負荷に接続すると、バッテリーの電圧は実際に低下しますか?


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この質問に不思議な言葉をかけているとすみません。3.7Vバッテリーを使用していますが、マイクロコントローラーが電圧を監視し、バッテリー電圧が低すぎるとスリープ状態になります。問題は、バッテリーを取り外してマルチメーターで確認すると、バッテリーが示す電圧よりも低い電圧を読み取ることです。たとえば、マルチメーターが接続されていないバッテリーを3.8Vで読み取る場合、私のマイクロコントローラーは3.65Vを読み取ります。マイクロコントローラーが電圧を誤って読み取っていませんか、またはマイクロコントローラーが読み取っている負荷電圧を実際の電圧として扱う必要がありますか?


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マルチメーターでバッテリーを接続中と切断中の両方で測定していますか、それともマイクロコントローラーの内部のものを比較していますか?可能であれば、マルチメーターを使用して、コントローラーが接続されている間に測定を行います。
mbrig

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車のバッテリーは接続されていないときは13Vを超えていますが、エンジンを始動すると10.5Vまで低下します。どの電圧が正しいですか?どちらも。
マスト

メモを追加します。リチウムイオンなどの一部のバッテリーは、直列抵抗の概念によってかなりよくモデル化されています。アクセスできない真のセル電圧があり、Vout + Iout * ESRに等しくなります。負荷を取り除くと、電圧はすぐに回復します。しかし、鉛蓄電池またはアルカリ電池では、負荷を取り除いてから最終的な開回路電圧に回復するまでにさらに長い時間がかかる場合があります。つまり、抵抗と直列の電圧源よりも複雑です。ある種の長い時定数の電圧回復が発生します。
mkeith

要件に最適な回答を受け入れる必要があります。
ラッセルマクマホン

回答:


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はい、低くなります。

あなたが見る効果は内部抵抗と呼ばれます:

線形電気回路である実用的な電源は、インピーダンスと直列の理想的な電圧源として表されます。このインピーダンスは、ソースの内部抵抗と呼ばれます。

簡単に言えば、バッテリーは理想的な電圧源ではありません。典型的なバッテリー(つまり、理想的でない電圧源)は次のようになります。

Non-ideal voltage source with a resistive load

測定しているのは、端子AとB間の電圧です。オームの法則によると:

UAB=ERR+r

  • 回路がない場合、電圧計の内部直列抵抗RvoltRの役割を果たすことを想像できます。ただし、Rvoltは通常r(通常は1オームの端数)に比べて非常に大きい(数十または数百メガオーム)ので、RvoltRvolt+rは1になる傾向があるため、測定された開回路電圧はバッテリーの内部(真)電圧になる傾向があります。E

  • Rの等価直列抵抗を持つ閉回路ある場合、測定電圧U A Bが比例して低下することがわかります。RUABR

したがって、電圧降下実際に発生します。測定された電圧が負荷になります。バッテリーから流れる電流が多いほど、取得する電圧は低くなります。


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バッテリーが開いているとき、オープンセル電圧を測定しています。バッテリーがシステム内にあるとき、それは負荷下のクローズドセル電圧です。測定が行われているときにシステムが電流を引き込んでいるため、バッテリーの内部インピーダンスの両端で電圧が低下しています(したがって、端子では実際に電圧が低くなっています)。したがって、MCUとマルチメータの両方の測定値が正しく、違いはマルチメータの負荷が1MΩを超えているのに対し、MCUの方がはるかに低いことです(おそらく少なくともmAの電力を消費するため)。

プレイには別の効果があるかもしれません。バッテリーは、無負荷状態でセルを開いたままにしておくと、一定の時間後に電圧の一部が回復する回復現象を示します。


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そのため、バッテリーが3.6Vのときにマイクロコントローラーをスリープ状態にしたいのです。負荷がかかった状態で接続されたクローズドセル電圧は、オープンセル電圧よりも0.2V低いようです。マイクロコントローラーが3.4Vを読み取ったときにスリープする必要がありますか?または、まだ3.8Vのオープンセルが表示されていても、3.6Vを読み取ったときにスリープしますか?
タパティオソンブレロ

それは一つのオプションです。オープンセル電圧とクローズドセル電圧を相関させ、線形マッピングを想定しています。ただし、セルによっては内部インピーダンスが異なる場合があることに注意してください。製品コーナーを大量生産している場合は、マッピングの内容を把握するためにデータの調査を行う必要があります。もう1つのオプションは、システムを可能な限り低電力状態にすることです(すべての周辺機器と機能をオフにし、MCUが何らかの低電力状態になることを期待します)。その後、非常に軽い負荷で電圧を測定できれば、MCUとマルチメーターの読み取り値が近くなり、エラーが少なくなります。
イージーオーム

また、バッテリーの化学的性質も確認してください。安全なシャットダウンのための厳しい要件がないことを確認してください。測定エラーによってセルが安全でない状態に陥ることがないようにする必要があります。リストした電圧で、リチウムバッテリーを想定していても大丈夫ですが、言及する価値があると考えました。
EasyOhm

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@fishinear-" OPはすべてのコメントの通知を受け取ります "それは動作しません(質問の "OP"を意味すると仮定)。あなたは上のコメントの答えではない上、ご質問、まだコメントは暗黙的に向けられた質問の OP - タパティオこのMeta.SEの投稿を参照してください。受け入れられた回答には「質問では、回答ではなく質問に対するコメントのみの通知が自動的に送信されます」と表示され、私の経験を確認します。「@」を使用せずに、回答ライターの Gonzik007に、質問のOPではなくコメントが通知されました。HTH
サムギブソン

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@fishinear-「私が知っているほとんどすべてのCPUにブラウンアウト検出器があります」はい、しかしそれらはMCUをリセットしスリープモードに移行させません。異なるもの。「通常、低電圧のために機能を停止する直前にCPUをスリープ状態にしたい」というコメントがあります[...]ほとんどのマイクロコントローラーは既にそれを行っているため、実行する必要はありません」 MCUが低電圧状態でスリープすることを示唆しているように思われたため、混乱を招きました。これで、BORのためにリセットされることを明確にしました。ありがとうございます。
サムギブソン

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すべてのバッテリーには一定量の出力抵抗があります。抵抗に電流が流れるとどうなりますか?はい、電圧降下!したがって、バッテリーから引き込む電流が多いほど、出力電圧は低くなります。


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これはすべての電源に当てはまります

実際、バッテリーはロードされると電圧が低下します。 他のすべても同様です

主な原因はオームの法則、E = IR、電圧降下です場合、導体全体のは、引き出されるアンペア数に比例します。

バッテリーのたるみの一部は化学的ですが、一部は内部コンポーネントのオームの法則耐性です。

4枚の並列ビデオカードを備えた気違いのゲーミングリグがあるとします。コンボは、ゲーミング時に 1000ワットを消費します。しかし、Windows Homescreenに座っているだけで、100ワットしか消費しません。電源ケーブルは20A @ 5Vを流しており、0.01ボルトを落としているため、カードは4.99ボルトになります。(ワイヤは2000シーメンス== 1/2000オームです。)

この軽負荷では、AC電源は非効率的で力率が低いため、120Vの主電源から240VAまたは2アンペアを消費しています。パネルに戻る分岐回路の配線は、0.4ボルト低下しています。コンダクタンスは5シーメンス== 1/5オームです。

次に、最も要求の厳しいゲームを起動します。5Vで200Aを引くと、PCの配線内部の抵抗損失だけが0.1ボルトに跳ね上がります。そのため、カードは4.90ボルトになります。それは一滴です。

一方、電源装置はAC主電源から10A(1200VA)を引き込みます。配線の電圧降下は予想どおり2.0ボルトまで増加するため、電源供給時の電圧は118Vです。ほとんどの場合、スイッチング電源はより多くの電流をスキックしてプルするため、出力電圧も低下します。

安全アースには電流が流れないため、低下しません。グラウンドから測定すると、ニュートラルは1ボルト、ホットは119ボルトです。そして、これを使用して正しい配線を確認できます。トルクレンチのポインターバーのようなもので、曲がりません。

もちろん、発電所までさかのぼって同様の低下が起こっています。そこでは、発電機の内部抵抗だけでなく、タービン馬力のために、負荷の増加(アンペア単位)により電圧が低下します。VA = W。Aが仕様を超えて増加する場合、Vが比例して減少し、Wがタービンの能力内に留まるようにする必要があります。タービンが動けなくなって減速することは、AC電源であり、同期を維持する必要があるため、オプションではありません。


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すべてのバッテリーは、アンロードするとメモリー効果があり、短時間のバーストロードの後、以前の電圧近くまでゆっくりと戻ります。また、ESR * I =ΔVの負荷により、電圧が瞬間的に急速に低下します。

そのため、両方の測定を同時に行ってキャリブレーションのエラーをチェックし、スリープ、ウェイクアップサイクルの発振を防ぐために必要なヒステリシスしきい値の量を考慮する必要があります。

メモリ効果時定数は、負荷後の「無負荷」リーク電流に応じて、数分から数分になることがあります。

特定のセルについて計算されるこれらの複合効果(ΔV= ESR * V / Rload + t / ESR * C2)により、カットオフ電圧は、メモリキャパシタンスC2に保存されている電荷を把握するためにしばしば低下する安全なVminしきい値に戻ります。バッテリーの急速な劣化は、Vminしきい値を下回る時間で発生します。

詳細については、バッテリーのデータシートを確認してください。


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バッテリーの内部抵抗が作用して電圧が低下するため、i * rの値で電圧降下が表示されます(iは流れる電流、rはバッテリーの内部抵抗です)


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新しいバッテリーでは、負荷電圧の低下がはるかに少なくなります。古い、消耗した、または損傷したリチウム電池は、新しい電池よりもはるかに高い内部抵抗を持っています。数ヶ月以上完全に充電された場合、放電が低すぎる場合、または充放電サイクルが多すぎる場合、損傷します。


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他のすべての答えは素晴らしく、私もあなたに伝えたいことを伝えますが(負荷があると実際にバッテリー電圧が低くなります)、私は何かを追加したいと思います:

電圧が低下するという理由は、「内部抵抗」です。内部抵抗のモデルは、電圧源の特性をモデル化するのに非常によく機能すると同時に、簡単で計算しやすいモデルであることに言及したいと思います。

実際には、より複雑です。電流が通過しなければならないバッテリーの内部コンポーネントの抵抗(これは上記のモデルからの用語であるため、意図的に「内部抵抗」とは呼びません)が役割を果たしますが、それだけではありません。ほとんどのバッテリーでは、ある境界層で電荷を分離する化学反応が進行しています。この化学反応は、統計物理学の法則に従います。(化学平衡が達成された。電荷の分離により測定可能な電圧が生成され、この電圧は化学平衡の要因です(電圧が高いほど分離が少なくなり、分離された電荷の新しいペアが作成されます)。ここで負荷を接続すると、一定の間隔で電荷が除去されます(電流があるため)。システムが平衡状態に達すると、分離された電荷と電圧の量は少なくなります(より多くの電荷を作成する必要があるため)。


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負荷が接続されているからといって、バッテリー電圧は通常低下しません。しかし、測定された電圧は低下する傾向があります

電圧測定について知っておくべきことがあります

電圧計は、非常に高い抵抗の抵抗器を使用します。理想的には、無限です。電圧計は、この抵抗の両端の電圧を測定します。

そのため、バッテリーを電圧計に接続すると、バッテリーの内部抵抗は電圧計の抵抗に比べてわずかです。そのため、電圧降下のほとんどは、バッテリーの内部抵抗ではなく、電圧計の抵抗で発生します。したがって、正しい電圧を測定します。

ただし、マイクロコントローラーの抵抗はそれほど大きくない場合があります。バッテリーの内部抵抗が約1ミリオームで、電圧計が24000オームの抵抗を使用している場合、このエラーが予想されます。


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マルチメータの設計について話すことで、物事をさらに混乱させる必要はありません。理想的な(無限抵抗の)電圧計でも同じ効果が得られます。問題は、電圧計の抵抗をバッテリーの内部抵抗と比較するのではなく、バッテリーの内部抵抗と負荷抵抗を比較することです。
スネフテル

マルチメーターの設計は、測定値に違いがある理由を説明しています。基本的なエレクトロニクスを扱う誰もが知っていなければならない何かそれ
Pradyoth Shandilya

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いいえ、それは説明しません。電圧が異なるため測定値に違いがあります。使用されているマルチメータがなくても、負荷が接続されているとき、バッテリーの実際の電圧は実際には異なります。
スネフテル
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