Tại sao pin trong thiết bị điện tử tiêu dùng được sử dụng không đồng đều?

Khi thay đổi pin của đồ chơi trẻ em, điều khiển từ xa, v.v., tôi kiểm tra pin và nhận thấy rằng chúng tiêu hao khác nhau. Một người sẽ chết và người kia vẫn còn trong xanh.

Lý do tại sao điều này xảy ra? Ngoài ra, ở thái cực này, tại sao không chỉ có một pin duy nhất?

Họ thường là AA và có thể là những người có sản phẩm hoặc sạc lại.

Ngoài ra, tại sao thiết bị dừng và không bắt đầu sử dụng pin tốt?

Sẽ luôn có một số thay đổi về dung lượng giữa các pin. Trong đồ chơi sử dụng, dòng điện thường được vẽ ở mức cao so với nhiều ứng dụng khác, vì vậy điện trở bên trong của pin là rất quan trọng.

Trong dịch vụ đó, điện áp dưới tải giảm khá nhanh khi gần hết tuổi thọ, do đó, với sự khác biệt nhỏ về công suất, các tế bào có thể có điện áp khá khác nhau.

Tuy nhiên, những cái có vẻ tốt cũng có khả năng rất gần với tuổi thọ của chúng, trừ khi các tế bào không được thay thế cùng một lúc với các tế bào tươi như nhau. Sự không phù hợp về số lượng giữa đóng gói và sử dụng (ví dụ, các ô được đóng gói trong 4 và được sử dụng trong 3) có thể góp phần vào sự không phù hợp về công suất.

Trong các biểu đồ trên cho một tế bào Panasonic của Panasonic, bạn có thể thấy rằng điện áp giảm trong khoảng thời gian vài giờ từ 1V đến 0,8V. Một đài phát thanh kéo dài trong 130 giờ hoặc lâu hơn và sự suy giảm nhẹ nhàng hơn nhiều. Khi điện áp giảm xuống dưới mức cuối 800mV, nó sẽ nhanh chóng giảm xuống mức điện áp thấp hơn nhiều và thậm chí có thể đảo ngược (dưới tải, hoặc thậm chí sau khi tải bị loại bỏ) do dòng điện ngược lớn được cung cấp bởi các tế bào khác trong đồ chơi- loại dịch vụ.

Kiểm tra pin thường hoạt động bằng cách áp dụng tải cho pin và đo điện áp. Tải được áp dụng nhất thiết phải là một sự thỏa hiệp giữa các yêu cầu của các ứng dụng khác nhau.

Nếu máy kiểm tra pin của bạn có dòng điện tương đối nhỏ, nó vẫn có thể nghĩ rằng các tế bào gần như đã cạn kiệt là tốt (và chúng vẫn ổn, trong một đài phát thanh!) Nhưng nó không thể nhầm lẫn các tế bào đã bị sạc ngược lại cho đến chết. Đây là một lý do tại sao một số người kiểm tra pin có sự lựa chọn dòng điện để kiểm tra - ở mức cao hơn, các tế bào 'xanh' rõ ràng có thể sẽ nằm trong phạm vi màu hổ phách.

Trong một đồ chơi thông thường, pin được kết nối đơn giản và đồ chơi đòi hỏi tổng điện áp nhất định ở mức tương đối cao để hoạt động. Chuỗi pin chỉ mạnh bằng liên kết yếu nhất của nó, vì vậy nếu một pin hết pin thì động cơ sẽ không đủ điện áp để hoạt động.

Đồ chơi thường được cung cấp với các tế bào pin rẻ nhất có thể có dung lượng thấp hơn, nhưng cũng có dung sai lớn nhất. Dung sai này và "tế bào yếu nhất thất bại 1" là quy tắc chung.

Để hiểu điều này, mô hình mỗi pin như một tụ điện tích điện, giả sử 1000 farads +/- 20%. Sau đó đặt chúng thành chuỗi có cùng điện áp ban đầu và tải chúng với tốc độ 100 ohms và mô phỏng hoặc tính toán kết thúc điện tích bằng cách sử dụng dung sai trong trường hợp xấu nhất, giả sử ba ô +20, 0 và -20%.

Rồi bạn sẽ hiểu. Mặt khác, pin lithium polymer và pin xe hơi bắt đầu ở mức 0,1% sau đó chuyển sang 10% trước khi chết tế bào đơn ở mức dung sai hơn 90% của lần sạc đầu tiên.

ESR tăng và C giảm giá trị vào cuối phí nhanh chóng.

Nếu bạn phân tích điều này, thì bạn sẽ hiểu.

Tôi đã kéo giá trị C ra khỏi không khí mỏng để hiểu đơn giản, nhưng nó phụ thuộc vào xếp hạng giờ của mAh. I _c = C * dV / dt trong đó dV thường là 1,6 đến 1 V = 0,6 V tùy theo hóa học, nhưng xếp hạng mAh là I * dt = C * dV, vì vậy 50 mAh = 50 mA * 3,6 ks khi được xếp hạng trong một khoảng thời gian như 1 C = 20 h, nhưng mọi pin đều có một số giá trị ESR, trong đó áp dụng dung sai rộng và ESR thường giảm với xếp hạng RISING mAh thay đổi theo cả SoC thấp và tuổi dài.

Nguyên tắc chung là ESR đôi khi có liên quan đến Ah, NHƯNG không phải là một cách.

Cuối cùng, TRẢ LỜI cho câu hỏi của bạn là pin có giá trị C [F] thấp nhất KHAI THÁC NHANH CHÓNG. Khi nối tiếp, nếu được duy trì, nó cũng sẽ bị tích điện ngược. câu hỏi tiếp theo

OK ở đây là một so sánh về dung lượng pin AA.

Lưu ý ở trên "tiêu chuẩn DURACELL" là 2000 mAh hoặc 2AH hoặc 7200A-giây

• Trí tuệ chung EE:

  • $f_{-3dB}=\dfrac{0.35}{t_R}$
  • RC = T hoặc L / R = T được định nghĩa là thời gian tiệm cận,
    • cho T = RC phân rã từ 1 đến 1 / e * 100% ~ 37% hoặc 0 đến ~ 63%

• nhưng thông tin tiếp thị pin đôi khi sử dụng dung lượng Ah sử dụng 100% SoC đến 0%, do đó, có một số khác biệt về tiêu chuẩn thời gian đo.

Tuy nhiên, trong cả hai trường hợp, năng lượng được lưu trữ là E = CV² nhưng trong trường hợp pin, tôi khuyên dùng E = C (Vi²-Vf²) là Vbat từ ban đầu, Vi ở 100% Soc đến Vf cuối cùng nhưng thay vì 10% SoC để tránh xả sâu lão hóa nhanh.

Mỗi điện áp rất phụ thuộc vào nhiệt độ tế bào; nhưng khi tôi nhớ lại;

nếu bạn đặt một tải nhẹ để loại bỏ bộ nhớ ngắn hạn, thước đo Vbat (100%)

• Lipo ΔV = 0,7 từ 3,6 đến 3,0 V
• Axit chì = 12,5 đến 11,5 V
• Kiềm = 1,5V đến 1V

Ngoài các lưu ý về dung sai sản xuất pin, tôi đã thấy (ít nhất một) thiết bị sẽ tách các kết nối điện của pin với các phần khác nhau của mạch.

Trong trường hợp của tôi, đó là một chiếc đồng hồ báo thức giá rẻ với 3 pin AAA, 2 chiếc nối tiếp để chạy các thiết bị điện tử, và sau đó một chiếc thứ ba nối tiếp với hai chiếc đầu tiên chạy đèn LED / Báo động.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tôi không nghĩ rằng điều này là phổ biến, nhưng đó là một lời giải thích có thể khác.

re: Tại sao pin trong thiết bị điện tử tiêu dùng được sử dụng không đồng đều?

1. Chất lượng tế bào kém & / hoặc các tế bào đến từ các lô khác nhau. Điều này có thể dẫn đến thời gian dis / phí khác nhau. Các thiết bị (đồ chơi) thường yêu cầu V & A tối thiểu nhất định để hoạt động đúng. Khi các tế bào yếu hơn không cung cấp phần V & A cần thiết để vận hành thiết bị thì thiết bị sẽ bắt đầu hoạt động hoặc dừng tất cả lại với nhau. Tùy thuộc vào thông minh của bộ sạc và máy kiểm tra của bạn, khi các tế bào già đi, sự khác biệt đó có thể được phóng to đến mức khi bạn đo các tế bào, bạn thấy một tế bào trông 'xanh' trên máy kiểm tra của bạn trong khi tế bào khác trông chết hoặc gần chết .

2. Người dùng thường trộn và kết hợp các tế bào trong bộ sạc & trong thiết bị của họ - thường trộn lẫn các tế bào sạc cũ với các tế bào mới hơn - và đôi khi thậm chí trộn các tế bào có thể sạc lại với các tế bào chính (dùng một lần). Khi các tế bào có thể sạc lại già đi, chúng có xu hướng mất dung lượng sạc & chúng có xu hướng có cấu hình dis / Charge khác nhau (so với các tế bào mới). Tùy thuộc vào bộ sạc được sử dụng, điều đó có nghĩa là người dùng sử dụng nhiều ô với các mức sạc khác nhau trong thiết bị của mình - điều này tất nhiên sẽ dẫn đến việc thiết bị chỉ hoạt động miễn là tế bào yếu nhất có thể cung cấp đủ năng lượng (thường là thời gian ngắn hơn nhiều so với các tế bào mới hơn, dung lượng cao hơn sẽ cung cấp năng lượng cho thiết bị).

lại: ... tại sao không chỉ có một pin? "

Một pin là một tập hợp các tế bào. Một tế bào lớn hơn tất nhiên có thể được sản xuất cho ứng dụng cụ thể của bạn; tuy nhiên, ô đó có thể sẽ ít hữu ích hơn trong việc chế tạo pin cho các ứng dụng khác khi so sánh với các thiết kế ô hiện tại.

re: "tại sao thiết bị dừng và không bắt đầu sử dụng pin tốt?"

Đôi khi (tùy thuộc vào kết nối tế bào) năng lượng từ một tế bào tốt có thể giữ cho thiết bị hoạt động như các tế bào / s yếu hơn khác. Những lần khác là không thể vì công suất đầu ra (VA) của pin đã giảm xuống dưới ngưỡng tối thiểu được yêu cầu để vận hành thiết bị.

Nó đã được đề xuất một pin không thể được mô hình hóa như một tụ điện bởi vì bạn không thể cộng hưởng với một cuộn cảm (hay còn gọi là lò phản ứng).

Điều này là sai và chỉ chứng minh rằng Q quá thấp để cộng hưởng và không bắt buộc phải là tụ điện (với điện áp tiếp giáp bù hóa học như một diode phải được phân cực chính xác)

Chúng ta biết đối với một mạch bể nối tiếp, tỷ lệ phản ứng với điện trở = Q phải> 1 để cộng hưởng và >> 1 trong một thời gian dài, trong đó Q = 0,7 được định nghĩa là giảm chấn nghiêm trọng.

Tôi có thể nói một cách an toàn, pin quá tụ điện cực thấp (kém).

bằng chứng

Sử dụng một mô hình C duy nhất cho pin (xấp xỉ bậc 1)

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

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

• nhưng KHÔNG BAO GIỜ ngắn mạch một LiPo không hợp nhất, vì sự gia tăng nhiệt sẽ khiến nó nổ tung.

Đối với Q >> 1 hoặc 0,16Tr / 500> 1 nên chu kỳ chu kỳ Tr >> 3125 giây hoặc >> 52 phút

Sau đó chọn choke tương tự hoặc tốt hơn Q >> 1 L / R >> 52 phút egeg >> 100H / 30mΩ

Đó là lý do tại sao không thể tạo ra bộ tạo dao động LC từ pin.

Một số máy biến áp như dưới đây có Q gần nhưng <1 với hằng số thời gian dài.

Để giải trí, tôi đã áp dụng một tế bào LiPo 18650 trên các cuộn dây sơ cấp của máy biến áp như ở trên trong một nhà máy và như mong đợi V = LdI / dt là một đoạn dốc chậm QUÁ cho đến khi bão hòa. Thật là một chiếc xe tăng!

Thực tế là Pin là SuperCaps khổng lồ với hàng chục nghìn Farad nhưng hằng số thời gian rất dài và do đó Q. thấp.

Nhưng để trả lời câu hỏi của bạn.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Để trả lời câu hỏi cuối cùng của bạn:

Nếu một thiết bị chạy trên 2 pin AA, chúng thường được kết nối nối tiếp, nghĩa là các điện áp cộng lại để trở thành điện áp hoạt động. Trong trường hợp này 2 * 1,5V = 3V. Thiết bị chỉ có thể hoạt động cho đến một ngưỡng nhất định, khác với thiết bị này. Giả sử thiết bị được thiết kế cho 3V và có thể hoạt động với điện áp lớn hơn 2V. Trong trường hợp này, một trong các pin vẫn có thể sạc gần đầy (ví dụ 1.4V), nhưng pin còn lại bị cạn hoàn toàn ở mức 0,2V. Điều này tương đương với điện áp loạt kết hợp chỉ 1.6V sẽ không cung cấp năng lượng cho thiết bị nữa.

Mỗi pin có một số khác nhau trong chu kỳ sạc hoặc xả. Ngay cả pin siêu cấp và đắt nhất cũng có một số khác nhau bất kể cùng một lô hoặc các lô khác nhau của cùng một mô hình và được sản xuất bởi cùng một công ty.

Bạn có thể tìm thấy hiện tượng này không chỉ ở pin đồ chơi rẻ hơn mà thường đi kèm với cặp đơn mà nhiều nguồn khác nhau. Kinh nghiệm cá nhân của tôi cho thấy việc sử dụng pin cấp công nghiệp trên mạng Viễn thông cũng khác nhau trong cùng một ngân hàng pin.

Như tôi đã đề cập trước đó, ngay cả với cùng một kiểu máy và cùng một kiểu sử dụng, mỗi pin hoạt động khác nhau ở cấp độ nguyên tử khi sạc hoặc chu kỳ xả. Ngoài ra còn có ảnh hưởng của môi trường xung quanh của pin (pin giữa có pin tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn) tạo ra sự không đồng đều và tuổi thọ không đồng đều.

Vì vậy, đây không phải là trường hợp ngẫu nhiên mà hầu hết thời gian họ thể hiện sự khác biệt thậm chí là hành động cùng nhau ...