¿La tensión de la batería realmente disminuye cuando se conecta a una carga, o simplemente parece hacerlo?

Question

Disculpe si estoy formulando esta pregunta de manera extraña. Estoy usando una batería de 3.7V y mi microcontrolador monitorea el voltaje y se pone en modo de suspensión si el voltaje de mi batería es demasiado bajo. El problema es que lee un voltaje más bajo de lo que muestra la batería si la desconecto y la verifico con mi multímetro. Por ejemplo, mi microcontrolador leería 3.65V cuando mi multímetro leería mi batería desconectada en 3.8V. ¿Está leyendo el microcontrolador el voltaje incorrectamente o debería considerar el voltaje con carga que mi microcontrolador está leyendo como el voltaje real?

Answer 1

Sí, efectivamente disminuye.

El efecto que ves se llama resistencia interna:

Una fuente de alimentación eléctrica práctica que es un circuito eléctrico lineal puede representarse como una fuente de voltaje ideal en serie con una impedancia. Esta impedancia se denomina resistencia interna de la fuente.

En pocas palabras, una batería no es una fuente de voltaje ideal. Una batería típica (es decir, fuente de voltaje no ideal) se verá así:

Lo que estás midiendo es el voltaje entre los terminales A y B. Según la Ley de Ohm:

$$U_{AB} = E * \frac{R}{R+r}$$

• Cuando no hay circuito, puedes imaginar que la resistencia interna en serie de tu voltímetro $R_{volt}$ toma el papel de $R$. Sin embargo, $R_{volt}$ suele ser tan grande (decenas o cientos de megaohmios) en comparación con $r$ (normalmente fracciones de ohmio) que $\frac{R_{volt}}{R_{volt}+r}$ tiende a 1, por lo que el voltaje medido en circuito abierto tiende al voltaje interno (real) de la batería $E$.

• Cuando hay un circuito cerrado con una resistencia en serie equivalente de $R$, podrás ver que el voltaje medido $U_{AB}$ disminuye proporcionalmente a $R$, de acuerdo con la fórmula anterior.

Por lo tanto, la caída de voltaje es real: el voltaje medido es el que recibe tu carga. Cuanto más corriente saque de la batería, menor será el voltaje que recibe.

Answer 2

Cuando la batería está abierta estás midiendo un voltaje de celda abierta. Cuando la batería está en el sistema, es el voltaje de celda cerrada bajo carga. Estás perdiendo algo de voltaje a través de la impedancia interna de la batería porque tu sistema está consumiendo corriente cuando se realiza la medición (por lo tanto, en los terminales el voltaje es efectivamente más bajo). Entonces ambas mediciones del MCU y del multímetro son correctas, la diferencia es que el multímetro tiene una carga de >1Mohm mientras que el MCU es mucho menor (probablemente consumiendo al menos mAs de potencia).

Puede haber otro efecto en juego. Las baterías muestran un fenómeno de recuperación donde, si se dejan abiertas sin carga, parte del voltaje se recuperará después de un intervalo de tiempo.

Answer 3

Cada batería tiene una cierta cantidad de resistencia de salida. ¿Qué sucede si pasa corriente a través de una resistencia? ¡Sí, hay una caída de voltaje! Entonces, cuanto más corriente extraigas de la batería, menor será el voltaje de salida.

Answer 4

Esto es cierto para todas las fuentes de alimentación

De hecho, las baterías disminuyen su voltaje al ser cargadas. Lo mismo sucede con todo lo demás.

El principal culpable es la Ley de Ohm, E=IR, donde la caída de voltaje a través de cualquier conductor es proporcional a la corriente que circula.

Parte de la disminución de voltaje de una batería es química, pero parte es simplemente la resistencia de los componentes internos de acuerdo a la Ley de Ohm.

Imaginemos que tienes una computadora de juegos extrema con 4 tarjetas de video en paralelo, el combo consume 1000 vatios al jugar. Pero solo está en la pantalla de inicio de Windows consumiendo solo 100 vatios. Los cables de alimentación están llevando 20A a 5V, y disminuyendo 0.01 voltios, por lo que las tarjetas reciben 4.99 voltios. (Los cables son de 2000 Siemens == 1/2000 ohmios).

En esta carga ligera, la fuente de alimentación de CA es ineficiente y tiene un pobre factor de potencia, por lo que está consumiendo 240VA o 2 amperios de los 120V de la red eléctrica. El cableado del circuito desde el panel está disminuyendo 0.4 voltios. La conductancia es de 5 Siemens == 1/5 ohmios.

Ahora enciendes tu juego más exigente. Consumiendo 200A a 5V, las pérdidas resistivas solamente dentro del cableado de tu PC aumentan a 0.1 voltios. Así que las tarjetas reciben 4.90 voltios. Esa es una disminución.

Mientras tanto, la fuente de alimentación consume 10A (1200VA) de la red de CA. La caída de voltaje en el cableado aumenta predeciblemente a 2.0 voltios, por lo que el voltaje en la fuente de alimentación es de 118V. Probablemente una fuente de alimentación conmutada consume un poco más de corriente para compensar, de lo contrario su voltaje de salida también disminuiría.

No se está consumiendo corriente en la tierra de seguridad, por lo que no disminuye. Medido desde tierra, el neutro es 1 voltio y el fase es 119 voltios. Y podemos utilizar esto para confirmar el cableado correcto. Es como la barra indicadora en una llave dinamométrica, no se dobla.

Por supuesto, caídas similares están ocurriendo todo el camino de regreso a la planta de energía. Allí, la carga aumentada (en amperios) hace descender el voltaje debido a la resistencia interna del generador, pero también debido a la potencia de la turbina. VA=W. Si A aumenta más allá de las especificaciones, V debe disminuir en proporción para que W pueda permanecer dentro de la capacidad de la turbina. Que la turbina se atasque y se ralentice no es una opción, porque es energía de CA y debe permanecer sincronizada.

Answer 5

Todas las baterías tienen un efecto memoria cuando se descargan, de modo que vuelven lentamente a cerca del voltaje anterior después de una carga breve. También hay una caída momentánea rápida en el voltaje debido a una carga de ESR*I = Δ V.

Por lo tanto, ambas mediciones deben tomarse al mismo tiempo para verificar la calibración de errores y considerar la cantidad de umbrales de histéresis necesarios para evitar la oscilación de ciclos de sueño y despertar.

La constante de tiempo del efecto memoria puede ser de varios a muchos minutos dependiendo de la corriente de fuga "sin carga" después de una carga.

Debido a estos efectos combinados que podrían calcularse para una celda dada (ΔV= ESR * V/Rload + t/ESR * C2) el voltaje de corte a menudo se reduce para capturar la carga almacenada en la capacitancia de memoria C2 siempre y cuando sepa que vuelve al umbral seguro Vmin. El envejecimiento rápido de la batería ocurre durante el tiempo por debajo de su umbral Vmin.

Revise la hoja de datos de la batería para más detalles.