Как мне спроектировать устройство для автоматического переключения на резервный аккумулятор?

Мне сказали, что многие виды батарей работают лучше, если их использовать до тех пор, пока они полностью не разрядятся, а затем не зарядятся.

(Edit: «эффект памяти миф» достаточно широко распространена Батарейки работают так же хорошо , если они «доливать» каждый раз.. )

Прямо сейчас я проектирую устройства стандартным способом: стараюсь использовать заряд батареи как можно дольше, а затем, когда энергии не осталось, она вообще не работает.

Если бы был какой-то простой способ реализовать следующее, я мог бы использовать его с этого момента:

• Две независимые батареи (или больше)
• После того, как вы начнете использовать одну батарею, продолжайте использовать ее, пока она полностью не разрядится и не достигнет рекомендуемого производителем минимального напряжения .
• Когда использованная батарея полностью разрядится, переключитесь на использование следующей батареи. Предположительно вы используете какую-то технику, похожую на "Переключение между источниками питания 5 В?" вопрос.
• После того, как вы переключитесь на последнюю батарею, перейдите в какой-то режим с низким энергопотреблением, чтобы он все еще мог делать важные вещи в «режиме разряженной батареи», но пользователю предлагается подключить его к зарядному устройству как можно скорее.
• После подключения к зарядному устройству вернитесь в стандартный режим - но если отсоединить от зарядного устройства до того, как батареи полностью зарядятся, вернитесь в режим ожидания.
• (дополнительно) При подключении к зарядному устройству заряжайте только разряженную батарею (или батареи) и держите их полностью заряженными; оставьте один "в использовании" батарею в покое.
• (опционально) точно отслеживайте, сколько всего энергии можно извлечь из каждой конкретной батареи в самый последний раз, когда она была полностью разряжена. Используйте это число (возможно, измененное с использованием закона Пейкерта), чтобы дать чрезвычайно точные оценки будущего времени выполнения.

Почему не все устройства делают это?

• сотовые телефоны: первая батарея: говорите как сумасшедшие. последний аккумулятор: только экстренные вызовы.
• ноутбуки: последний аккумулятор: дроссель обратно на медленную скорость, достаточную для поиска статических документов
• ручной GPS: последняя батарея: попытайтесь уменьшить потребление энергии, обновляя экран реже, уменьшая яркость подсветки и т. д.

Почему не все устройства используют это? Это добавляет стоимость и сложность. Есть ли какая-то другая причина, по которой они ничего не делают?

Серьезно, я бы сказал, что есть много вариантов и реализаций для этого. Наличие двух одинаковых батарей не имеет особого смысла, поэтому часто вторая используется для аварийного или бездомного питания. Например, ваш компьютер имеет аккумулятор, сохраняющий ОЗУ на материнской плате, когда вы теряете питание. Ноутбук часто выдает предупреждение «Низкий заряд батареи», когда вы можете уменьшить энергопотребление, насколько это возможно.

Я думаю, что ваше утверждение о том, что «батареи работают лучше всего, если они используются до тех пор, пока они полностью не разрядятся, а затем не зарядятся». немного широк. Это больше относится к химии на основе никеля (NiCd и, в меньшей степени, NiMH). Литий-ионные элементы не страдают от этой проблемы с памятью. Фактически, их срок службы улучшается, если вы избегаете глубоких разрядов. Смотрите эту страницу из BatteryUniversity.com для справки.

Существует несколько вариантов более интеллектуального управления питанием на ваших собственных устройствах.

Самым простым является диод ORing на блоке питания. Если вам нужен только источник питания с возможностью горячей замены и у вас есть немного свободы для ваших входов, вы можете подключить резервную батарею к аноду диода и подключить катод к вашей основной батарее. Когда напряжение основной батареи падает на 0,7 В меньше, чем ваша резервная батарея (или удаляется), другая батарея срабатывает. Будьте осторожны с утечкой тока в резервную батарею, она может перезарядить ее.

В качестве альтернативы вы можете использовать микросхему Power mux, например TPS110 . Это позволяет вам выбирать ваш вход независимо (или зависимо, если вы предпочитаете) от входных напряжений, вместо того, чтобы всегда использовать более высокое питание.

Наконец, Linear Technology включает в свои микросхемы зарядки аккумулятора так называемые контроллеры PowerPath. Я использовал их LTC4011, который плавно переходит от батареи к внешнему источнику питания и заряжает батарею, когда он отключается от внешнего источника питания.

Никель-кадмиевые элементы были печально известными батареями, которые могли создавать эффект «памяти», если не периодически повторяться.

Более новые литий-ионные аккумуляторы считаются невосприимчивыми к эффекту памяти. На самом деле, лучше всего не полностью разряжать их (хранение в полностью разряженном состоянии может сократить срок службы), поэтому большинство электронных устройств переходят в состояние «смерти», в то время как они все еще могут контролировать энергию, но отказываются входить в состояние высокой мощности.

Многие устройства, в том числе ноутбуки, могут очень точно контролировать состояние батареи через счетчик колонок зарядного устройства и напряжение элемента (ов). Это допускает все вышеперечисленное поведение без необходимости и стоимости дублирующих зарядных цепей и батарей.

Полностью разряженная батарея вредна для всех батарей (ну, может быть, не для литий-водородных батарей, но если они есть в вашем ноутбуке, вы все равно знаете, что делаете).

Практика берет свое начало с NiCad батарей, из-за стечения неудачных дизайнерских решений. Общепринятое мнение о том, что NiCads теряют емкость, если не полностью зациклен, неверно .
По сути, мелкие циклы NiCad аккумуляторов приводят к снижению кривой разряда, в результате чего многие электронные устройства, использующие NiCad, неверно сообщают, что аккумулятор разряжен. Обратите внимание, что емкость элемента существенно не снижается, напряжение элемента просто снижается на небольшую величину. Тот факт, что основная часть кривой разряда NiCad является очень плоской, приводит к небольшому изменению общего напряжения элемента, вызывающему значительное изменение показаний «состояния заряда» батареи.

Обратите внимание, что эффект памяти происходит только с NiCads, и никогда даже не присутствовал ни в какой другой клеточной химии. Сочетание типов батарей и наивное предположение, что все батареи одинаковы, - вот что привело к убеждению, что все батареи нуждаются в периодической цикличности.

Вероятно, более правильно думать о том, что батареи способны хранить и выделять определенное количество энергии, а не выдерживать определенное количество циклов. Является ли эта энергия высвобождением за 500 полупериодов или 1000 квартальных циклов, в значительной степени не имеет значения (увеличенная глубина разряда фактически снизит общую энергетическую емкость батарей, хотя и незначительно, если батареи полностью не разряжены ).

Производитель заявляет, что вы должны полностью разрядить и перезарядить батарею вашего устройства, заявляя это исключительно для того, чтобы внутренняя электроника, измеряющая заряд батареи, могла правильно калибровать себя. По сути, со временем измерение состояния заряда будет дрейфовать из-за небольшого отклонения в эффективности зарядки и разрядки батареи (в основном это интегратор). Один полный цикл позволяет электронике точно измерить емкость батареи, не догадываясь о состоянии батареи. Тот факт, что электронное измерительное устройство батареи, если оно не будет полностью циклично, будет неточно сообщать о состоянии батареи, привело к сохранению мифа об эффекте памяти. Аккумулятор фактически не изменился, электроника просто сообщает о неправильном состоянии заряда.

Насколько я знаю, самой большой причиной постепенного сокращения срока службы батарей в электронике является время. Срок годности литиевых батарей составляет несколько лет, независимо от того, используются они или нет . Правильная практика хранения может продлить этот срок хранения, но они будут распадаться в течение долгого времени, независимо от того , что использовать вы их до конца.

Глубокие циклы лития на самом деле очень вредны для них. Не делайте этого, если вам не нужно (старайтесь оставаться выше 20% SOC).

Примечание: я пропускаю несколько вещей, например, проблемы с ростом усов в никадах. Смотрите ссылку ниже на NiCad для дальнейшего чтения.

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