Ersetzen von AA-Alkalibatterien der Serie 6 durch NiMH-Batterien - Wie vergleiche ich mögliche Anordnungen zur Optimierung der nutzbaren Kapazität?

James Haigh

2014-02-18 08:09:27 UTC

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Ich möchte einen Akku mit 6 in Reihe angeordneten 1,5-V-Alkalibatterien (AA) durch wiederaufladbare NiMH-Akkus in einem alten Transistor-Megaphon ersetzen, um die Kapazität zu optimieren. Der vorhandene Akku ist eine typische 2 × 3-Anordnung und wird mit einem PP3 / PP6-Schnappverbinder verbunden. Ich möchte wiederaufladbare Batterien verwenden, um Elektronikschrott zu reduzieren.

Ich bin mir bewusst, dass die nutzbare Kapazität von der Abschaltspannung des Geräts, der Entladekurve und dem Wirkungsgrad der Batterien bei Temperatur und Last abhängt Eigenschaften. Angesichts der Tatsache, dass dies ein altes Gerät ist und wahrscheinlich nicht für einen niedrigen Grenzwert mit wiederaufladbaren 1,2-V-Batterien ausgelegt ist, mache ich mir Sorgen, dass 6 Zellen nicht ausreichen und ein 7-faches sup> enthalten möchten

Obwohl mir bewusst ist, dass die Nennkapazität eine allgemein irreführende Zahl ist, verstehe ich nicht, warum meine naiven Berechnungen mehrmals von meinen Erwartungen abweichen ungefähr gemessen an der Masse / dem Volumen der Batterien. Sind PP3s wirklich so schlecht?

Im Batteriefach ist Platz für 4 der folgenden 5 Anordnungen (siehe Anmerkung 2 unten), für die ich diese naiven, scheinbar falschen Berechnungen demonstriere. (Im Fall von Anordnung Nr. 4 ist auch Platz für einen kleinen Adapter, den ich mit 3 Schnappverbindern hergestellt habe, die zum parallelen Anschließen der Batterien erforderlich sind.) Dies hängt in etwa mit der Größe der Batterien zusammen und hängt lose mit ihrem Volumen zusammen Daher sind diese Anordnungen wahrscheinlich auch auf andere Geräte anwendbar.

  (#) Anordnung Kombinierte Ladung Gesamtenergie-Nennspannungskapazität Kapazität [1] (1) 6 AA 1,5 V alkalisch in Reihe 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 parallel 8,4 V 200 mAh 3,36 Wh = 12,096 kJ
(5) 14 AAA 1,2 V NiMH; 2 Serie [2] 8,4 V 950 mAh 15,96 Wh = 57,456 kJ

Hinweis 1: Die Gesamtenergiekapazität ist eine naive Schätzung, die auf der Ladekapazität und 1,2 V pro Zelle basiert mittlere Spannung.
Hinweis 2: 14 AAA-Batterien in einer (1 + √3) × 5-Anordnung (dh Reihen von 5, 4, 5) können ungefähr den gleichen quaderförmigen Raum wie 2 × 3 AA-Batterien einnehmen . Ich habe dies für den allgemeinen Fall aufgenommen; In diesem Fall hat das Batteriefach jedoch abgerundete Ecken, sodass die Anordnung nicht ganz passt.

Das würde ich überhaupt nicht erwarten - nicht einmal in der Nähe; PP3s scheinen ungefähr 2 und etwas mehr als das Volumen eines AA zu sein, daher würde ich erwarten, dass die Gesamtenergiekapazität von Anordnung Nr. 4 ungefähr 70% der von Nr. 2 beträgt, aber diese grobe Schätzung legt 19% nahe! Ich vermute, dass die Nennladekapazität in Bezug auf eine „typische“ Last bewertet wird, sodass die Effizienz jeder Bewertung wahrscheinlich sehr unterschiedlich ist und daher nicht zur zuverlässigen Bestimmung der tatsächlichen Energiespeicherkapazität verwendet werden kann, die unterschätzt werden würde jeweils um einen anderen Betrag. Im Fall der Anordnung Nr. 4 wird der kombinierte Innenwiderstand halbiert (d. H. "Interner Leitwert" hinzugefügt), so dass er effizienter ist und bei gleicher Last mehr Energie pro Batterie liefert als nur ein einziges PP3. In den Arrangements 1–3 werden die IRs hinzugefügt. Anordnung Nr. 5 hat die Hälfte des kombinierten IR als Nr. 3.

Für das, was es wert ist, ist das Megaphon eine pulsierende Last mit einer maximalen Leistungsaufnahme von 5 W und wird in Großbritannien im Freien betrieben, sodass die Batterien je nach Jahreszeit wahrscheinlich im Allgemeinen mit einer Temperatur zwischen 5 ° C und 25 ° C betrieben werden . Ich versuche, Datenblätter für die von mir verwendeten NiMH-Batterien zu finden (Maplin L32BJ, L29BJ und L31BJ für AA, AAA bzw. PP3), um selbst die wahren Daten darüber zu sehen, was mit diesen Zahlen vor sich geht, aber ich habe noch keine erhalten. Abgesehen von den Besonderheiten scheinen diese Zahlen jedoch so weit entfernt zu sein, dass ein besseres allgemeines Verständnis des Vergleichs von wiederaufladbaren Ersatzteilen für Akkus mit 6 AA-Alkalibatterien im Allgemeinen nützlich wäre, da ich solche Akkus auf anderen Gerätetypen wie gesehen habe gut.

Dies ist meine erste Frage auf dieser Seite. Ich befürchte, es könnte grenzwertig „zu lokalisiert“ sein, aber ich habe mich bemüht, den Gesamtumfang allgemeiner zu halten als meine spezielle Instanz des Vergleichs dieser Art von „9V“ -Anordnungen. Ich hoffe es ist okay.

Haben Sie nur 6 reine NiMHs getestet, um die Alkalien zu ersetzen? Sie funktionieren möglicherweise besser als erwartet, auch wenn das Gerät nicht dafür ausgelegt ist, sie zu akzeptieren. Alkalien sinken bei etwa [der halben Kapazität] unter 1,2 V (http://www.powerstream.com/AA-tests.htm) ) verbraucht ist, haben NiMHs eine viel flachere Kurve und halten 1,2 V länger.

@Johnny: Ausgezeichnet! Die Daten, die Sie verknüpft haben, klären meine Bedenken hinsichtlich der Notwendigkeit einer 7-ten Zelle und sagen mir, dass Anordnung Nr. 2 wahrscheinlich mindestens die Laufzeit als Anordnung Nr. 1 in jedem Gerät hat, das für die Verwendung einer angemessenen Menge von ausgelegt ist Alkalibatteriekapazität und noch besser für Geräte mit hohem Stromverbrauch. Da John Meachams Antwort erklärt, dass kleine Zellen im Allgemeinen weniger effektiv sind, schließt dies Nr. 3 und Nr. 4 aus und kommt zu dem Schluss, dass Nr. 2 wahrscheinlich die beste in der überwiegenden Mehrheit der 9-V-Geräte ist. (Fortsetzung)…

… (Forts.) Und da # 2 gegenüber # 1 allgemein anwendbar ist (d. H. Für eine beliebige Anzahl von Zellen), bedeutet dies, dass diese Schlussfolgerung auch allgemein für jedes Gerät gilt, das für Alkalibatterien ausgelegt ist: d.h. Ich werde nicht länger zweimal darüber nachdenken, die gleiche Anordnung beizubehalten, wenn ich Alkali durch NiMH ersetze. Wenn Ihre Antwort als Antwort veröffentlicht wurde, würde ich sie wahrscheinlich als akzeptierte Antwort markieren. Die anderen waren ebenfalls nützlich und ich werde sie abstimmen, aber ich habe die Einschränkungen für neue Benutzer auf dieser Website noch nicht erfüllt.

AAA sind aus der Hölle. PP3 sind schlechter, es sei denn, Sie müssen Ihre Sould für die Kompaktheit verkaufen, die sie bieten. Welche mittlere oder belastete Spannung Sie erhalten, hängt von der Last ab. Megaphon ist vielleicht schwerer als manche. Wenn es etwa 5 Watt dauert, nähert sich Draw einem Verstärker, wenn die Batterie leer ist. NimH sind im Allgemeinen unter höheren Belastungen am unteren Ende ihrer Kapazität glücklicher - dh sie hängen bei niedrigen Ladungsniveaus weniger von Voc ab. Alkaline beginnt bei etwas mehr als 1,6 V / Zelle, fällt schnell unter 1,5 V und fällt dann in eine S-Kurve (rückwärts liegend, groß und dann mit zusammengekniffenen Augen, um es zu sehen) ...

... Alle Kurven sind "aus meinem Kopf". Leute wie zB http://batteryuniversity.com haben typische Kurven. Durch 1,1 V sehr müde werden, meistens bei 1 V weg, leichte Kapazität von dort auf 0,9 V /. Die Kapazität eines A-Alkalins liegt bei niedrigen Strömen im Bereich von 2000 bis 3000 mAh, schwindet jedoch bei etwa C-Rate stark. 2500 mAh NimH haben eine Nennrate von ungefähr 10 Stunden, liegen aber für eine gute Marke nahe bei etwa C. Bei etwa C / 2 (hier 1200 mA) beginnen sie bei etwa 1,3 V, gehen schnell in den Bereich von 1,25 bis 1,2 V über und fallen dann in Richtung 1,1 V nach etwa 70% und am Ende der Kapazität schneller auf 1 V ab. ...

... Sie können sie unter 1 V bringen, aber es schadet ihrer Langlebigkeit und Sie erhalten sehr wenig mehr Kapazität. || Wenn das Originalgerät den größten Teil der Akkukapazität verbraucht, funktioniert es mit 6 x NimH einwandfrei. El cheapo-Geräten ist es möglicherweise egal, ob Vbat bei 1,1 V liegt, sodass möglicherweise ein erheblicher Teil der NimH-Kapazität verschwendet wird. Probieren Sie es aus und sehen Sie. Bei Vlow können Geräte mit steigender Versorgungsimpedanz "Motorboot" fahren. Wenn Sie eine so große Kappe wie möglich hinzufügen, wird die Funktionsfähigkeit bei schwacher Batterie verbessert. | Zusätzliche Zelle ist mit NimH sicher. Alkali muss 1,6+ x 6 = 9,6 V + akzeptieren. 9,6 V / 1,35 V pro Zelle = 7,11 × NimH-Zellen

@RussellMcMahon: Ich fand die Nennleistung unter einem Isolierband, das zur Verstärkung von gerissenem Kunststoff verwendet wurde, und - gut geraten - 5 W. Ich habe es der Frage hinzugefügt. Ich habe an der Battery University nicht viele typische Entladungskurven gefunden, aber Johnny hatte mich damit bereits geklärt. (Obwohl ich das ['Ragone-Diagramm'] (https://en.wikipedia.org/wiki/Ragone_chart) auf der [Seite zur Berechnung der Laufzeit] (http://batteryuniversity.com/learn/article/calculating_the_battery_runtime) interessant fand ).) Ich verstehe die Begriffe "Motorboot" und "Kappe" in Ihrem letzten Kommentar nicht.

@Johnny: Ich denke, viele alte Geräte (möglicherweise einschließlich des Megaphons) verwenden einen linearen Spannungsregler, der bei Betrachtung der von Ihnen verknüpften Diagramme effektiv nur die Energiekapazität der 7. Zelle als Wärme verschwendet. Bei zwei NiMH-Anordnungen mit genau der gleichen Energiekapazität wie 6 oder 7 Zellen und einer Vorrichtung mit einem Linearregler und einer Abschaltung, die 90% der Ladung der 6-Zellen-Option erhält, wäre die 7-Zellen-Option Drücken Sie eine weitere Ladung von 9% heraus, haben Sie jedoch nur eine Ladekapazität von 6/7, sodass das Gerät nur etwa 85% der Ladung der 6-Zellen-Option erhält.

… Und aufgrund des Linearreglers ist dieser proportional zur verbrauchten Energie. Es würde nicht nur nicht ganz so lange dauern, sondern die Spannung der abgereicherten Zellen würde signifikant niedriger sein, was anscheinend ihre Lebensdauer verringern kann. Für einen Linearregler (und vielleicht auch für andere in geringerem Maße) ist die 6-Zellen-NiMH-Anordnung Nr. 2 bei weitem die effizienteste. Ein bisschen im Tank zu lassen, anstatt es nur zu verschwenden, ist wahrscheinlich besser für die Langlebigkeit.

@JamesHaigh Ich folge Ihrem Argument 109% x 6/7 nicht, wenn Standardzellen verwendet werden. Wenn sich die Zellen in einem festen Raum befinden müssten, würde das Hinzufügen einer weiteren Zelle die Kapazität pro Zelle verringern. Wenn jedoch AA-Zellen verwendet wurden, erhöht das Hinzufügen von # 7 die Kapazität x 7/6, um zu starten. | Eine 7. Zelle ist nur dann sinnvoll, wenn Vmin_operating mehr als etwa 6,6 V beträgt. In diesem Fall würde sich eine primäre (z. B. alkalische) Zelle auf 1,1 V entladen und den größten Teil ihrer Kapazität verbraucht haben, während 6 x NimH bei 1,1 V noch mehr nützliche Kapazität übrig haben. 6,6 V / 7 = 0,94 V / Zelle, was tatsächlich niedriger ist als bei NimH. 7 x 1 V = 7 V ergibt eine nützliche Vmin.

@JamesHaigh "Motorboating" ist eine niederfrequente Schwingung eines Audioverstärkers, die auftritt, wenn die Batterieimpedanz gegen Ende seines Entladezyklus ansteigt. Schwankungen der Stromaufnahme in einem Teil der Schaltung bewirken, dass die Versorgungsspannung aufgrund der zunehmenden Impedanz variiert und die Spannungsänderungen andere Teile der Schaltung beeinflussen - effektiv gekoppelt durch die Batterieimpedanz. Wenn dies an der "richtigen" Stelle auftritt, kann es zu Schwingungen kommen. Das Hinzufügen eines großen Kondensators zur Versorgung verringert die Impedanz (oder kann als Entfernen von Spannungsschwankungen angesehen werden) (dasselbe).

@RussellMcMahon: Oh, ich verstehe, "Kappe" bedeutete Kondensator. Ich verstehe jetzt. Ich denke, das ist ein weiterer Grund, warum es nicht immer gut ist, die Batterien vollständig zu entladen. …

… Stellen Sie sich mein Argument zu Linearreglern so vor, als würden Sie ein Rechteck innerhalb der Entladungskurve von 6 Zellen so zeichnen, dass der rechte Rand 90% der Ladekapazität beträgt. Mit genau der gleichen Energie in 7 Zellen würde die Kurve 6/7 auf der Ladeachse und 7/6 auf der Spannungsachse gestreckt, aber die Oberseite des Rechtecks bleibt fest. Mit einem * relativ * niedrigeren Grenzwert kommt die rechte Kante 9% näher an den Ladungsabschnitt, aber dies ist jetzt 6/7 von dem, was es war, also war meine Berechnung (0,9 + 0,09) * 6/7 = 0,849 ~ . Der Bereich über dem Rechteck wird verschwendet. Der Bereich rechts davon befindet sich „links im Tank“.