Como projetar um dispositivo para alternar automaticamente para a bateria de reserva?

Disseram-me que muitos tipos de baterias funcionam melhor se forem usadas até ficarem completamente descarregadas e depois recarregadas.

(Edit: O "mito do efeito da memória" é bastante difundido. As baterias funcionam tão bem se forem "recarregadas" toda vez ) .

No momento, desenvolvo dispositivos da maneira padrão: tente usar a energia da bateria o máximo possível e, quando não houver energia, ela não funcionará.

Se houvesse alguma maneira simples de implementar o seguinte, eu poderia usá-lo a partir de agora:

• Duas baterias independentes (ou mais)
• Depois de começar a usar uma bateria, continue a usá-la até que esteja completamente drenada e atinja a tensão mínima recomendada pelo fabricante .
• Quando a bateria "em uso" estiver completamente descarregada, mude para a próxima bateria. Presumivelmente, você usa alguma técnica semelhante à "Alternar entre fontes de alimentação de 5V?" questão.
• Depois de mudar para a última bateria, entre em algum tipo de modo de baixo consumo de energia, para que ele ainda possa fazer as coisas importantes no "modo de limpeza", mas o usuário é notificado para conectá-lo ao carregador o mais rápido possível.
• Depois de conectar o carregador, volte ao modo padrão - mas se desconectado do carregador antes que as baterias estejam totalmente carregadas, volte ao modo de limpeza.
• (opcional) Quando conectado ao carregador, carregue apenas a bateria (ou baterias) descarregada e mantenha-a por cima; deixe a bateria "em uso" sozinha.
• (opcional) acompanhe com precisão a quantidade total de energia que pode ser extraída de cada bateria específica na última vez em que foi totalmente descarregada. Use esse número (talvez modificado usando a lei de Peukert) para fornecer estimativas extremamente precisas do tempo de execução futuro.

Por que nem todos os dispositivos fazem isso?

• telefones celulares: primeira bateria: fale como um louco. última bateria: apenas chamadas de emergência.
• laptops: última bateria: acelere para uma velocidade lenta adequada para procurar documentos estáticos
• GPS de mão: última bateria: tente reduzir a energia atualizando a tela com menos frequência, diminuindo a luz de fundo etc.

Por que nem todos os dispositivos usam isso? Acrescenta custo e complexidade. Existe algum outro motivo para não fazer algo?

Sério, eu diria que existem muitas opções e implementações para isso. Ter duas baterias iguais não faz muito sentido; muitas vezes a segunda é usada para energia de emergência ou fraca. Por exemplo, seu PC possui uma bateria de retenção de RAM na placa-mãe para quando você perder energia. Geralmente, um laptop emite um aviso de "bateria fraca"; nesse momento, você pode reduzir a energia da maneira que puder.

Penso que a sua afirmação de que 'as baterias funcionam melhor se forem usadas até ficarem completamente descarregadas e depois recarregadas'. é um pouco amplo. Esse é mais o caso das químicas à base de níquel (NiCd e, em menor grau, NiMH). As células de íon de lítio não sofrem esse problema de memória. De fato, a vida útil deles melhora se você evitar descargas profundas. Veja esta página em BatteryUniversity.com para referência.

Existem algumas opções para fazer um gerenciamento de energia mais inteligente em seus próprios dispositivos.

O mais simples é um diodo ORing na fonte de alimentação. Se tudo o que você deseja é uma fonte de alimentação hot-swap e você tiver um pouco de espaço para suas entradas, poderá conectar a bateria de backup ao ânodo de um diodo e conectar o cátodo à sua bateria principal. Quando a tensão da bateria principal cai para 0,7 V a menos do que o seu backup (ou é removida), a outra bateria entra em ação. Cuidado com o vazamento de corrente na bateria de reserva, pois pode sobrecarregá-la.

Como alternativa, você pode usar um IC de mux de potência como o TPS110 . Isso permite que você selecione sua entrada independentemente (ou dependente, se você preferir) das tensões de entrada, em vez de sempre usar a fonte mais alta.

Por fim, a Linear Technology incorpora o que eles chamam de controladores "PowerPath" em seus CIs de carregamento de baterias. Usei o LTC4011, que faz a transição perfeita entre a bateria e a energia externa, e carrega a bateria enquanto a energia externa está acabando.

As células de níquel-cádmio eram as baterias infames que poderiam acumular um efeito de "memória" se não fossem periodicamente pedaladas.

As células recarregáveis ​​de íon de lítio mais recentes são consideradas imunes ao efeito de memória. De fato, é melhor não descarregá-las completamente (armazenadas em um estado totalmente descarregado pode reduzir a vida útil); portanto, a maioria dos eletrônicos entra em um estado de "morte" enquanto ainda pode monitorar a energia, mas se recusa a entrar em um estado de alta potência.

Muitos dispositivos, incluindo laptops, podem monitorar com muita precisão o estado da bateria através do contador de cores do carregador e da tensão da (s) célula (s). Isso permite todo o comportamento acima, sem a necessidade e o custo de circuitos de carga e baterias duplicados.

O descarregamento completo da bateria é ruim para todas as baterias (bem, talvez não as baterias de lítio-hidrogênio, mas se você tiver as de seu laptop, você sabe o que está fazendo).

A prática se origina com baterias de NiCad, devido a uma confluência de decisões infelizes de projeto. A crença do conhecimento comum de que o NiCad perde capacidade se não for totalmente ciclada é falsa .
Basicamente, o ciclo superficial das baterias de NiCad resulta em uma depressão da curva de descarga, resultando em muitos dispositivos eletrônicos que usam NiCads relatando incorretamente a bateria como vazia. Observe que a capacidade da célula não é significativamente reduzida, a tensão da célula é apenas diminuída por uma pequena quantidade. O fato de a maior parte da curva de descarga de NiCad ser muito plana leva a uma pequena alteração na tensão geral da célula, causando uma grande alteração na leitura do estado da carga da bateria.

Note-se que o efeito de memória ocorre apenas com NiCads, e nunca foi, na verdade, mesmo presente em quaisquer outras químicas celulares. A mistura de tipos de bateria e a ingênua suposição de que todas as baterias são iguais é o que levou à crença de que todas as baterias precisam de ciclos periódicos.

Provavelmente, é mais preciso pensar nas baterias como capazes de armazenar e liberar uma certa quantidade de energia, em vez de serem capazes de suportar um certo número de ciclos. Se essa energia é liberada em 500 semiciclos ou 1000 trimestres não é relevante (um aumento na profundidade da descarga reduzirá a capacidade total de energia total das baterias, embora não significativamente, a menos que as baterias sejam descarregadas completamente ).

Os fabricantes afirmam que você deve descarregar e recarregar totalmente a bateria do dispositivo, informando isso exclusivamente para que os componentes eletrônicos de medição da carga da bateria interna possam se calibrar adequadamente. Basicamente, com o tempo, a medição do estado de carga será desviada devido a uma pequena variação na eficiência de carregar e descarregar a bateria (basicamente, é um integrador). Um único ciclo completo permite que os componentes eletrônicos medam com precisão a capacidade da bateria sem ter que adivinhar a condição da bateria. O fato de que, se não for totalmente ciclado, os componentes eletrônicos de medição da bateria reportarão incorretamente o estado da bateria levaram à perseverança do mito do Efeito Memória. A bateria não mudou, os eletrônicos estão apenas relatando um estado de carga incorreto.

Até onde eu sei, a maior causa de redução gradual da vida útil da bateria na eletrônica é o tempo. As baterias de lítio têm uma vida útil estimada em alguns anos, sejam elas usadas ou não . Práticas apropriadas de armazenamento pode estender essa vida de prateleira, mas eles irão deteriorar ao longo do tempo, não importa o que usar você colocá-los completamente.

Lítio de ciclismo profundo é realmente muito ruim para eles, na verdade. Não faça isso a menos que você precise (tente ficar acima de 20% do SOC).

Nota: Estou pulando algumas coisas, como os problemas com o crescimento de bigodes nas nicads. Veja o link abaixo no NiCad para ler mais.

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