注意:我跳过了一些东西,比如 nicads 晶须生长的问题。如需进一步阅读,请参阅以下 NiCad 链接。

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