Estoy trabajando un poco con una electrónica portátil, con batería de batería y alguien en el equipo de diseño mencionó que la corriente pulsada agotará más rápidamente la batería que la corriente constante, incluso si ambos consumen la misma energía total. ¿Es esto cierto? ¿Cuál es el razonamiento detrás de esto si es verdad?
P = I ^ 2R.
Entonces, la pérdida de potencia en la resistencia aumenta con el cuadrado de la corriente. Multiplica esto por tiempo y obtendrás energía (julios) perdida en la resistencia. Ejemplo: Vbatt = 10 V y Rbatt = 1 ohm. Se requieren 100 julios.
Carga pulsada de 4 ohmios:
método continuo Rload = 40 ohm:
¡La diferencia es el término i ^ 2!
Lo más importante es la disipación de potencia interna de 0,06 W frente a 4 W. El 4 W generará significativamente más calor que el 0.06 W debido a la resistencia térmica de la celda al ambiente. Este calor elevará la temperatura de las baterías, y esta temperatura elevada también reducirá la capacidad de las baterías.
Este es el efecto secundario del uso de energía pulsada, ya que la batería no solo disipa más energía debido al término I ^ 2, sino que "pierde" la capacidad disponible debido a la temperatura elevada.
Cuando descarga la batería, la corriente de pulso significa que durante estos picos, la corriente debe ser mayor, proporcionalmente a su ciclo de trabajo.
Una corriente más alta significa mayores pérdidas en la propia batería debido a la resistencia interna. Esto es mucho más pronunciado en las baterías principales habituales, y menos en Lithium & NiMh debido a su menor resistencia interna.
I.e. Si la resistencia interna es de 0,5 ohmios y su corriente máxima es 1A, está perdiendo 0,5 voltios dentro de la batería. Pero con la descarga continua a 0.2A, está perdiendo solo 0.1V.
Las pérdidas de energía y los efectos negativos en la batería generalmente serán mayores para la descarga de pulsos que para la descarga continua de CC. El grado depende de la química de la batería, la construcción, la historia pasada y más, pero es casi seguro que la pulsación general sea peor.
Si se toma la misma energía ya sea por descarga estable o por pulsos, los pulsos deben estar a una corriente más alta. Incluso si la salida de energía es lo que ve la batería y no lo que ve la carga, las tasas de descarga más altas disminuirán las horas de amperaje disponibles para obtener la misma energía entregada. Si la salida de energía se refiere a lo que ve la carga o el usuario, entonces la situación es aún peor, ya que la batería tendrá mayores pérdidas internas a mayor corriente, por lo que perderá más internamente para entregar la misma energía externamente.
Tomemos como ejemplo una batería de 2000 mAh = 2Ah descargada a 1A en continuo o a 2A con un ciclo de servicio de encendido / apagado del 50%.
(1) Es casi seguro que la impedancia interna de la celda sea más alta a una corriente más alta, pero incluso si es la misma.
Pérdida de vataje DC = I ^ 2 R = 1 ^ 2 x R = 1R
Pérdida de vataje pulsada = I ^ 2R x 50% = 2 ^ 2.R x 1/2 = 2R.
es decir, duplicar la corriente duplicará las pérdidas si Rinternal no aumenta.
(2) Peor: si esto alimenta una fuente de alimentación de conmutación, el requisito NO es una corriente media constante sino una tasa de energía constante entregada al convertidor. La corriente más alta disminuirá la tensión del terminal, por lo que al 50% del ciclo de trabajo, la corriente no se duplicará sino que será 2 x V_1A / V_2A
donde V_1A es el voltaje del terminal cuando 1A es drwan, etc.
(3) Las celdas duran más tiempo cuando se descargan a tasas más bajas en relación con su clasificación de amplitud horaria. por ejemplo, una celda de 2Ah descargada a 2A proporcionará menos ciclos de descarga completos que la misma celda descargada a 1A. En ambos casos, la celda está completamente descargada, pero el efecto en el sistema se ve agravado por tasas más altas. Las razones varían con la química. Las células LiIon se bombean mecánicamente hasta la muerte mecánicamente a medida que se agrega y elimina Li metai (de ahí el éxito de liFePo4 que mantiene una estructura de células sólidas de Olivine cuando está "vacía"). NimH experimenta reacciones secundarias que se ven afectadas por la temperatura y los potenciales internos. tienden a destruir sus placas mecánicamente, siendo la corriente un factor en la tasa.
Entonces, en general, se combinan múltiples factores para reducir la capacidad efectiva de la batería y la vida útil bajo la descarga de impulsos.
Hay otro beneficio INCREÍBLE de la descarga de pulsos.
En realidad, puede mejorar la ESR de las baterías viejas si no se daña con un cortocircuito o calor.
Lo que fue inventado por un viejo vecino mío y fabricado por la empresa de mi empleador EMS "fue Nortel y luego C-MAC ... vendido a Solectron" en Winnipeg. El producto era un pequeño circuito de pulsos en paralelo con las baterías LEAD ACID o ni-cad y se denominaba "Solartech". La compañía ya hace tiempo que vendió sus derechos de patente y el propietario ganó millones. Hicimos muchos y yo probé uno en un tractor de gran potencia motriz en Air Canada para transportar aviones. No solo mejoró la ESR, sino que también mejoró la gravedad específica después de la carga completa. Demostrando que la salud de la batería ha mejorado. La teoría fue que los pulsos de 25 khz aproximadamente 10 nS (Tr) de pequeña corriente resuenan en los cristales de sulfato que recubren los electrodos y causan la reducción de la vida útil de la batería. Así que en cierto sentido rejuveneció los electrodos. Ahora hay muchos modos de falla en las baterías, como las partículas metálicas en el ácido que causan fugas y se calientan o hierven el electrolito. Pero para muchas baterías recargables. Funcionó. Pudo venderlos en grandes cantidades a empresas de camiones y empresas de tractores. Para los autos, la gente tendía a abusar de las baterías y era más barato reemplazar la batería que agregar $ 50 o $ 75 rejuvenecedor. Pero también se encontraron otras tecnologías de baterías químicas eficaces. Eso es todo lo que puedo decir.
Barsmonster sugiere que su pérdida interna es mayor cuando se pulsa. Eso no es del todo correcto. Digamos que la resistencia interna es 1/10 de la resistencia de carga. Entonces, la potencia disipada en ella será 1/10 de la potencia de carga. Con el tiempo, esto causará 1/10 de la pérdida de energía, sin importar cuál sea el patrón de carga . Por lo tanto, si la batería se agota, 1/10 de su capacidad se perderá en la resistencia interna.
Esto lleva a asumir que la capacidad de la batería es la misma para cualquier uso si la resistencia interna es una constante . Si la resistencia interna aumentara con el aumento de la corriente, la pulsación causaría una pérdida interna más alta que cargarla con una corriente constante, y habría más energía disponible si la carga es constante.
En lugar de agregar a una línea de comentarios de lo-o-o-ong a las publicaciones de barsmonter y Federico. Añadiré una publicación:
Barsmonster es correcto. Es posible que esta no sea la única razón por la que las baterías de impulsos duren más tiempo, pero el razonamiento y la matemática de Barsmonter pueden releerse a quienes aún no están convencidos.
La clave para esto es entender que cuando se pulsa la corriente, la resistencia de carga externa que ve la batería es mucho menor, lo que hace que su propia resistencia interna sea un porcentaje mayor de la carga total. Veamos dos ejemplos de la misma energía que se extrae de una batería.
Tome una batería de 10 V con una resistencia interna de 100 mOhm, proporcionando 1 Joule a dos cargas diferentes. Para la primera carga el sorteo es continuo durante 100 segundos. Para la segunda carga, el sorteo es un pulso fuerte una vez cada 100 segundos.
Caso A (carga continua): carga = 10K Ohms. I = 10V / 10KOhms = 1mA. Potencia a la carga = (I ^ 2) (R) = (0.001) (0.001) (10K) = 10mW. 1J / 10mW = 100 segundos para obtener 1J en la carga. Durante este tiempo, la batería se disipa internamente (0.001A) (0.001A) (0.1Ohm) (100s) = 0.01mJ. Eficiencia = 1J / (1.00001) J = 99.999%
Caso B (carga pulsada): carga = 1 Ohm. I = 10V / 1Ohm = 10A. Alimentación a la carga = (I ^ 2) (R) = (10A) (10A) (1 Ohm) = 100W. 1J / 100W = 0.01 segundos para obtener 1J en la carga. Durante este tiempo, la batería se disipa internamente (10A) (10A) (0.1Ohm) (0.01s) = 0.1J = 100mJ. Eficiencia = 1J / 1.1J = 90.91%.
También hay algo que se llama efecto Peukert. No es tan prominente en las celdas de litio de hoy en día, pero era bastante conocido con las baterías de plomo ácido, especialmente las baterías VRLA o gel de plomo ácido.
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