Wie kann eine Batterie eine andere Batterie zu einem höheren Prozentsatz aufladen?

Manchmal ist es einfacher, Schaltkreise im Zusammenhang mit Wasser zu verstehen. Was Sie sich vorstellen, sind zwei gleich große Wassertanks, die durch ein abgedichtetes Rohr miteinander verbunden sind. Wenn ein Tank 5 % Wasser enthält und der andere 35 % Wasser, wenn Sie das Siegel entfernen, gleichen sich die Tanks an und Sie haben am Ende 20 % in beiden Tanks.

Was Sie vergessen, ist, dass Wassertanks wie Batterien unterschiedliche Kapazitäten haben. Ein großer Akku-"Wassertank" entspricht eher einem Tank, der viermal so groß ist wie der "Wassertank" des Telefons. Wenn Sie die Versiegelung lösen, ist der Wassertank des Telefons leicht gefüllt und die Quelle, der Wassertank des Akkupacks, enthält immer noch reichlich Wasser. Das Aufladen funktioniert ähnlich, außer dass Sie das Aufladen nicht wie bei Wasser in einem Wassertank „sehen“ können.

Was passiert also, wenn Sie einen großen Tank mit Wasser auf dem gleichen Niveau wie den kleineren Tank haben? Obwohl der größere Tank mehr Wasser fasst, befinden sie sich im Gleichgewicht, da sie sich auf demselben Wasserstand befinden, und so „lädt“ einer den anderen nicht auf. Ebenso kann ein ausreichend entladener Akku, selbst mit viel Kapazität, eine geringe Ladung haben und das Telefon nicht aufladen.

Hoffe das erklärt es.

Bearbeiten: Angesichts mehrerer Kommentare wäre es vielleicht ungenau, sich zwei Tanks nebeneinander vorzustellen, aber es wäre genauer, sich den großen Batterietank oben vorzustellen, um den Telefonbatterietank unten zu füllen, da möglicherweise alle Die Ladung könnte vom großen Akku auf den Akku des Telefons übertragen werden.

Wenn Sie Ihr Telefon an den Akku anschließen, werden die Zellen nicht direkt parallel geschaltet. Ich nehme an, hier kommt Ihre Vermutung eines Gleichgewichts mit gleicher Spannung -> gleichem Ladungsprozentsatz her.

Ein solches Kurzschließen von Lithium-Ionen- / Lithium-Polymer-Zellen (LiPo) würde wahrscheinlich dazu führen, dass eine oder beide durch die hohen Ströme oder durch Überladung / Überentladung buchstäblich Feuer fangen. (Eine Schaltung, die eine Tiefentladung selbst bei kurzgeschlossenem Ladekabel verhindert, ist unbedingt erforderlich).

Es gibt einige Links zu YouTube-Videos von Lithium-Batteriebränden zu einer kürzlichen Elektronik.SE-Frage zum Entwerfen Ihres eigenen Ladegeräts. (TL:DR: Es ist viel zu gefährlich, es für ein selbstgebautes Design in Betracht zu ziehen, weil Lithiumzellen eine Menge Schutzschaltungen benötigen, um weitgehend sicher zu sein.)

Die ganze Idee, Zellen miteinander zu verbinden und ihre Spannungen "natürlich" ausgleichen zu lassen, ist für moderne Batterien einfach nicht realisierbar.

Ladegeräte verwenden DC-DC-Schaltnetzteile, um mit konstantem Strom zu laden. Sie verwenden Induktivitäten, um effizient in eine andere Spannung (höher oder niedriger) umzuwandeln. (Um beispielsweise eine niedrigere Spannung zu erzeugen, siehe diese detaillierte Erklärung eines Abwärtswandlers, der keinen Transformator, sondern nur eine Induktivität verwendet. Außerdem eine Diskussion über mehrphasige Abwärtswandler, die auf Computer-Motherboards verwendet werden .)

In der Wasseranalogie , wo Wasser für Ladung und Druck für Spannung steht: Ein Konverter ist wie eine Pumpe, die Ladung von einem niedrigeren Reservoir zu einem höheren Reservoir bewegen kann. (Spannung = Druck = Gravitationspotentialenergie (pro Volumeneinheit / Ladung).) Ein kleiner Bruchteil der übertragenen Energie geht durch Ineffizienzen bei der Umwandlung verloren. (Vielleicht ein paar %, IDK).

Da die Kapazität des externen Akkupacks größer ist als die Kapazität des Akkupacks des Telefons, sollte es offensichtlich sein, dass das Bewegen der Ladung vom großen Reservoir zum kleinen Reservoir den Telefonakku von 5 % auf 100 % entladen kann, während der Akku nur entladen wird Packung von 35 % auf 12 %. Ich glaube nicht, dass die Frage wirklich darauf abzielte.

Nur um noch deutlicher zu machen, warum Batterien nicht einfach zum Ausgleich zusammengeschaltet werden: Manche Batterien haben statt einer großen Zelle mehrere Zellen in Reihe. Dies ist in der Regel eher aus physikalischen Designgründen als um eine höhere Spannung zu erhalten, da DC-DC-Wandler sowieso verwendet werden, um Versorgungsspannungen im Bereich von 1 V bis 2 V zu erzeugen, um die meisten elektronischen Geräte mit Strom zu versorgen.

Da Lithiumzellen so pingelig und gefährlich sind, ist es unklug, sie parallel statt in Reihe zu schalten. Eine Zelle könnte am Ende den größten Teil des Stroms aufnehmen. Stattdessen sind sie mit Schaltkreisen in Reihe geschaltet, damit jede Zelle sie umgeht, bevor sie über- oder unterlädt.

Die Stromübertragung zwischen Telefon und Akkupack erfolgt über ein USB-Kabel , das mit 5 V betrieben wird. (Oder mit der USB-Stromversorgungssignalisierung kann das zu ladende Gerät signalisieren, dass es bis zu 20 V aufnehmen kann, was gleichzeitig eine höhere Leistung ermöglicht Strom, um Widerstandsverluste zu reduzieren und ein schnelleres Laden zu ermöglichen, ohne die sicheren Stromgrenzen für das Kabel / die Anschlüsse zu überschreiten.)

Der Schlüssel hier ist die Spannung beider Batterien. Der Akku im Telefon hat im Allgemeinen eine Spannung von 3,7 V. Der Akku hat eine höhere Spannung oder einen Schaltkreis, der Ihrem Telefon eine Spannung von 5 V gibt. Solange also die Spannung, mit der Sie das Telefon aufladen, höher ist als die des Akkus, spielt der Prozentsatz der darin enthaltenen Leistung keine Rolle, und das Telefon wird aufgeladen.

Bei einem iPhone beträgt die Batteriespannung nominell 3,8 V, und das Batteriepaket würde wahrscheinlich die 5-V-Ausgangsspannung eines USB-Netzteils replizieren.

Der Akku würde also entladen werden, wenn er Strom in den Pluspol des Telefonakkus treiben würde, und somit den Telefonakku aufladen.

Nur wenn die Spannung des Akkupacks kleiner als die Spannung des Telefonakkus war, würde der Telefonakku nicht aufgeladen werden.

Als Annäherung in Bezug auf die Batteriekapazität$C$mAh

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

In Bezug auf die Energie sollte es wirklich getan werden, aber der Ladevorgang wird nicht zu 100% effizient sein.

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

Spannung ist kein Teil dieser Erklärung. Die Antwort ist, dass jeder Akkupack eine bestimmte Menge an Energie speichert. Diese wird in Joule gemessen.

Auf der einfachsten Ebene hat Ihr Telefonakku eine bestimmte Kapazität in Joule, Ihre externe Batteriebank hat auch eine Kapazität in Joule. Wenn Sie den Akku aufladen, übertragen Sie eine bestimmte Anzahl von Joule von einem Akku auf einen anderen.

Die physikalische Analogie ist das Gießen von Wasser aus einem Eimer in einen Becher. Wenn Ihr Eimer 5 l und Ihr Becher 500 ml fasst, können Sie Ihren Becher 10 Mal füllen.

Das Bit, auf das mit den Spannungspegeln der beiden Batterien fokussiert zu sein scheint, ist bei moderner Elektronik nicht relevant. Ein Schaltnetzteil (ein bisschen wie ein Transformator für DC statt AC) kann eine Niederspannung in eine Hochspannung umwandeln. Dabei gibt es Verluste, sodass Sie Ihren 500-ml-Becher möglicherweise nur 9 Mal füllen können, wobei ein Becher durch verschiedene Verluste verloren geht (vorwiegend unruhig und wechselnd).

Die mechanische Analogie gilt immer noch und wir können seit mindestens ein paar hundert Jahren Geräte bauen, die Wasser auf ein höheres Potential pumpen können. Siehe Wikipedia Ram Pump . Die Idee ist, dass Sie die potenzielle Energie aus einem Wasservolumen entnehmen und diese Energie einem anderen Wasservolumen hinzufügen können. Dies ist das allgemeine Prinzip hinter Schaltnetzteilen, aber die Ineffizienzen sind typischerweise viel höher als die des mechanischen Systems. Diese beiden Videos könnten dazu beitragen, ein intuitiveres Gefühl dafür zu vermitteln, wie dies funktioniert, und sind ein interessantes Video zum Ansehen von Video 1 , Video 2

Bearbeiten: Irgendwie habe ich die Antwort von Peter Cordes verpasst, die dies eloquenter ausdrückt. Ich werde dies trotzdem hier belassen, da ein Blick in Ram-Pumpen eine gute Möglichkeit ist, sich darum zu kümmern.

Im Falle der Batteriepakete gibt es eine viel geringere Gewichtsanforderung und auch viel geringere Entwicklungs-/Herstellungskosten. Aber es ist wichtig, größer zu sein (im Sinne von Ah).

Wenn Sie eine Tasse Tee aus einer großen Kanne füllen, ist die Tasse voll (100 %), während der Teepegel in der Kanne nur geringfügig abnimmt.

Die Ah-Kapazitäten der Akkus stehen fast immer auf der Verpackung, auch bei Ihrem Telefon und auch in Ihrem Akkupack.

Ich darf ein wenig Chemie hinzufügen, in der Hoffnung, dass es für die Physiker und Ingenieure von Nutzen wäre, die den Ladeprozess von Handy-Akkus mit Notstromquellen-Akkus diskutieren.

Betterien sind Geräte, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln und umgekehrt. Die sogenannten Sekundärbatterien arbeiten in beide Richtungen, während Primärbatterien nur in eine Richtung arbeiten (sie sind vom Gebrauchs- und Wurftyp und können nicht aufgeladen werden). Hier handelt es sich um Sekundärbatterien, die mehrere Lade-Entlade-Zyklen durchlaufen können.

Wenn eine Batterie funktioniert, treten chemische Reaktionen auf. Wenn die Reaktionen spontan auftreten, arbeitet die Batterie als elektrische Energiequelle. Es kann Licht erzeugen, wenn es in einer Taschenlampe verwendet wird, einen Lüfter antreiben ODER sogar eine andere Batterie aufladen. Diese Reaktionen sind bestimmten Werten elektrischer Potentiale zugeordnet. Die positiven und negativen Anschlüsse sind mit unterschiedlichen Reaktionen und damit unterschiedlichen Potentialwerten verbunden. Die Differenz der Potentiale ist die Spannung der Batterie. Während die Batterie arbeitet, treten die Reaktionen auf und die Potentialdifferenz bleibt konstant (ideale Batterie), weil die Reaktionen gleich bleiben. Seine Kapazität ändert sich jedoch - die Kapazität nimmt mit zunehmender Entleerung ab. und die Kapazität baut sich beim Laden auf (alles bei konstanter Spannung für eine ideale Batterie).

Der wesentliche Unterschied zwischen dem Wasserfluss Laden-Entladen und dem Laden-Entladen einer Batterie ist also folgender: Wenn das Wasser aus- oder einströmt, ändert sich der Wasserstand im Behälter; Im Falle einer Batterie ändert sich die Spannung jedoch nicht (unter der Annahme von Idealität ändert sie sich in Wirklichkeit).

Es ist ein Irrglaube, dass Ladung in eine Batterie fließt, wenn sie geladen wird, und Ladung herausfließt, wenn sie entladen wird. LADUNG ZIELT NUR IN EINER BATTERIE UM, FLIESST NICHT EIN ODER AUS!

Die Energiekapazität (Wattstundenkapazität) der Backup-Quelle ist viel größer als die der Zellenbatterie.

In einer Zellenbatterie wird Energie während des Entladens von chemisch zu elektrisch in Wärme umgewandelt und während des Ladens von elektrisch zu chemisch, während in der Notstrombatterie Energie von chemisch zu elektrisch umgewandelt wird, wenn sie die Zellenbatterie auflädt, und von elektrisch zu chemisch, wenn sie sich selbst erhält vom Netz aufgeladen.

Ich hoffe, dies ergänzt die nützlichen Informationen, die bereits in den früheren Diskussionen enthalten waren.

P. Radhakrishnamurty

Die Hauptfrage wird unnötig verkompliziert, indem auf einen Telefonakku und seinen Akkupack angespielt wird. Konzentriert sich strikt auf zwei "einfache" Batterien, von denen eine auf 5% ihrer Kapazität und die andere auf 35% ihrer Kapazität geladen wird. Die Implikation ist, dass derjenige mit der größeren Ladung denjenigen mit der kleineren Ladung aufladen kann. Dies ist nicht unbedingt wahr . Es kommt darauf an, welche Batterie die höhere Spannung hat !
Um eine Batterie aufzuladen , muss sie eine höhere Spannung als ihre aktuelle Spannung erhalten. Bei einer Li-Batterie ist sie vollständig geladen, wenn ihre "Leerlauf"-Spannung 4,2 V beträgt, und sie ist zu 5 % geladen, wenn dieselbe Spannung 2,8 V beträgt.

Wenn Sie eine 12-V-Autobatterie verwenden (selbst wenn sie nur zu 35 % aufgeladen ist), wird die Li-Batterie wahrscheinlich explodieren (oder zumindest sehr heiß werden).

Wenn Sie eine 5-V-Batterie (bei 35 %) verwenden, wird die Li-Batterie auf 4,2 Volt (100 %) aufgeladen und die zusätzlichen 0,8 V werden aufgrund der normalen Ineffizienz verbraucht.

Wenn Sie einen 2,8-V-Akku verwenden (selbst wenn er zu 100 % geladen ist), können Sie den Li-Akku überhaupt nicht aufladen !