Почему балансировка используется только для литиевых батарей?

Я никогда не слышал о свинцово-кислотных батареях с электроникой для балансировки их элементов или о каком-либо ручном способе их балансировки.

Но я думаю, что все литиевые батареи имеют или, по крайней мере, литиевые батареи выше определенного размера.

Почему эта разница между литиевыми и свинцово-кислотными батареями?

Допустим, я взял четыре 12-вольтовых аккумулятора и положил их в серию. Нужно ли мне когда-нибудь балансировать, или мне было бы полезно иметь какую-то балансировку, или я просто притворяюсь, что это одна батарея 48 В?

Ответы, представленные до сих пор, немного освещают реальную механику, которая оправдывает балансирование на литиевой химии, а не на других.

Прежде всего; все аккумуляторные батареи очень выигрывают от правильной балансировки. Балансеры используются на никель-кадмиевых батареях космических аппаратов, определенных типах свинцово-кислотных батарей (с низким разрядом) и так далее. Все химические составы батарей являются лишь определенной доминирующей реакцией химического восстановления-окисления, которая происходит между определенными энергиями Гиббса (или окислительно-восстановительными потенциалами, если принять во внимание как анодную, так и катодную реакции) - следовательно, между определенным более низким и более высоким уровнем напряжения. Выше или ниже этого «идеального» диапазона напряжений могут происходить другие реакции - или иначе реакции меньшинства становятся доминирующими.

Эти другие реакции часто необратимы, поэтому они уменьшают количество «полезного» материала анода и катода, снижая емкость. Иногда такие нежелательные реакции являются еще более драматичными, создавая соединения, которые разъедают электроды, разлагают электролит или вызывают образование токсичных / взрывоопасных химических веществ.

Теперь эти опасные реакции являются основной причиной, по которой химии лития действительно нуждаются в схемах безопасности. Как при перезарядке, так и при чрезмерной разрядке, в зависимости от используемого электролита, образуется взрывоопасная газовая смесь. Что еще более важно, когда анод становится слишком горячим (около 125 ° С), начинается экзотермическая реакция, которая ускоряется, расходуя большую часть энергии, хранящейся в батарее (тепловое убегание). Это часто вызывается саморазогревом при работе с большими токами разряда или нежелательными реакциями, вызванными перезарядкой. Поскольку химические литиевые батареи имеют плотность энергии более чем на порядок больше, чем химические составы никеля и свинца, то есть много энергии в небольшом месте, это может вызвать большой бум. Особенно в сочетании с взрывоопасной водородно-кислородной атмосферой.

Другие химические предприятия имеют такую ​​же проблему! Свинцово-кислотные аккумуляторы с влажным электролизером очень хорошо известны для производства газообразного водорода даже при «нормальном» использовании, но в основном при злоупотреблении элементами. Свинцово-кислотные элементы также могут выйти из-под контроля, когда серная кислота достаточно сконцентрирована. Однако из-за относительно низкой плотности энергии и высокой теплоемкости пластин, а также из-за высокой температуры, при которой происходит тепловое убегание по сравнению с ионом лития, это не тот риск, с которым нужно сталкиваться в большинстве ситуаций. И то же самое касается никелевой химии, которая часто поставляется с балансировщиками в сильноточных приложениях (например, радиоуправляемые машины) - или ваша батарея будет работать только 10-50 зарядов.

Тогда возникает практический вопрос: можете ли вы просто соединить много ячеек в ряд и представить, что это один большой высоковольтный элемент? Да, можно, но срок службы батареи будет ужасным. Любое несовпадение элементов в вашем 12-элементном стеке будет усугубляться при каждом цикле зарядки-разрядки, и после пары десятков или, может быть, 100 циклов зарядки у вас будет разряженная батарея. Это может даже вызвать угрозу безопасности. Поэтому для вашей безопасности и оптимального использования аккумуляторов настоятельно рекомендуется использовать сбалансированное управление зарядом.

Свинцово-кислотные аккумуляторы в порядке с определенным током заряда поплавка навсегда. Литиевые батареи будут повреждены таким образом. Когда литиевая батарея полностью заряжена, попытка зарядить ее дольше приведет к повреждению. И наоборот, в автомобиле свинцово-кислотный аккумулятор «12 В» обычно просто заряжается с фиксированным напряжением около 13,6 В. При таком напряжении он потребляет небольшой зарядный ток даже при полном заряде, но в отличие от литиевой батареи, это не причиняет вреда свинцово-кислотной батарее.

Ячейки различаются от батареи к батарее больше, чем несоответствие многоэлементных элементов в той же конструкции. Следовательно, 6-ячеистая свинцовая кислота считается одной. Поскольку старение и емкость устройства ускоряются в первую очередь из-за истощения самого слабого элемента, для Лития более важно оптимизировать согласование для улучшения общей емкости и предотвращения перезарядки самого слабого элемента. Активный стабилитрон на каждой ячейке необходим для предотвращения перезарядки.

Однако свинцово-кислотные батареи в первую очередь выходят из строя на 1 элемент, чаще чем все они разлагаются одинаково, но экономическая эффективность не гарантирует этих дополнительных затрат для продления срока службы.

Кроме того, поскольку самонагревание ускоряет старение в литии, они предпочитают быструю зарядку и отключение, а не быструю зарядку и заряд CV для свинцовой кислоты 14,2 для поплавка. SLA аналогичны, но имеют более низкое напряжение и временную компенсацию.

Свинцово-кислотные батареи заряжаются, используя процесс, известный как «Выравнивание». Ячейки в последовательной цепочке, которые имеют самый высокий заряд, допускают перезарядку, и это, в свою очередь, позволяет также полностью заряжать нижние ячейки в цепочке.

Литий-ионные элементы не могут использовать этот процесс, потому что они не переносят перезарядки, поэтому им необходим активный сбалансированный процесс зарядки, чтобы получить тот же эффект; все элементы имеют одинаковый уровень заряда.

По моему опыту, чистая солнечная энергия в отдаленных районах очень хорошо работает со свинцово-кислотными батареями, потому что: в течение продолжительного времени уровень зарядки низкий Аккумулятор разряжается медленно в широком диапазоне от лета до зимы. Относительно часто встречается избыток энергии для выравнивания при малых токах

Дизельные солнечные батареи имеют гибридные системы: Гораздо большие ежедневные циклы. Редко есть энергия для выравнивания низкого тока. Переходите от высокого заряда к значительному разряду без значительного времени плавания.

Это подтверждает то, что пользователь 38367 упоминает, что балансировка отдельных ячеек была бы полезна для свинцово-кислотных батарей в таких отдаленных гибридных системах электропитания, использующих свинцово-кислотные батареи.

Существуют убедительные доказательства того, что свинцово-кислотные аккумуляторы с длинной цепью быстро теряют емкость по сравнению с аналогичными циклами на одном элементе. http://www.battcon.com/PapersFinal2004/SymonsPaper2004.pdf

Потому что, если вы перезаряжаете литиевый элемент, он горит или взрывается; если вы перезаряжаете элемент Pb, он просто выпускает водород, пока не высохнет; тогда вам нужно будет просто добавить воду, чтобы снова ее наполнить. Я думаю, что современные кремниевые и AGM Pb батареи даже не вентилируются, а скорее рекомбинируют водород и кислород в воду; но энергия должна куда-то уходить, поэтому, может быть, они немного нагреются, не знаю.