Sostituzione delle batterie alcaline AA della serie 6 con batterie NiMH: come posso confrontare le possibili disposizioni per ottimizzare la capacità utilizzabile?

James Haigh

2014-02-18 08:09:27 UTC

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Voglio sostituire un pacco batterie di 6 batterie alcaline AA da 1.5V disposte in serie, con batterie NiMH ricaricabili in un vecchio megafono a transistor in modo tale da ottimizzarne la capacità. La batteria esistente è una tipica disposizione 2 × 3 ed è collegata con un connettore a scatto PP3 / PP6. Voglio utilizzare batterie ricaricabili per ridurre i rifiuti elettronici.

Sono consapevole che la capacità utilizzabile è soggetta alla tensione di interruzione del dispositivo, alla curva di scarica e all'efficienza delle batterie data la temperatura e il carico caratteristiche. Dato che si tratta di un vecchio dispositivo e probabilmente non progettato con un cut-off basso avendo in mente batterie ricaricabili da 1,2 V, sono preoccupato che 6 celle non siano sufficienti e voglio includere un 7 ^esimo .

Anche se sono consapevole che la capacità nominale è una cifra generalmente fuorviante, non capisco perché i miei calcoli ingenui sembrano essere diverse volte fuori da quello che mi sarei aspettato a giudicare approssimativamente dalla massa / volume delle batterie. I PP3 sono davvero così male?

Nel vano batteria c'è spazio per 4 dei 5 arrangiamenti seguenti (vedi nota 2 sotto) per i quali sto dimostrando questi calcoli ingenui, apparentemente falsi. (Nel caso della disposizione n. 4, c'è anche spazio per un piccolo adattatore che ho realizzato utilizzando 3 connettori a scatto necessari per collegare le batterie in parallelo.) Questo è più o meno correlato a quanto sono `` grandi '' le batterie e si riferisce vagamente al loro volume , quindi è probabile che queste disposizioni siano applicabili anche ad altri dispositivi.

  (#) Disposizione Carica combinata Capacità di tensione nominale dell'energia totale [1] (1) 6 AA 1,5 V alcaline in serie 9 V 2100 mAh 15,12 Wh = 54,432 kJ (2) 6 AA 1,2 V NiMH in serie 7,2 V 2400 mAh 17,28 Wh = 62,208 kJ (3) 7 AAA 1,2 V NiMH in serie 8,4 V 950 mAh 7,98 Wh = 28,728 kJ (4) 2 PP3 8,4 V NiMH in parallelo 8,4 V 200 mAh 3,36 Wh = 12,096 kJ
(5) 14 AAA 1,2 V NiMH; Serie 2 [2] 8,4 V 950 mAh 15,96 Wh = 57,456 kJ

Nota 1: la "Capacità energetica totale" è una stima ingenua basata sulla capacità di carica e 1,2 V per cella tensione media.
Nota 2: 14 batterie AAA in disposizione (1 + √3) × 5 (cioè file di 5, 4, 5) possono occupare approssimativamente lo stesso spazio parallelepipedo delle batterie 2 × 3 AA . Ho incluso questo per il caso generale; tuttavia, in questo caso il vano batteria ha gli angoli arrotondati, quindi la disposizione non si adatta perfettamente.

Non è affatto quello che mi aspetterei, nemmeno vicino; I PP3 sembrano essere circa 2 volte e un po 'il volume di un AA, quindi mi aspetterei che la capacità energetica totale dell'arrangiamento n. 4 sia circa il 70% di quella del n. 2, ma questa stima approssimativa suggerisce il 19%! Immagino che la capacità di carica nominale sia valutata rispetto a un carico `` tipico '', quindi l'efficienza di ciascuna valutazione è probabilmente molto diversa e quindi non può essere utilizzata per determinare in modo affidabile la capacità di accumulo di energia effettiva che sarebbe sottovalutata di un importo diverso in ogni caso. Nel caso della disposizione n. 4, la resistenza interna combinata viene dimezzata (cioè aggiunta di "conduttanza interna"), quindi sarebbe più efficiente e fornirebbe più energia per batteria a parità di carico, rispetto a un solo PP3. Negli accordi 1–3 vengono aggiunti gli IR. La disposizione n. 5 ha metà dell'IR combinato come n. 3.

Per quello che vale, il megafono ha un assorbimento di potenza massimo di 5 W con carico pulsante ed è utilizzato all'aperto nel Regno Unito, quindi le batterie probabilmente funzionano generalmente con una temperatura compresa tra 5 ° C e 25 ° C a seconda del periodo dell'anno . Sto cercando di trovare schede tecniche per le batterie NiMH che uso (Maplin L32BJ, L29BJ e L31BJ per AA, AAA e PP3 risp.) Per vedere di persona i dati reali di cosa sta succedendo con queste cifre, ma non ho non ne ho ancora ottenuti. Tuttavia, a parte le specifiche, queste cifre sembrano essere così lontane che una migliore comprensione generale di come confrontare le sostituzioni ricaricabili per i pacchi batteria di 6 batterie alcaline AA sarebbe generalmente utile perché ho visto tali pacchi batteria su altri tipi di dispositivi come bene.

Questa è la mia prima domanda su questo sito. Temo che potrebbe essere al limite "troppo localizzato", ma ho cercato di mantenere l'ambito generale più generale rispetto al mio caso particolare di confronto di questo tipo di accordi "9V". Spero che vada bene

Hai provato usando solo 6 NiMH dritte per sostituire le alcaline? Potrebbero funzionare meglio di quanto ti aspetti, anche se il dispositivo non è stato progettato per accettarli: le alcaline scenderanno al di sotto di 1,2 V quando circa la [metà della capacità] (http://www.powerstream.com/AA-tests.htm ) è esaurito, le NiMH hanno una curva molto più piatta e manterranno 1.2V più a lungo.

@Johnny: Eccellente! I dati che hai collegato chiariscono le mie preoccupazioni sulla necessità di una cella 7 ^th e mi dicono che la disposizione n. 2 probabilmente ha almeno il tempo di esecuzione come disposizione n. 1 in qualsiasi dispositivo progettato per utilizzare una quantità decente di capacità della batteria alcalina e ancora migliore per i dispositivi ad alto consumo. Poiché la risposta di John Meacham spiega che le celle piccole sono generalmente meno efficaci, ciò esclude il n. 3 e il n. 4, concludendo così che il n. 2 è probabilmente il migliore nella stragrande maggioranza dei dispositivi "9V". (segue) ...

... (cont.) E visto che il n. 2 contro il n. 1 è generalmente applicabile (cioè a qualsiasi numero di celle), ciò significa che questa conclusione è applicabile anche in generale a qualsiasi dispositivo progettato per batterie alcaline: cioè Non ci penserò più due volte a mantenere la stessa disposizione quando si sostituisce alcalino con NiMH. Se la tua risposta è stata pubblicata come risposta, probabilmente la contrassegnerei come risposta accettata. Anche gli altri sono stati utili e li voterò, ma non ho ancora superato le restrizioni per i nuovi utenti su questo sito.

Gli AAA vengono dalla fossa dell'inferno. I PP3 sono peggiori a meno che tu non debba vendere la tua anima per la compattezza che offrono. Quale tensione media o caricata si ottiene dipende dal carico. Il megafono è forse più pesante di alcuni. Se sono necessari 5 Watt, il consumo si avvicina a un amplificatore quando la batteria si scarica. I NimH sono generalmente più felici sotto carichi più elevati verso il fondo della loro capacità, cioè si abbasseranno meno da Voc a bassi livelli di carica. Alcalino inizia a poco più di 1,6 V / cella, scende rapidamente sotto 1,5 V e poi cade in una curva di tipo S (sdraiato all'indietro, alto e poi, occhi socchiusi per vederlo) ...

... Tutte le curve sono "fuori di testa". Persone come ad esempio http://batteryuniversity.com hanno curve tipiche. Diventando molto stanco di 1,1 V, per lo più andato a 1 V, da lì a 0,9 V /. La capacità di un alcalino A è compresa tra 2000 e 3000 mAh a basse correnti, ma svanisce male a una velocità C o giù di lì. 2500 mAh NimH hanno una frequenza oraria di circa 10 ore, ma si avvicinano a quella a dire C per una buona marca. A circa C / 2 (1200 mA qui) inizieranno a circa 1,3 V, svaniranno rapidamente in un intervallo di 1,25 - 1,2 V e quindi scenderanno verso 1,1 V oltre il 70% e poi più rapidamente a 1 V alla fine della capacità. ...

... Puoi portarli sotto 1V ma fa male alla loro lomgevità e ottieni pochissima capacità in più. || Se il dispositivo originale è stato progettato per utilizzare la maggior parte della capacità della batteria, funzionerà bene con 6 x NimH. I dispositivi a basso costo potrebbero non interessarsi se Vbat è a 1,1 V, quindi potrebbero sprecare una significativa capacità di NimH. Provalo e guarda. A Vlow i dispositivi possono "motoscafo" quando l'impedenza di alimentazione aumenta. L'aggiunta di un tappo tanto grande quanto pratico da fornire migliorerà la capacità di funzionare con la batteria scarica. | La cella extra è sicura con NimH. Le batterie alcaline devono accettare 1,6+ x 6 = 9,6V +. 9,6 V / 1,35 V per cella = 7,11 x celle NimH

@RussellMcMahon: Ho trovato la potenza nominale sotto un nastro isolante che era stato usato per rinforzare un po 'di plastica incrinata e, buona ipotesi, è 5W. L'ho aggiunto alla domanda. Non ho trovato molte curve di scarica tipiche alla Battery University, ma Johnny mi aveva già risolto con quello. (Anche se ho trovato interessante il ['grafico Ragone'] (https://en.wikipedia.org/wiki/Ragone_chart) nella [pagina sul calcolo del runtime] (http://batteryuniversity.com/learn/article/calculating_the_battery_runtime ).) Non capisco i termini "motoscafo" e "cap" nel tuo ultimo commento.

@Johnny: Immagino che molti vecchi dispositivi (forse incluso il megafono) utilizzino un regolatore di tensione lineare, che guardando i grafici collegati, sprecherebbe effettivamente la capacità energetica della 7 ^esima cella come calore. Quindi, dati due disposizioni NiMH con esattamente la stessa capacità energetica disposte come 6 o 7 celle e un dispositivo con un regolatore lineare e un cut-off che ottiene il 90% della carica dell'opzione a 6 celle, l'opzione a 7 celle sarebbe spremere un altro 9% di carica ma avrà solo 6/7 della capacità di carica, quindi il dispositivo ottiene solo circa l'85% di carica di quella dell'opzione a 6 celle, ...

... e grazie al regolatore lineare questo è proporzionale all'energia utilizzata. Non solo non durerebbe così a lungo, ma la tensione delle celle esaurite sarebbe significativamente più bassa, il che apparentemente può ridurre la loro longevità. Quindi, per un regolatore lineare (e forse altri in misura minore), la disposizione NiMH a 6 celle n. 2 è di gran lunga la più efficiente. Lasciarne un po 'nel serbatoio piuttosto che sprecarlo è probabilmente meglio per la longevità.

@JamesHaigh Non seguo il tuo argomento 109% x 6/7 se vengono utilizzate celle standard. Se le celle dovessero raggiungere uno spazio fisso, l'aggiunta di un'altra cella ridurrebbe la capacità per cella. Ma, se sono state utilizzate celle AA, l'aggiunta di # 7 aumenta la capacità x 7/6 per iniziare. | Una settima cella ha senso solo se Vmin_operating è più di circa 6,6 V. In questo caso una cella primaria (ad es. Alcalina) si scaricherebbe a 1,1 V e avrebbe utilizzato la maggior parte della sua capacità, mentre 6 x NimH a 1,1 V hanno ancora più capacità utile residua. 6,6 V / 7 = 0,94 V / cella che è effettivamente inferiore a quanto è saggio con NimH. 7 x 1V = 7V fornisce un utile Vmin.

@JamesHaigh "Motorboating" è l'oscillazione a bassa frequenza di un amplificatore audio che si verifica quando l'impedenza della batteria sale verso la fine del suo ciclo di scarica. Le variazioni nell'assorbimento di corrente in una parte del circuito fanno variare la tensione di alimentazione a causa dell'aumento dell'impedenza e le variazioni di tensione influenzano altre parti del circuito, essendo effettivamente accoppiate dall'impedenza della batteria. Se ciò si verifica nella "giusta" posizione può verificarsi un'oscillazione. L'aggiunta di un grande condensatore all'alimentazione riduce l'impedenza (o può essere vista come la rimozione delle variazioni di tensione) (stessa cosa).

@RussellMcMahon: Oh capisco, "cap" significava condensatore. Ora capisco. Immagino che sia un altro motivo per cui non è sempre bene scaricare completamente le batterie. ...

… Per quanto riguarda la mia argomentazione sui regolatori lineari, pensala come disegnare un rettangolo all'interno della curva di scarica di 6 celle in modo tale che il bordo destro sia il 90% della capacità di carica. Con esattamente la stessa energia in 7 celle, la curva sarebbe allungata 6/7 sull'asse di carica e 7/6 sull'asse della tensione, ma la parte superiore del rettangolo rimane fissa. Con un cut-off * relativamente * inferiore, il bordo destro si avvicina del 9% all'intercettazione della carica, ma ora è 6/7 di quello che era, quindi il mio calcolo era (0,9 + 0,09) * 6/7 = 0,849 ~ . L'area sopra il rettangolo viene sprecata; l'area alla sua destra è "lasciata nel serbatoio".