Como conecto duas baterias idênticas para aumentar a vida útil do consumidor?


16

Se eu tenho um dispositivo que usa uma única bateria e, com essa única bateria, o dispositivo dura uma hora e eu quero que o dispositivo dure por duas horas, suponho que eu possa conectar duas baterias e funcione . Mas como? Quero dobrar a tensão (tão serial) ou dobrar a corrente? (tão paralelo.)

De qualquer forma, se o dispositivo usa duas baterias normalmente e eu quero dobrar o tempo de execução, faço uma combinação de duas séries paralelas de duas baterias seriais, certo? Mas se eu quero triplicar o tempo de execução, são 3p2s ou 2p3s?

Obrigado.

Respostas:


17

Ao conectar duas baterias em paralelo, você reduz efetivamente pela metade a sua taxa de descarga e dobra sua capacidade - efetivamente, duplicando a vida útil da bateria, como pretende fazer.

A conexão serial não aumenta a vida útil, mas aumenta a tensão operacional, necessária para alguns dispositivos. Se o seu dispositivo tiver duas baterias seriais, você precisará conectar outras duas baterias seriais em paralelo.

Se eles não forem recarregados na configuração em que você os está colocando, você poderá conectá-los em paralelo. Eles acabam consumindo uma pequena quantidade de energia carregando uma pequena quantidade um do outro, mas provavelmente você verá mais do que o dobro da duração da bateria.

Se você estiver consumindo muita energia de uma bateria, verá que a capacidade da bateria diminui e faz com que o consumo excessivo de corrente diminua a vida útil e diminua a capacidade para diminuir a vida útil. Existem algumas explicações excelentes sobre baterias online. O link que eu dei é mais focado em lítio, mas o conhecimento geral se aplica à maioria das baterias. Este link é especificamente sobre taxas de descarga e seus efeitos na vida útil da bateria.

Espero que isto ajude. Se você comentar algo que não esteja claro, vou editar e expandir.


Fico feliz em ouvir isso, eu realmente sugiro que você gaste algum tempo na universidade de bateria.
Kortuk 17/05/19

@ Kortuk: " Eles acabarão usando uma pequena quantidade de energia cobrando uma à outra pequenas quantidades ". O que, eles cobram um ao outro?
0xakhil

@oxakhil, sim, se você conectar apenas duas baterias, poderá haver diferenças nas baterias e isso causará pequenos movimentos de carga entre as baterias.
Kortuk

É absolutamente falso que "a conexão serial não aumenta a vida útil". Você obtém o dobro da energia, conectando duas células em série ou em paralelo. Você precisa lidar com uma faixa de tensão diferente da entrada do regulador de tensão. Você pode conectar baterias de íon-lítio em paralelo se tiver cuidado com o uso de células balanceadas (novas, do mesmo lote etc.), mas outras substâncias químicas não são tão amigáveis ​​quanto a isso. Nenhum produto que usa alcalinos AA os conecta em paralelo.
Matt B.

@ Matt B., você obtém a mesma quantidade de corrente em uma tensão mais alta. A quantidade de energia é aumentada, mas se você estiver usando um circuito resistivo, por exemplo, verá sua corrente dupla e sua vida útil será quase a mesma. Se você estiver usando um regulador de alta eficiência, digamos 100% para fins de discussão, conectar mais baterias significa mais vida útil. Nos dispositivos, você pode depender que a tensão operacional seja a tensão operacional. A maioria dos dispositivos que construímos são projetados para uma voltagem específica e variarão a resistência conforme a necessidade.
Kortuk

6

Se o dispositivo for um produto pronto para uso e você não tiver como saber o que está dentro, conectar células extras em paralelo é uma opção segura no circuito interno da caixa, pois manterá a faixa de tensão da bateria. mesmo. Para duração da bateria 2x, conecte 2 em paralelo, para duração da bateria 3x, 3 em paralelo. Não 3p2s ou 2p3s etc., pois a adição de um número de série aumentará a tensão da bateria, que o circuito do dispositivo pode não ser capaz de suportar.

No entanto, observe que conectar células em paralelo não representa um perigo para a própria bateria. Se as células não corresponderem adequadamente, como capacidade, tamanho, idade, estado de carga, temperatura e assim por diante, é possível obter uma grande corrente passando de uma célula para outra quando você as conectar pela primeira vez, até eles equalizam em voltagem. Essa corrente pode ser alta o suficiente para causar danos permanentes às células.

Além disso, há o problema de capacidades ligeiramente incompatíveis, onde no final de um ciclo de descarga uma das células fica vazia antes da outra, de modo que aquela com um pouco de energia restante fornece toda a corrente. O mesmo ocorre no final do carregamento, onde um fica cheio mais cedo e o outro está sendo cobrado com o dobro da taxa nominal. A menos que você se esforce para colocar um medidor de corrente em cada célula, é um problema invisível, mas durante muitos ciclos de carga / descarga ele pode causar sérios danos à célula sobrecarregada, potencialmente até incêndio ou explosão. Quando a Sanyo retirou algumas baterias de íon de lítio da Lenovo, foram os pacotes estendidos 3s3p que foram o problema, as mesmas células no 3s2p estavam ok. Quanto mais células em paralelo, pior o problema de desequilíbrio, e é por isso que você geralmente não vê> 3p em produtos comerciais. A bateria provavelmente não pegará fogo na primeira vez em que você a usar, mas estatisticamente em vários produtos enviados, pode haver uma taxa de falha mais alta. Para um projeto de hobby, você pode atenuar isso usando novas células (não recuperando de diferentes pacotes antigos de laptops) e adicionando um resistor entre as células paralelas como limitador de corrente, pelo menos até que elas se igualem.

Todos os itens acima se aplicam apenas ao íon de lítio. Se você estiver usando NiMH ou NiCd, provavelmente não deseja conectá-los em paralelo. O íon de lítio é fácil de carregar, basta conectá-lo a uma fonte de alimentação com corrente e tensão limitadas e desligar o carregador quando a corrente cair abaixo de algum limite ou você passar do tempo limite (ou uma bandeira de segurança como como temperatura). O NiCd / NiMH é muito mais bagunçado para carregar (rapidamente), você precisa de um circuito que possa observar o perfil de tensão, temperatura etc. (a menos que você esteja carregando lentamente). O problema do desequilíbrio seria mais difícil. Provavelmente já foi feito, mas quando os laptops rodavam com NiCd, os pacotes tinham uma voltagem mais alta porque as células eram todas em série. Os alcalinos descartáveis ​​estão sempre em série, porque você pode esperar que o usuário escolha qualquer célula antiga da gaveta sem levar em consideração o estado de carga. Eles já podem vazar se forem descarregados em excesso, conectá-los em paralelo só pioraria o problema. Imagine alguém misturando NiMH e AA alcalino de várias capacidades e plenitude aleatoriamente, tanto em série quanto em paralelo - o produto estará em breve arruinado. Para um projeto de hobby, ninguém vai se importar se você arruinar alguns Energizers, mas para qualquer coisa que você entregar a outra pessoa, você deve ter mais cuidado.

Existem outras maneiras de melhorar a vida útil da bateria, além de conectar células extras em paralelo. Provavelmente, a maneira mais fácil é simplesmente usar células maiores. Para alcalino ou NiMH / NiCd, alternar de AAA para AA mais que dobrará a vida útil da bateria e, para aumentar ainda mais a capacidade, você pode usar células C ou D. Para polímeros de lítio, há muitos tamanhos para escolher, incluindo personalizados, se você precisar. Se você estiver usando células AA ou AAA descartáveis, poderá dobrar a vida da bateria alternando de alcalina para lítio Energizer. Eles custam mais que o dobro, por isso são mais caros em $ / Wh, mas também pesam metade e ainda se encaixam dentro do dispositivo.

Os outros pôsteres parecem assumir que o dispositivo é uma caixa preta, então talvez não valha a pena discutir muito profundamente o que aconteceria se você tivesse controle sobre todo o design e adicionasse células extras em série, em vez de paralelas. Basicamente, você teria que redesenhar toda a seção de energia - de um adaptador de parede com voltagem mais alta, carregador de bateria e circuito de proteção um tanto diferentes, faixa de voltagem de entrada diferente a qualquer regulador, possivelmente uma reformulação completa para qualquer coisa alimentada diretamente pela bateria, em vez de um regulador .


Não acho que as baterias especificadas em questão sejam necessariamente recarregáveis. Ainda boa informação. Eu provavelmente notaria que existem circuitos por aí para lidar com o isolamento da bateria.
Kortuk

11
As não recarregáveis ​​são abordadas no parágrafo 4.
Matt B.

Eu sei, mas achei que vale a pena apontar.
Kortuk

4

Você deseja adicionar baterias em paralelo, mantendo uma tensão constante.

Você está certo de que, se um dispositivo usa duas baterias em série, você deseja adicionar pares de séries adicionais em paralelo.


3

A capacidade (por exemplo, miliamperes-hora ou mAh) é o que governa a vida útil. A capacidade aumenta em paralelo, portanto, conecte + a + e - a -.


1

Conectar duas baterias idênticas em paralelo geralmente aumenta a vida útil em um fator de pelo menos duas e pode aumentar a vida útil em mais do que isso (não apenas as baterias serão descarregadas cerca da metade da velocidade que seria uma bateria única, mas também eles podem permitir que um dispositivo continue trabalhando além do nível de esgotamento que faria com que um dispositivo falhasse apenas usando uma única bateria). Há, no entanto, uma ressalva importante: se uma bateria é mais forte que a outra, é possível que a bateria mais forte tente empurrar a energia para a mais fraca. Se as baterias não forem recarregáveis, essa ação poderá ser prejudicial para ambas; mesmo que as baterias sejam recarregáveis, elas podem ser danificadas se estiverem conectadas enquanto a diferença de carga for muito alta.

A conexão de baterias em série fará com que elas introduzam mais voltagem no dispositivo que estão usando. O efeito disso pode variar com o dispositivo:

  • Alguns dispositivos serão danificados ou destruídos

  • Alguns dispositivos funcionam melhor com a tensão mais alta, mas consomem mais corrente (possivelmente levando a uma menor duração da bateria do que se estivesse usando uma bateria, mas talvez permitindo que se faça mais trabalho nesse período).

  • Alguns dispositivos funcionam da mesma forma em qualquer voltagem da bateria acima de um limite mínimo e consomem a mesma corrente, independentemente da voltagem. Todas as baterias em série esgotam-se na mesma taxa, independentemente de quantas existam, mas o nível de esgotamento necessário para tornar o dispositivo inutilizável será estendido com mais baterias em série. Por exemplo, um dispositivo que se tornará inutilizável quando a tensão de entrada cair abaixo de 5,5 volts pode ser usado com quatro baterias AA que estão com menos de ~ 10% de carga ou seis que estão com até 90% de carga. O uso de mais baterias em tal situação pode ser econômico, até certo ponto, embora, se alguém tivesse doze baterias, pudesse alcançar uma economia ideal usando três grupos de quatro (junto com duas células fictícias ou um fio de ponte) até que não mais trabalhou e, em seguida, usando dois grupos de seis.

  • Alguns dispositivos usam uma quantidade constante de energia e, de fato, usam menos corrente quando fornecidos com uma tensão mais alta. Colocar mais baterias em série ao usar esses dispositivos será economicamente vantajoso, desde que a tensão não seja aumentada além da capacidade do dispositivo de lidar com isso.


Obrigado por essas advertências. De fato, espero que essas possíveis preocupações sejam a razão pela qual os pacotes de energia suplementares especializados sejam projetados e vendidos (para uso com, por exemplo, smartphones).
boardbite

@ boardbite: Eu gostaria de ver um padrão aberto amplamente adotado para baterias recarregáveis, embora eu não saiba que alguém da indústria tenha interesse em algo assim. As baterias recarregáveis ​​são vendidas com eletrônicos integrados por alguns motivos. Entre outras coisas, a única maneira de distinguir uma bateria nova que é 80% drenada de uma bateria antiga que está quase cheia e com 70% da carga útil que faria com uma bateria cheia nova, é conhecer um pouco do histórico de carga / descarga da bateria. Se um dispositivo tiver uma bateria não removível, as informações podem ser mantidas no dispositivo, mas ... #
307

11
@ boardbite: ... se um dispositivo usa baterias intercambiáveis, é necessário manter as informações na bateria de alguma forma. Isso pode ser feito com uma EEPROM simples na bateria, que é mantida atualizada pelo dispositivo ou com eletrônicos na bateria que podem monitorar suas condições operacionais. A primeira abordagem tem a desvantagem de que, se a bateria for carregada ou descarregada por algo que não sabe como atualizar as informações corretamente, as informações podem se tornar imprecisas. É, no entanto, mais barato.
precisa

@ boardbite: Mesmo antes de as baterias incluírem essa inteligência, agrupá-las em embalagens significava que todas as baterias deveriam ser do mesmo lote de fabricação e expostas a condições idênticas, e, portanto, geralmente deveriam ter estados de carga muito semelhantes.
supercat
Ao utilizar nosso site, você reconhece que leu e compreendeu nossa Política de Cookies e nossa Política de Privacidade.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.