Как батарея может зарядить другую батарею до более высокого процента?

Иногда легче понять схему в контексте воды. То, что вы представляете, — это два резервуара с водой одинакового размера, соединенные трубой, которая запечатана. Если в одном резервуаре содержится 5% воды, а в другом — 35% воды, при удалении уплотнения резервуары уравниваются, и в обоих резервуарах остается по 20%.

Что вы забываете, так это то, что, как и батареи, резервуары для воды бывают разной емкости. Большой аккумуляторный блок «бак для воды» больше похож на бак, в 4 раза превышающий размер «бака для воды» телефона. Когда вы снимаете уплотнение, резервуар для воды телефона легко наполняется, а источник, резервуар для воды с батарейным блоком все еще имеет много воды. Зарядка работает аналогично, за исключением того, что вы не можете «видеть» заряд, как с водой в резервуаре для воды.

Так что же происходит, когда у вас есть большой резервуар с водой на том же уровне, что и меньший резервуар? Несмотря на то, что в большем резервуаре содержится больше воды, поскольку они находятся на одном уровне воды, они находятся в равновесии, и поэтому один не «заряжает» другой. Точно так же достаточно разряженная батарея, даже с большой емкостью, может иметь низкий заряд и не заряжать телефон.

Надеюсь, это объясняет это.

Редактировать: В свете нескольких комментариев, возможно, было бы неточно представить два резервуара один рядом с другим, но, скорее, было бы более точно представить себе большой аккумуляторный бак сверху, чтобы заполнить аккумуляторный бак телефона внизу, поскольку потенциально все заряд может передаваться от большого аккумуляторного блока к аккумулятору телефона.

При подключении телефона к аккумулятору батареи не соединяются параллельно. Я предполагаю, что именно отсюда исходит ваше предположение о равновесии с равным напряжением -> равным процентом заряда.

Такое замыкание литий-ионных / литий-полимерных (LiPo) элементов, вероятно, приведет к тому, что один или оба буквально загорятся от больших токов или от перезарядки / чрезмерной разрядки. (Схема для предотвращения чрезмерной разрядки, даже если зарядный кабель закорочен, абсолютно необходима).

Есть несколько ссылок на видео на YouTube о возгорании литиевой батареи на недавнем вопросе Electronics.SE о разработке собственного зарядного устройства. (TL:DR: чертовски опасно думать об этом для самодельного дизайна, потому что литиевым элементам нужно МНОГО защитных схем, чтобы быть в основном безопасными.)

Таким образом, вся идея соединения элементов вместе и обеспечения выравнивания их напряжений «естественным образом» просто совершенно нежизнеспособна для современных батарей.

Зарядные устройства используют импульсные источники питания постоянного тока для зарядки постоянным током. Они используют катушки индуктивности для эффективного преобразования в другое напряжение (более высокое или более низкое). (Например, чтобы получить более низкое напряжение, см. это подробное объяснение понижающего преобразователя , в котором не используется трансформатор, а только катушка индуктивности. Также обсуждение многофазных понижающих преобразователей, используемых на материнских платах компьютеров .)

В аналогии с водой , где вода представляет собой заряд, а давление представляет собой напряжение: преобразователь подобен насосу, который может перемещать заряд из нижнего резервуара в верхний резервуар. (напряжение = давление = потенциальная энергия гравитации (на единицу объема / заряда).) Небольшая часть переданной энергии теряется из-за неэффективности преобразования. (Возможно пару %, ИДК).

Поскольку емкость внешнего аккумуляторного блока больше, чем емкость аккумуляторного блока телефона, должно быть очевидно, что перемещение заряда из большого резервуара в малый может привести к разрядке аккумулятора телефона с 5% до 100%, при этом только сбросив аккумулятор. упаковка от 35% до 12%. Я не думаю, что это то, о чем на самом деле был вопрос.

Просто чтобы сделать еще более очевидным, почему батареи не просто соединяются вместе для выравнивания: некоторые батареи могут иметь несколько последовательно соединенных элементов вместо одного большого элемента. Обычно это связано с физическими причинами конструкции, а не с целью получения более высокого напряжения, поскольку преобразователи постоянного тока в любом случае будут использоваться для получения напряжения питания в диапазоне от 1 до 2 В для питания большинства электронных устройств.

Поскольку литиевые элементы настолько привередливы и опасны, подключать их параллельно, а не последовательно, неразумно. Одна ячейка может в конечном итоге взять на себя большую часть тока. Поэтому вместо этого они соединены последовательно со схемой для каждой ячейки, чтобы обойти ее, прежде чем она перезарядится или недозарядится.

Передача энергии между телефоном и аккумулятором происходит по кабелю USB , который работает при напряжении 5 В. (Или, с сигнализацией о подаче питания через USB, заряжаемое устройство может сигнализировать о том, что оно может принимать до 20 В, что обеспечивает более высокую мощность при той же тока для уменьшения резистивных потерь и обеспечения более быстрой зарядки без превышения безопасных пределов тока для кабеля/разъемов.)

Ключевым здесь является напряжение обеих батарей. Аккумулятор в телефоне вообще на напряжение 3,7В. Батарейный блок имеет более высокое напряжение или цепь, которая подает на телефон напряжение 5 В. Итак, пока напряжение, которым вы заряжаете телефон, выше, чем у аккумулятора, процент мощности в нем не имеет значения, и телефон заряжается.

Для iPhone номинальное напряжение батареи составляет 3,8 В, а аккумуляторный блок, вероятно, будет воспроизводить выходное напряжение 5 В источника питания USB.

Таким образом, аккумуляторная батарея будет разряжаться, поскольку она пропускает ток через положительную клемму аккумулятора телефона и, таким образом, перезаряжает аккумулятор телефона.

Таким образом, только когда напряжение аккумуляторной батареи было меньше напряжения аккумуляторной батареи телефона, аккумулятор телефона не заряжался.

Приблизительно с точки зрения емкости батареи$C$мАч

$(100-5)C_{\text{phone}} = (35-12)C_{\text{pack}} \Rightarrow \dfrac{C_{\text{pack}}}{C_{\text{phone}}} \approx 4$

Это действительно должно быть сделано с точки зрения энергии, но процесс перезарядки не будет эффективным на 100%.

$3.8 (100-5)C_{\text{phone}} = 5 (35-12)C_{\text{pack}} \Rightarrow \dfrac{C_{\text{pack}}}{C_{\text{phone}}} \approx 3$

Напряжение не является частью этого объяснения. Ответ заключается в том, что каждый аккумулятор хранит определенное количество энергии. Это измеряется в джоулях.

На самом базовом уровне батарея вашего телефона имеет определенную емкость в джоулях, ваша внешняя батарея также имеет емкость в джоулях. Когда вы заряжаете батарею, вы передаете определенное количество джоулей от одной батареи к другой.

Физическая аналогия — наливание воды из ведра в кружку. Если ваше ведро вмещает 5 литров, а ваша чашка вмещает 500 мл, вы сможете наполнить чашку 10 раз.

То, что, кажется, сосредоточено на уровнях напряжения двух батарей, не имеет отношения к современной электронике. Импульсный источник питания (что-то вроде трансформатора постоянного тока вместо переменного) может преобразовывать низкое напряжение в высокое. В этом есть потери, поэтому вы сможете наполнить свою чашку объемом 500 мл только 9 раз, при этом одна чашка будет потеряна из-за различных потерь (преимущественно беспокойных и переключений).

Механическая аналогия все еще актуальна, и мы смогли построить устройства, которые могут качать воду до более высокого потенциала, по крайней мере, несколько сотен лет. См. Википедию Ram Pump . Идея в том, что вы можете взять потенциальную энергию из некоторого объема воды и добавить эту энергию в другой объем воды. Это общий принцип импульсных источников питания, но их неэффективность обычно намного выше, чем у механической системы. Эти два видео могут помочь дать более интуитивное представление о том, как это работает, и их интересно посмотреть видео 1 видео 2

Редактировать: я как-то пропустил ответ Питера Кордеса, в котором это сказано более красноречиво, я все равно оставлю это здесь, так как изучение насосов барана - хороший способ обернуть вокруг него голову.

В случае батарейных блоков требуется гораздо меньший вес, а также гораздо меньшие затраты на разработку / производство. Но важно быть больше (в смысле Ах).

Если вы нальете чашку чая из большого кувшина, чашка будет полной (100%), а уровень чая в кувшине уменьшится лишь немного.

Емкость Ач аккумуляторов почти всегда указана на их коробке, даже в случае вашего телефона, а также в вашем аккумуляторе.

Я могу добавить немного химии в надежде, что это будет полезно физикам и инженерам, обсуждающим процесс зарядки аккумуляторов сотовых телефонов с использованием аккумуляторов резервного источника питания.

Беттери — это устройства, которые преобразуют химическую энергию в электрическую и наоборот. Так называемые вторичные батареи работают в обоих направлениях, в то время как первичные батареи работают только в одном направлении (они бывают одноразового и бросового типа, и их нельзя заряжать). Здесь мы имеем дело с вторичными батареями, которые могут подвергаться нескольким циклам зарядки-разрядки.

Когда батарея работает, происходят химические реакции. Когда реакции происходят самопроизвольно, батарея работает как источник электроэнергии. Он может излучать свет, если используется в фонарике, приводит в действие вентилятор или даже заряжает другую батарею. Эти реакции связаны с определенными значениями электрических потенциалов. Положительные и отрицательные клеммы связаны с разными реакциями и, следовательно, с разными значениями потенциала. Разность потенциалов и есть напряжение батареи. При работе батареи происходят реакции, и разность потенциалов остается постоянной (идеальная батарея), потому что реакции остаются теми же. Однако его вместимость меняется — емкость уменьшается по мере слива. и емкость нарастает по мере зарядки (все при постоянном напряжении, для идеальной батареи).

Таким образом, существенное различие между зарядом-разрядом протока воды и зарядом-разрядом аккумулятора заключается в следующем: при вытекании или втекании воды уровень воды в емкости изменяется; однако в случае батареи напряжение не меняется (при условии идеальности, в действительности - меняется.

Ошибочно мнение, что заряд поступает в батарею, когда она заряжается, и уходит, когда она разряжается. ЗАРЯД ТОЛЬКО ЦИРКУЛИРУЕТ В БАТАРЕЕ, НЕ ВХОДИТ ИЛИ ВЫХОДИТ!

Энергоемкость (мощность в ватт-часах) резервного источника намного больше, чем у аккумуляторной батареи.

В клеточной батарее энергия преобразуется из химической в ​​электрическую в тепловую, во время разряда и из электрической в ​​химическую во время заряда, в то время как в батарее с резервным питанием энергия преобразуется из химической в ​​электрическую, когда она заряжает клеточную батарею, и из электрической в ​​химическую, когда она получает саму себя. заряжается от сети.

Надеюсь, что это добавит полезной информации, уже содержащейся в предыдущих обсуждениях.

П. Радхакришнамурти

Основной вопрос излишне усложняется ссылкой на аккумулятор телефона и его аккумуляторную батарею. Концентрация строго на двух «простых» батареях, одна из которых заряжена до 5% ее емкости, а другая заряжена до 35% ее емкости. Подразумевается , что тот , у кого больше заряд, может заряжать тот, у которого заряд меньше. Это не обязательно верно . Это зависит от того, какой аккумулятор имеет более высокое напряжение !
Чтобы зарядить аккумулятор , он должен получить более высокое напряжение, чем его текущее напряжение. Для литиевой батареи она полностью заряжена, когда ее напряжение «без нагрузки» составляет 4,2 В, и она заряжена на 5%, когда такое же напряжение составляет 2,8 В.

Если вы используете автомобильный аккумулятор на 12 В (даже если он заряжен только до 35%), вы, скорее всего, приведете к взрыву литиевой батареи (или, по крайней мере, к ее сильному нагреву).

Если вы используете батарею 5 В (на 35%), литиевая батарея будет заряжена до 4,2 В (100%), а дополнительные 0,8 В будут израсходованы из-за обычной неэффективности.

Если вы используете аккумулятор 2,8 В (даже если он заряжен на 100%), вы вообще не сможете зарядить литиевый аккумулятор !