Не понимаю как это работает

Всем привет, подскажите, как работает эта схема.
или как это должно работать? Две батарейки каждая 3.6 вольт. Тестером замеряю показывает 7.2
Но после того как устройство отработало ресурс батарейки и перестало работать, я замеряю тестером, одна батарейка показывает меньше 0.5 вольта, вторая показывает 3.3. На тестере общая, показывает 3.4 примерно.

0

Помню, была об этом статья в "Радио" в 80-х годах. Именно для защиты при глубоком разряде от переполюсовки, которая способствует вытеканию электролита.
Гуглевый ИИ утверждает, что это были статьи в № 8 за 1981 год, страница 61 (рубрика «Обмен опытом» / «Радио — начинающим»), а также № 11, 1980 г. в статье, посвященной экономичным режимам питания карманных приемников и № 1, 1983 г. (стр. 55) в разделе «Наша консультация» подробно расписывалось, почему именно кремниевые диоды (например, КД521) предпочтительнее для мощной нагрузки, а германиевые — для токов в единицы миллиампер.

В самой статье 1981 года наглядно пояснялось, что при падении ЭДС одного из элементов ниже нуля, из-за тока всей остальной цепочки, «уставший» элемент начинает работать как потребитель (резистор), внутри него закипает электролит и падает внутреннее сопротивление. Параллельный диод предотвращает это, ограничивая обратное напряжение на уровне 0,2 В (для германия) или 0,7 В (для кремния)

Запрос к ИИ был сформулирован так: "статья в журнале "Радио", где-то 70-е или 80-е годы, об обратносмещенных диодах параллельно батарейкам при последовательном соединении", "В каком именно номере журнала была статья и как она называлась?" Желающие могут почитать его ответы с пояснениями сами.

Для двух элементов это не сильно актуально, а вот когда батареек в цепочке 6-8, уже может иметь смысл.

1

Сообщение от Eduard0704 Не понимаю как это работает

Вот здесь почитайте.

0

А почему диоды там, а не между нагрузкой и батареей?

0

Потому что там течет ток, вызывающий преполюсовку севшего элемента.

0

Для защиты от переполюсовки диоды соединяют по мостовой схеме

0

Сообщение от Dushevny Гуглевый ИИ утверждает, что это были статьи в № 8 за 1981 год, страница 61 (рубрика «Обмен опытом» / «Радио — начинающим»), а также № 11, 1980 г. в статье, посвященной экономичным режимам питания карманных приемников и № 1, 1983 г. (стр. 55) в разделе «Наша консультация» подробно расписывалось, почему именно кремниевые диоды (например, КД521) предпочтительнее для мощной нагрузки, а германиевые — для токов в единицы миллиампер.

По этим ссылкам страницам (и даже номерам) ничего не нашёл. (хотя и поставил вам + за одну из правильных формулировок).

Сообщение от Eduard0704 Не понимаю как это работает

(когда-то я это встречал в журналах, и даже попадалось когда учился, но был не уверен - там в самой в самой химии батареи (давно было) поэтому нашёл откуда вообще растут ноги, и в чём вообще смысл - это полностью раскрывает сам изобретатель в своём патенте:
Патент 30/12/1952 года Series connected cells with individual rectifier shunts здесь

Защита от переполюсовки - это не то что здесь многие выше написали - это не от физического неправильного включения батареи.
Представим 6 последовательно соединённых элементов. Через все течёт один и тот же ток:
Слабый элемент разряжается первым. Сначала его напряжение падает:

1.2 -> 1.0 -> 0.5 -> 0.1 -> 0 В.

Но остальные пять ещё имеют энергию и продолжают создавать ток через последовательную цепь. А ток через слабый элемент не может сам по себе прекратиться, потому что он последовательно включён.

И тогда начинается самое интересное:
То есть напряжение на нём переходит через ноль и меняет знак:
+0.1 -> 0 -> -0.1 -> -0.2 В
Вот это и называется переполюсовкой элемента (cell reversal / polarity inversion).
Именно это и описывает патент US2624033A: одни элементы исчерпывают ёмкость раньше других, а при продолжении разряда батареи оставшиеся элементы заставляют ток идти через уже разряженный элемент и тем самым заряжают его в обратном направлении.

и потом усовершенствование (другие типы диодов и даже резистор в цепи каждой батареи)
Патент от 04/12/1985 года Silicon diode looping element for protecting a battery cell здесь

Теперь возьмём всего два последовательных элемента и нагрузку R :
Пока оба нормальные:

ΣU = U1+U2 = 1.3+1.3 = 2.6V

Допустим, B2 имеет меньшую ёмкость и разрядился первым. В какой-то момент:

U2 = 0V

Но B1 всё ещё создаёт ЭДС. Поэтому цепь фактически становится:
Ток никуда не исчез. Он определяется примерно:

I= (E1+E2)/(R+r1+r2)

При E2 ≈ 0 остаётся:

I= (E1)/(R+r1+r2)

И этот ток принудительно проходит через разряженный B2.
Если продолжать разряд, электрохимическая реакция B2 уже не может поддерживать ток в нормальном направлении и напряжение на нём становится отрицательным.
Например:

U1=1.2V, U2=-0.3V

Тогда на нагрузке всё ещё:
Uload=1.2-0.3=0.9V

То есть нагрузка продолжает работать!
Вот это, кстати, ключевой момент. Нагрузка одновременно является частью цепи, через которую исправный B1 загоняет B2 в обратный заряд.
Можно даже представить эквивалентно:
А с диодом:
Когда B2 нормальный, D2 закрыт.
Когда B2 пытается переполюсоваться, D2 открывается и получается приблизительно:
И B1 продолжит питать нагрузку через D2, а B2 будет в значительной степени исключён из разрядного тока.

тут заметочка: диод начинает проводить не точно при 0 В. Для кремниевого потребуется порядка 0.6-0.7В обратного напряжения на элементе, для германиевого или Schottky - порядка 0.2-0.4В. Поэтому элемент всё-таки успеет немного уйти в отрицательное напряжение.

ps: т.е. смысл есть и даже при двух последовательно соединённых элементах. Один элемент может разрядиться раньше второго, а второй через нагрузку продолжит проталкивать ток через него и может вызвать переполюсовку. Поэтому убирать эти диоды не надо.

pps: я это всегда помнил (про смысл), но никогда не вникал так дотошно (деньги зарабатывал) - поэтому так конкретно и решил разобраться...

1

Сообщение от Python_Val По этим ссылкам страницам (и даже номерам) ничего не нашёл

"Мопед не мой!" Все претензии к железной тетке. Статья такая была - зуб даю (у меня их мало осталось, прошу оценить серьезность предложения!).

Сообщение от Python_Val т.е. смысл есть и даже при двух последовательно соединённых элементах. Один элемент может разрядиться раньше второго, а второй через нагрузку продолжит проталкивать ток через него и может вызвать переполюсовку. Поэтому убирать эти диоды не надо.

Вы в своих расчета исходите из того, что когда второй элемент разрядился в ноль, первый выдает как новый. На практике это совсем не так и по моим наблюдениям первый к моменту подыхания второго выдает около 0.8 В и устройство, рассчитанное на работу от двух элементов при питании от дохлого одного и полудохлого второго элементов уже свои функции не выполняет. Через очень большое время в таком состоянии напряжение на элементах теоретически может сравняться с точностью до знака, диод же уменьшит обратное напряжение на сдохшем элементе с 0.8 до 0.6. Разница, на мой взгляд, несущественная именно для варианта с двумя элементами. Но удалять диоды, действительно, не стоит. Стоит лишь убедиться, что обратный ток установленных в устройство пренебрежительно мал и не влияет на общее время работы.

0

Сообщение от Dushevny Вы в своих расчета исходите из того

для двух примерно одинаковых элементов практическая польза диодов действительно значительно меньше, чем для батареи из 6–8 элементов. Но физический механизм переполюсовки никуда не исчезает, и утверждение “устройство уже не работает, поэтому проблемы нет” неверно.

0

Сообщение от Python_Val утверждение “устройство уже не работает, поэтому проблемы нет” неверно.

А если подумать над простым соображением, что на устройство поступает напряжение с крайних выводов батареи, со всех последовательно соединённых элементов, и устройству неведомо, что там за напряжения в середине батареи, и если один из элементов "сел" или даже изменил полярность, то это всего лишь уменьшение напряжения питания ниже допустимого, то какая разница, на сколько?

0

Сообщение от i8085 если один из элементов "сел" или даже изменил полярность, то это всего лишь уменьшение напряжения питания ниже допустимого, то какая разница, на сколько?

Это если ниже допустимого. Но возьмем сборку из 24 свинцово-кислотных ячеек. В идеале напряжение на каждой меняется от 1.75 до 2.1 В, то есть напряжение на батарее 42 - 50.4 В. А теперь что будет, если одна ячейка высажена в ноль, но на остальных сохранилось 1.9 В. А будет 43.7 В, которые устройством воспринимаются как аккумулятор, заряженный аж на 20%. При том, что переполюсовка, о которой говорил Dushevny, уже началась.
Впрочем, как по мне, такое включение диодов характерно скорее для солнечных батарей, где одна ячейка может просто случайно оказаться в тени, и надо пустить ток в обход нее.

0

Сообщение от Python_Val для двух примерно одинаковых элементов практическая польза диодов действительно значительно меньше, чем для батареи из 6–8 элементов. Но физический механизм переполюсовки никуда не исчезает, и утверждение “устройство уже не работает, поэтому проблемы нет” неверно.

Сообщение от i8085 А если подумать над простым соображением, что на устройство поступает напряжение с крайних выводов батареи, со всех последовательно соединённых элементов, и устройству неведомо, что там за напряжения в середине батареи, и если один из элементов "сел" или даже изменил полярность, то это всего лишь уменьшение напряжения питания ниже допустимого, то какая разница, на сколько?

С точки зрения работоспособности устройства согласен: оно видит только суммарное напряжение батареи и при двух разряженных элементах, скорее всего, уже давно не работает. Но назначение диода не в поддержании питания устройства, а в ограничении обратного напряжения на отдельном элементе. Даже после прекращения нормальной работы устройства через него может продолжать течь небольшой ток, способный длительно переполюсовывать слабый элемент. Поэтому для двух одинаковых элементов практический эффект действительно невелик, особенно с обычным Si-диодом, но физический смысл защиты сохраняется. Для Schottky и/или при значительном разбросе ёмкости эффект уже заметнее.

ps: я точно это помню (учил когда-то неорганическую химию).

0

Сообщение от i8085 , то это всего лишь уменьшение напряжения питания ниже допустимого, то какая разница, на сколько?

Там диоды, походу, как байпасы стоят, что бы пустить ток в обход элемента, который на грани этой переполюсовки. Т.к. если в нём происходит переполюсовка (или его напряжение падает ниже некоего предела) и он остаётся под током всей сборки батарей, то в нём начинают ускоренно идти электрохимические процессы с выделением газа и жидкости. Как итог этот элемент быстро протечёт. А с диодом он протечёт существенно позже т.к. эти вышепомянутые процессы будут идти с обычной скоростью саморазряда. Ну как то так получается если верить иишницам и поиску.

0

Сообщение от Python_Val Для Schottky и/или при значительном разбросе ёмкости эффект уже заметнее.

У Шоттки и обратный ток сильно больше, в некоторых устройствах может быть сравним с потреблением самого устройства.

Добавлено через 20 минут

Сообщение от COKPOWEHEU Это если ниже допустимого. Но возьмем сборку из 24 свинцово-кислотных ячеек

Я несколько раз писал, что для батареи из 4-6-8 элементов это имеет смысл, но мы обсуждаем конкретное устройство с питанием от двух элементов и процитированный вами текст относится именно к нему.

Добавлено через 3 минуты
Вот сейчас еще раз прочитал исходное сообщение - там батарейки по 3.6 вольт, то есть литий, а для лития переполюсовка опасна возгоранием. Поэтому в данном устройстве диоды могут служить защитой от пожара.

0

Сообщение от Dushevny в данном устройстве диоды могут служить защитой от пожара.

Угу. Особенно если вспомнить, какой там ток нагрузки - несколько лет от батарейки.

1

Сообщение от i8085 Угу. Особенно если вспомнить, какой там ток нагрузки - несколько лет от батарейки.

Добавлю недостающие данные. Замерили на выходных все.

Средний ток нагрузки около 50-60 миллиампер, но в таком режиме работает 1 раз в сутки и около 30 секунд.
Потом устройство засыпает и потребляет на уровне утечки, около 10 микроампер.

Устройство корректно работает от 8 вольт до 5 вольт.
Но начиная от 5 вольт до 3.5 устройство включается, но не выходит на связь, но при этом потребляет свои 60 мА и даже чуть больше. Начиная от 3.5 Оно уже не включается.

Добавлено через 18 минут

Сообщение от Python_Val ps: т.е. смысл есть и даже при двух последовательно соединённых элементах. Один элемент может разрядиться раньше второго, а второй через нагрузку продолжит проталкивать ток через него и может вызвать переполюсовку. Поэтому убирать эти диоды не надо.

У нас так и получается, как я уже писал, одна батарейка была разряжена до 0.5 вольт, а вторая выдавала почти полные 3.4 вольта. т.е. как вы писали, в таком случае, велика вероятность что пойдет обратное напряжение на севшую батарейку, около 3.4 вольт и около 100 мА.
Так как трекер потребляет около 50мА при 7.2вольт.

0

Если у вас литиевые аккумуляторы, то должна быть и микросхема (или логика в контроллере) контроля разряда. Если она допускает запуск при менее чем 5 В для Li-ion и 4 В для LiFe, так надо с ее исправления начать.
А еще хорошо бы балансировщик или хотя бы защиту от перезаряда на каждую ячейку. Диоды тут не помогут никак. Литиевые аккумуляторы считаются довольно нежными и могут неадекватно отреагировать на превышение / снижение напряжения.

0

Сообщение от COKPOWEHEU Литиевые аккумуляторы считаются довольно нежными

Кроме литиевых аккумуляторов есть ещё литиевые батарейки. Они как раз не нежные и предназначены для суровых погодных условий.

0

Сообщение от stele предназначены для суровых погодных условий

Тогда задача ещё проще - достаточно ТУ почитать, и сделать, как там написано.

0

Сообщение от i8085 Тогда задача ещё проще - достаточно ТУ почитать, и сделать, как там написано.

И если мне память не изменяет эти литиевые батарейки так и разряжаются в ноль практически мгновенно с номинального напряжения. Т.е. они максимально долго держат напряжение близкое к номинальному в широком диапазоне температур (особенно отрицательных), а потом всё и резко нуль.

0

Сообщение от COKPOWEHEU Если у вас литиевые аккумуляторы, то должна быть и микросхема (или логика в контроллере) контроля разряда

Это батарейки, нет никаких контролеров разряда или балансировщиков, боюсь если я их поставлю, то все эти балансировщики сами съедят всю емкость за 2 года.

Сообщение от stele Они как раз не нежные и предназначены для суровых погодных условий.

Все верно, мы их в морозилку на неделю засунули в -25 примерно и просадки по напряжению вообще не видать при нагрузке.

0