Perché il bilanciamento viene utilizzato solo per le batterie al litio?

Non ho mai sentito parlare di una batteria al piombo con componenti elettronici per bilanciare le sue celle, e nemmeno un modo manuale per bilanciarle.

Ma penso che tutte le batterie al litio abbiano, o almeno batterie al litio oltre una certa dimensione.

Perché c'è questa differenza tra le batterie al litio e quelle al piombo?

Diciamo che prendo quattro batterie da 12V e le metto in serie. Avrei mai bisogno, o sarebbe utile, avere un bilanciamento, o posso solo fingere che sia una batteria da 48 V?

Le risposte fornite finora sono un po 'di luce sui meccanismi reali che giustificano il bilanciamento delle sostanze chimiche al litio e non di altri.

Prima di tutto; tutti i prodotti chimici della batteria traggono grande vantaggio dal corretto bilanciamento. I bilanciatori sono utilizzati su batterie al cadmio di nichel per veicoli spaziali, alcuni tipi di batterie al piombo (a scarica bassa) e così via. Tutti i prodotti chimici della batteria sono solo una certa reazione dominante di riduzione-ossidazione chimica che si verifica tra determinate energie di Gibbs (o potenziali Redox se si prendono in considerazione sia le reazioni dell'anodo che quelle del catodo) - quindi tra un certo livello di tensione inferiore e superiore. Al di sopra o al di sotto di questo intervallo "ideale" di tensioni, possono verificarsi altre reazioni - o altrimenti diventano predominanti le reazioni di minoranza.

Queste altre reazioni spesso non sono reversibili, quindi riducono la quantità di anodo "utile" e materiale catodico, riducendo la capacità. A volte tali reazioni indesiderate sono ancora più drammatiche, creando composti che corrodono gli elettrodi, degradano l'elettrolito o causano la formazione di sostanze chimiche tossiche / esplosive.

Ora, queste reazioni pericolose sono la ragione principale per cui le sostanze chimiche al litio richiedono davvero circuiti di sicurezza. Sia in caso di sovraccarico che di sovraccarico, a seconda dell'elettrolita utilizzato, si forma una miscela di gas esplosivo. Ancora più importante, quando l'anodo diventa troppo caldo (circa 125 ° C), inizia una reazione esotermica che accelera se stessa, consumando la maggior parte dell'energia immagazzinata nella batteria (fuga termica). Questo è spesso causato dall'auto-riscaldamento quando si affrontano grandi correnti di scarica o da reazioni indesiderate causate dal sovraccarico. Dato che le batterie al litio hanno densità di energia superiori a un ordine di grandezza in più rispetto al nichel e alle sostanze chimiche al piombo, cioè molta energia in un piccolo spazio, ciò può causare un grande boom. Soprattutto se combinato con un'atmosfera esplosiva di idrogeno-ossigeno.

Altri chimici hanno lo stesso problema, però! Le batterie al piombo acido a celle umide sono molto conosciute per la produzione di idrogeno gassoso, anche in un uso "normale", ma soprattutto quando si abusano delle celle. Le cellule al piombo acido possono anche andare in fuga termica quando l'acido solforico è abbastanza concentrato. Tuttavia, a causa della densità di energia relativamente bassa e dell'elevata capacità termica delle piastre, nonché dell'alta temperatura alla quale interviene la fuga termica rispetto allo ione litio, questo non è un rischio che deve essere affrontato nella maggior parte delle situazioni. E lo stesso vale per le sostanze chimiche al nichel, che spesso vengono fornite con bilanciatori in applicazioni ad alta corrente (ad esempio auto RC) - o la batteria dura solo 10-50 cariche.

Quindi c'è la domanda pratica: puoi semplicemente mettere molte celle in serie e far finta che sia una grande cella ad alta tensione? Sì, puoi, ma la durata della batteria sarà orribile. Qualsiasi disallineamento di celle nel tuo stack da 12 celle verrà esacerbato da ogni ciclo di carica-scarica e dopo un paio di decine o forse 100 cicli di carica avrai una batteria scarica. Potrebbe anche causare un pericolo per la sicurezza. Pertanto, sia per la vostra sicurezza che per un uso ottimale delle batterie, si consiglia vivamente di utilizzare una gestione della carica bilanciata.

Le batterie al piombo acido vanno bene con una certa corrente di carica del galleggiante per sempre. Le batterie al litio verrebbero danneggiate in questo modo. Quando una batteria al litio è piena, provare a caricarla di più causerà danni. Al contrario, in un'automobile la batteria al piombo "12 V" è normalmente caricata con una tensione fissa di circa 13,6 V. A tale tensione ci vorrà una piccola quantità di corrente di carica anche quando è piena, ma a differenza di una batteria al litio, questo non danneggia la batteria al piombo.

Le celle variano da batteria a batteria più della mancata corrispondenza multi-cella nella stessa costruzione. Quindi l'acido al piombo a 6 cellule viene trattato come uno. Poiché l'invecchiamento e la capacità dell'unità sono accelerati dall'esaurimento delle celle più deboli, è più critico con il litio ottimizzare l'accoppiamento per migliorare la capacità complessiva e prevenire il sovraccarico delle celle più deboli. Il morsetto zener attivo su ogni cella è necessario per evitare il sovraccarico.

Tuttavia, le batterie al piombo acido si guastano prima su una cella più spesso di tutte le altre, ma il rapporto costo-efficacia non garantisce questo costo aggiuntivo per prolungarne la durata.

Inoltre, poiché l'autoriscaldamento accelera l'invecchiamento in litio, preferiscono una carica e un taglio rapidi piuttosto che una carica rapida e una carica CV di 14,2 di acido al piombo per galleggiante. Gli SLA sono simili ma con una tensione inferiore compensata anche dalla temperatura.

Le batterie al piombo-acido sono bilanciate con un processo noto come "Equalizzazione". Le celle nella stringa della serie che hanno la carica più elevata possono essere sovraccaricate, e questo a sua volta consente anche alle celle inferiori della stringa di caricarsi completamente.

Le celle agli ioni di litio non possono utilizzare questo processo perché non possono tollerare di essere sovraccaricate, quindi hanno bisogno di un processo di carica bilanciato attivo per ottenere lo stesso effetto; tutte le celle con lo stesso livello di carica.

Nella mia esperienza, la pura energia da area remota solare funziona molto bene con batterie al piombo acido perché: i tassi di carica sono bassi per periodi prolungati. La batteria viene ciclicamente lentamente su un'ampia gamma da estate a inverno. C'è energia in eccesso relativamente frequentemente per equalizzare a basse correnti

I sistemi ibridi diesel a batteria solare hanno: Cicli giornalieri molto più grandi. Raramente sono disponibili energia per l'equalizzazione a bassa corrente. Passa da una carica elevata a una scarica significativa senza un tempo di galleggiamento significativo.

Ciò conferma ciò che l'utente 38367 afferma che il bilanciamento delle singole celle sarebbe vantaggioso per le batterie al piombo acido in tali sistemi di alimentazione ibrida ad area remota che usano batterie al piombo acido.

Vi sono prove significative che le batterie al piombo a lunga stringa perdono rapidamente capacità rispetto a cicli simili su una singola cella. http://www.battcon.com/PapersFinal2004/SymonsPaper2004.pdf

Perché se sovraccarichi una cella di litio, brucia o esplode; se sovraccarichi una cellula Pb, scarica solo idrogeno fino a quando non si secca; quindi dovrai solo aggiungere acqua per riempirla di nuovo. Penso che le moderne batterie al silicio e AGM Pb non si sfogano nemmeno, ma piuttosto ricombinano idrogeno e ossigeno in acqua; ma l'energia in eccesso deve andare da qualche parte, quindi forse si riscaldano un po ', non lo so.