Come si progetta un dispositivo per passare automaticamente alla batteria di backup?

Mi è stato detto che molti tipi di batterie funzionano meglio se vengono utilizzate fino a quando non sono completamente scariche e quindi ricaricate.

(Modifica: il "mito dell'effetto memoria" è abbastanza diffuso. Le batterie funzionano altrettanto bene se vengono "ricaricate" ogni volta. )

In questo momento progetto i dispositivi nel modo standard: provo a utilizzare la batteria il più a lungo possibile, e quindi quando non c'è più energia non funziona affatto.

Se ci fosse un modo semplice per implementare quanto segue, potrei usarlo da ora in poi:

• Due batterie indipendenti (o più)
• Dopo aver iniziato a utilizzare una batteria, continuare a usarla fino a quando non è completamente scarica fino a raggiungere la tensione minima consigliata dal produttore .
• Quando la batteria "in uso" è completamente scarica, passare a utilizzare la batteria successiva. Presumibilmente usi una tecnica simile al "Passa da un alimentatore a 5 V all'altro ?" domanda.
• Una volta passata all'ultima batteria, entra in una sorta di modalità a basso consumo in modo che possa ancora fare le cose importanti in "modalità inerte", ma l'utente viene avvisato di collegarlo a un caricabatterie il prima possibile.
• Dopo aver collegato il caricabatterie, tornare alla modalità standard, ma se scollegato dal caricabatterie prima che le batterie siano completamente cariche, tornare alla modalità inerte.
• (opzionale) Quando collegato al caricabatterie, caricare solo la batteria scarica (o le batterie) e mantenerle rabboccate; lasciare da sola quella "in uso".
• (facoltativo) tenere traccia di quanta energia totale potrebbe essere estratta da ciascuna batteria particolare l'ultima volta che è stata completamente scarica. Usa quel numero (forse modificato usando la legge di Peukert) per fornire stime estremamente accurate del tempo di esecuzione futuro.

Perché non tutti i dispositivi lo fanno?

• telefoni cellulari: prima batteria: parla come un matto. ultima batteria: solo chiamate di emergenza.
• computer portatili: ultima batteria: accelerare a una velocità lenta adeguata per cercare documenti statici
• GPS portatile: ultima batteria: prova a ridurre l'energia aggiornando lo schermo meno spesso, attenuando la retroilluminazione, ecc.

Perché non tutti i dispositivi usano questo? Aggiunge costi e complessità. C'è qualche altra ragione per non fare qualcosa?

Seriamente, direi che ci sono molte opzioni e implementazioni per questo. Avere due batterie uguali non ha molto senso, quindi spesso la seconda viene utilizzata per l'alimentazione di emergenza o inerte. Ad esempio, il tuo PC ha una batteria di mantenimento della RAM sulla scheda madre per quando perdi energia. Un laptop emette spesso un avviso di "Batteria scarica", quando è possibile ridurre la potenza, per quanto possibile.

Penso che la tua affermazione che "le batterie funzionano meglio se vengono utilizzate fino a quando non sono completamente scariche e quindi ricaricate". è un po 'ampio. Questo è più vero per i chimici a base di nichel (NiCd e, in misura minore, NiMH). Le celle agli ioni di litio non presentano questo problema di memoria. In effetti, la loro durata migliora se si evitano scariche profonde. Vedere questa pagina da BatteryUniversity.com per riferimento.

Esistono un paio di opzioni per una gestione più intelligente dell'alimentazione nei propri dispositivi.

Il più semplice è un diodo ORing sull'alimentatore. Se tutto ciò che desideri è un alimentatore hot-swap e hai un po 'di margine di manovra per i tuoi ingressi, puoi collegare la batteria di backup all'anodo di un diodo e collegare il catodo alla batteria principale. Quando la tensione della batteria principale scende a 0,7 V in meno rispetto al backup (o viene rimossa), l'altra batteria si inserisce. Fare attenzione alla corrente di dispersione nella batteria di backup, potrebbe sovraccaricarla.

In alternativa, è possibile utilizzare un IC power mux come il TPS110 . Ciò consente di selezionare l'ingresso in modo indipendente (o dipendente, se si preferisce) dalle tensioni di ingresso, anziché utilizzare sempre l'alimentazione più elevata.

Infine, la tecnologia lineare incorpora i cosiddetti controller "PowerPath" nei circuiti integrati di ricarica della batteria. Ho usato il loro LTC4011 che passa senza soluzione di continuità tra batteria e alimentazione esterna e carica la batteria mentre si esaurisce l'alimentazione esterna.

Le celle al nichel-cadmio erano le famigerate batterie che potevano creare un effetto "memoria" se non periodicamente ciclate.

Le nuove celle ricaricabili agli ioni di litio sono considerate immuni dall'effetto memoria. In effetti, è meglio non scaricarli completamente (immagazzinati in uno stato completamente scaricato può ridurre la durata), quindi la maggior parte dei componenti elettronici entra in uno stato di "morte" mentre possono ancora monitorare l'energia ma rifiutano di entrare in uno stato ad alta potenza.

Molti dispositivi, inclusi i laptop, sono in grado di monitorare in modo accurato lo stato della batteria tramite il contatore colorato del caricabatterie e la tensione delle celle. Ciò consente tutto il comportamento sopra descritto senza la necessità e il costo di circuiti di carica e batterie duplicati.

Scaricare completamente la batteria fa male a tutte le batterie (beh, forse non alle batterie al litio-idrogeno, ma se ne hai di quelle nel tuo laptop, sai comunque cosa stai facendo).

La pratica ha origine con le batterie NiCad, a causa di una confluenza di decisioni sfortunate sul design. La convinzione di conoscenza comune secondo cui le NiCad perdono capacità se non completamente ciclicate è falsa .
Fondamentalmente, il ciclo superficiale delle batterie NiCad provoca una depressione della curva di scarica, causando molti dispositivi elettronici che utilizzano NiCad segnalando erroneamente che la batteria è scarica. Si noti che la capacità della cella non è significativamente ridotta, la tensione della cella viene semplicemente ridotta di una piccola quantità. Il fatto che la maggior parte della curva di scarica di NiCad sia molto piatta porta a un piccolo cambiamento nella tensione generale della cella causando un grande cambiamento nella lettura dello "Stato di carica" ​​della batteria.

Si noti che l'effetto memoria si verifica solo con NiCads e non è mai stato effettivamente presente in nessun'altra chimica cellulare. La combinazione di tipi di batterie e l'ingenua ipotesi che tutte le batterie siano uguali è ciò che ha portato alla convinzione che tutte le batterie necessitino di un ciclo periodico.

Probabilmente è più accurato pensare alle batterie come ad essere in grado di immagazzinare e rilasciare una certa quantità di energia, piuttosto che essere in grado di resistere a un certo numero di cicli. Se questa energia è rilascio in 500 semicicli o 1000 quarti di cicli è in gran parte non rilevante (Una maggiore profondità di scarico effettivamente ridurre la capacità totale di energia complessiva delle pile, anche se non significativamente meno che le batterie si scarica completamente ).

I produttori che affermano che è necessario scaricare e ricaricare completamente la batteria del dispositivo lo affermano esclusivamente in modo tale che l' elettronica di misurazione della carica della batteria interna possa calibrarsi correttamente. Fondamentalmente, nel tempo, la misurazione dello stato di carica andrà alla deriva a causa di una leggera variazione nell'efficienza di carica e scarica della batteria (fondamentalmente, è un integratore). Un singolo ciclo completo consente all'elettronica di misurare con precisione la capacità della batteria senza dover indovinare le condizioni della batteria. Il fatto che, se non completamente ciclato, l'elettronica di misurazione della batteria riporti in modo impreciso lo stato della batteria ha portato alla perseveranza del mito dell'effetto memoria. La batteria non è effettivamente cambiata, l'elettronica segnala semplicemente uno stato di carica errato.

Per quanto ne so, la causa principale della riduzione graduale della durata della batteria nell'elettronica è il tempo. Le batterie al litio hanno una durata di conservazione in pochi anni, indipendentemente dal fatto che vengano utilizzate o meno . Pratiche di conservazione appropriate possono prolungare questa durata, ma si potranno decadere nel corso del tempo, non importa quello che si utilizza metterli attraverso.

In realtà, il litio per ciclismo profondo è piuttosto dannoso per loro. Non farlo a meno che non sia necessario (cerca di rimanere al di sopra del 20% di SOC).

Nota: sto saltando alcune cose, come i problemi con la crescita delle basette in nicads. Vedi il link sotto su NiCad per ulteriori letture.

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