¿Cómo diseño un dispositivo para cambiar automáticamente a la batería de respaldo?

Me han dicho que muchos tipos de baterías funcionan mejor si se usan hasta que se agoten por completo y luego se recarguen.

(Editar: El "mito del efecto memoria" está bastante extendido. Las baterías funcionan igual de bien si se "recargan" cada vez ) .

En este momento diseño dispositivos de la manera estándar: trate de usar la energía de la batería el mayor tiempo posible, y luego, cuando no quede energía, no funcionará en absoluto.

Si hubiera alguna forma simple de implementar lo siguiente, podría usarlo de ahora en adelante:

• Dos baterías independientes (o más)
• Una vez que comience a usar una batería, continúe usándola hasta que se agote por completo y alcance el voltaje mínimo recomendado por el fabricante .
• Cuando la batería "en uso" esté completamente agotada, cambie a usar la siguiente batería. Presumiblemente utiliza alguna técnica similar a "¿Cambiar entre fuentes de alimentación de 5V?" pregunta.
• Una vez que cambie a la última batería, ingrese a algún tipo de modo de bajo consumo para que pueda hacer las cosas importantes en "modo inactivo", pero se notifica al usuario que lo conecte a un cargador lo antes posible.
• Después de enchufarlo al cargador, regrese al modo estándar, pero si se desconecta del cargador antes de que las baterías estén completamente cargadas, regrese al modo flácido.
• (opcional) Cuando esté enchufado al cargador, solo cargue la batería agotada (o las baterías) y manténgalas cargadas; deje sola la batería "en uso".
• (opcional) realice un seguimiento preciso de cuánta energía total podría extraerse de cada batería en particular la última vez que se agotó por completo. Use ese número (quizás modificado usando la ley de Peukert) para dar estimaciones extremadamente precisas del tiempo de ejecución futuro.

¿Por qué no todos los dispositivos hacen esto?

• teléfonos celulares: primera batería: habla como un loco. última batería: solo llamadas de emergencia.
• laptops: última batería: acelerador a una velocidad lenta que sea adecuada para buscar documentos estáticos
• GPS de mano: última batería: intente reducir la energía actualizando la pantalla con menos frecuencia, atenuando la luz de fondo, etc.

¿Por qué no todos los dispositivos usan esto? Agrega costo y complejidad. ¿Hay alguna otra razón para no hacer algo?

En serio, diría que hay muchas opciones e implementaciones para esto. Tener dos baterías iguales no tiene mucho sentido, por lo que a menudo la segunda se usa para energía de emergencia o de emergencia. Por ejemplo, su PC tiene una batería de retención de RAM en la placa base para cuando pierde energía. Una computadora portátil a menudo da una advertencia de "batería baja", momento en el que puede reducir la energía de la manera que pueda.

Creo que su afirmación de que "las baterías funcionan mejor si se usan hasta que se agoten por completo y luego se recarguen". Es un poco amplio. Este es más el caso de las químicas basadas en níquel (NiCd y, en menor medida, NiMH). Las células de iones de litio no sufren este problema de memoria. De hecho, su vida útil mejora si evita descargas profundas. Vea esta página de BatteryUniversity.com para referencia.

Hay un par de opciones para hacer una administración de energía más inteligente en sus propios dispositivos.

El más simple es un diodo ORing en la fuente de alimentación. Si todo lo que desea es una fuente de alimentación intercambiable en caliente y tiene un poco de margen para sus entradas, puede conectar la batería de respaldo al ánodo de un diodo y conectar el cátodo a la batería principal. Cuando el voltaje de la batería principal cae a 0.7V menos que su respaldo (o se elimina), la otra batería se activa. Tenga cuidado con la fuga de corriente en la batería de respaldo, podría sobrecargarla.

Alternativamente, puede usar un IC Power Mux como el TPS110 . Esto le permite seleccionar su entrada independientemente (o de manera dependiente, si lo prefiere) de los voltajes de entrada, en lugar de usar siempre la fuente más alta.

Finalmente, Linear Technology incorpora lo que ellos llaman controladores "PowerPath" en sus circuitos integrados de carga de batería. He usado su LTC4011, que pasa sin problemas entre la batería y la alimentación externa, y carga la batería mientras se está quedando sin alimentación externa.

Las celdas de níquel cadmio eran las baterías infames que podrían generar un efecto de "memoria" si no se recicla periódicamente.

Las nuevas células recargables de iones de litio se consideran inmunes al efecto de memoria. De hecho, es mejor no descargarlos por completo (almacenados en un estado completamente descargado puede reducir la vida útil), por lo tanto, la mayoría de los componentes electrónicos entran en un estado de "muerte" mientras que aún pueden controlar la energía, pero se niegan a entrar en un estado de alta potencia.

Muchos dispositivos, incluidas las computadoras portátiles, pueden monitorear con mucha precisión el estado de la batería a través del contador de color de su cargador y el voltaje de la (s) celda (s). Esto permite todo el comportamiento anterior sin la necesidad y el costo de duplicar los circuitos de carga y las baterías.

La descarga completa de la batería es mala para todas las baterías (bueno, tal vez no las baterías de litio-hidrógeno, pero si las tiene en su computadora portátil, ya sabe lo que está haciendo de todos modos).

La práctica se origina con baterías NiCad, debido a una confluencia de decisiones de diseño desafortunadas. La creencia de conocimiento común de que los NiCads pierden capacidad si no se reciclan completamente es falsa .
Básicamente, el ciclo superficial de las baterías de NiCad provoca una depresión de la curva de descarga, lo que resulta en muchos dispositivos electrónicos que usan NiCads que informan incorrectamente que la batería está vacía. Tenga en cuenta que la capacidad de la celda no se reduce significativamente, el voltaje de la celda simplemente se reduce en una pequeña cantidad. El hecho de que la mayor parte de la curva de descarga de NiCad sea muy plana conduce a un pequeño cambio en el voltaje general de la celda que causa un gran cambio en la lectura del "Estado de carga" de la batería.

Tenga en cuenta que el efecto de memoria ocurre solo con NiCads, y nunca estuvo realmente presente en ninguna otra química celular. La combinación de los tipos de baterías y la suposición ingenua de que todas las baterías son iguales es lo que ha llevado a creer que todas las baterías necesitan un ciclo periódico.

Probablemente sea más preciso pensar en las baterías como capaces de almacenar y liberar una cierta cantidad de energía, en lugar de ser capaz de resistir un cierto número de ciclos. Si esta energía se libera en 500 semiciclos o 1000 cuartos de ciclo no es relevante (una mayor profundidad de descarga en realidad reducirá la capacidad total de energía total de las baterías, aunque no significativamente a menos que las baterías se descarguen por completo ).

Los fabricantes que afirman que debe descargar y recargar completamente la batería de sus dispositivos están indicando esto únicamente para que la electrónica de medición de carga de la batería interna pueda calibrarse adecuadamente. Básicamente, con el tiempo, la medición del estado de carga se desviará debido a una ligera variación en la eficiencia de carga y descarga de la batería (básicamente, es un integrador). Un solo ciclo completo permite que la electrónica mida con precisión la capacidad de la batería sin tener que adivinar el estado de la batería. El hecho de que, si no se realiza un ciclo completo, la electrónica de medición de la batería informará incorrectamente el estado de la batería, ha llevado a la perseverancia del mito del efecto de memoria. La batería no ha cambiado realmente, la electrónica simplemente informa un estado de carga incorrecto.

Hasta donde sé, la mayor causa de reducir gradualmente la vida útil de la batería en la electrónica es el tiempo. Las baterías de litio en realidad tienen una vida útil clasificada en unos pocos años, se utilicen o no . Las prácticas de almacenamiento adecuadas pueden extender esta vida útil, pero se deteriorarán con el tiempo, sin importar el uso que le dé .

Los ciclos de litio profundos en realidad son bastante malos para ellos. No lo haga a menos que tenga que hacerlo (trate de mantenerse por encima del 20% del COS).

Nota: Me estoy saltando algunas cosas, como los problemas con el crecimiento de bigotes en nicads. Consulte el siguiente enlace en NiCad para leer más.

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