¿Por qué el balance se usa solo para baterías de litio?

Nunca he oído hablar de una batería de plomo ácido que tenga componentes electrónicos para equilibrar sus células, o incluso alguna forma manual de equilibrarlas.

Pero creo que todas las baterías de litio tienen, o al menos baterías de litio por encima de un cierto tamaño.

¿Por qué hay esta diferencia entre las baterías de litio y plomo?

Digamos que tomo cuatro baterías de 12V y las pongo en serie. ¿Alguna vez necesitaría, o sería beneficioso, tener algún equilibrio, o puedo fingir que es una batería de 48V?

Las respuestas proporcionadas hasta ahora son un poco de luz sobre la mecánica real que garantiza el equilibrio en las químicas de litio y no en otras.

Ante todo; Todas las químicas de la batería se benefician enormemente del equilibrio adecuado. Los equilibradores se usan en baterías de níquel cadmio de naves espaciales, ciertos tipos de baterías de plomo-ácido (baja descarga), etc. Todas las químicas de la batería son solo una cierta reacción química dominante de reducción-oxidación que ocurre entre ciertas energías de Gibbs (o potenciales Redox si se tienen en cuenta las reacciones del ánodo y el cátodo), por lo tanto, entre un cierto nivel de voltaje más bajo y más alto. Por encima o por debajo de este rango 'ideal' de voltajes, pueden ocurrir otras reacciones, o de lo contrario las reacciones minoritarias se vuelven dominantes.

Estas otras reacciones a menudo no son reversibles, por lo tanto, reducen la cantidad de material de ánodo y cátodo 'útil', reduciendo la capacidad. A veces, tales reacciones no deseadas son aún más dramáticas, creando compuestos que corroen los electrodos, degradan el electrolito o hacen que se formen químicos tóxicos / explosivos.

Ahora, estas reacciones peligrosas son la razón principal por la cual las químicas de litio realmente requieren circuitos de seguridad. Tanto al sobrecargar como al sobrecargar, dependiendo del electrolito utilizado, se forma una mezcla explosiva de gases. Más importante aún, cuando el ánodo se calienta demasiado (alrededor de 125 ° C), comienza una reacción exotérmica que se acelera, consumiendo la mayor parte de la energía almacenada en la batería (fuga térmica). Esto a menudo es causado por el autocalentamiento cuando se trata de grandes corrientes de descarga, o con reacciones no deseadas causadas por una sobrecarga. Como las baterías de química de litio tienen densidades de energía de más de un orden de magnitud más que las químicas de níquel y plomo, es decir, mucha energía en un lugar pequeño, esto puede causar un gran auge. Especialmente cuando se combina con una atmósfera explosiva de hidrógeno y oxígeno.

¡Sin embargo, otras químicas tienen el mismo problema! Las baterías de plomo ácido de celda húmeda son muy conocidas por producir gas hidrógeno, incluso en uso 'normal', pero principalmente cuando se abusa de las celdas. Las células de ácido de plomo también pueden entrar en fuga térmica cuando el ácido sulfúrico se concentra lo suficiente. Sin embargo, debido a la densidad de energía relativamente baja y a la alta capacidad térmica de las placas, así como a la alta temperatura a la que se produce el escape térmico en comparación con el ión de litio, este no es un riesgo que deba abordarse en la mayoría de las situaciones. Y lo mismo ocurre con las químicas de níquel, que a menudo vienen con equilibradores en aplicaciones de alta corriente (por ejemplo, automóviles RC), o su batería solo durará entre 10 y 50 cargas.

Luego está la pregunta práctica: ¿puedes poner muchas celdas en serie y pretender que es una gran celda de alto voltaje? Sí, puedes, pero la duración de la batería será horrible. Cualquier desajuste de celdas en su pila de 12 celdas se exacerbará en cada ciclo de carga y descarga, y después de un par de decenas o quizás 100 ciclos de carga, tendrá una batería descargada. Incluso puede causar un peligro para la seguridad. Por lo tanto, tanto para su seguridad como para el uso óptimo de las baterías, se recomienda encarecidamente utilizar una gestión de carga equilibrada.

Las baterías de plomo ácido están bien con una cierta corriente de carga flotante para siempre. Las baterías de litio se dañarían de esa manera. Cuando una batería de litio está llena, intentar cargarla más causará daños. Por el contrario, en un automóvil, la batería de plomo-ácido de "12 V" generalmente se carga con un voltaje fijo de aproximadamente 13.6 V. A ese voltaje tomará una pequeña cantidad de corriente de carga incluso cuando está llena, pero a diferencia de una batería de litio, Esto no hace daño a la batería de plomo-ácido.

Las celdas varían de una batería a otra más que el desajuste de varias celdas en la misma construcción. Por lo tanto, el ácido de plomo de 6 células se trata como uno. Dado que el envejecimiento y la capacidad de la unidad se aceleran al agotarse primero la celda más débil, es más crítico con Lithium optimizar la coincidencia para mejorar la capacidad general y evitar la sobrecarga de la celda más débil. Se necesita una pinza Zener activa en cada celda para evitar la sobrecarga.

Sin embargo, las baterías de plomo-ácido fallarán en 1 celda primero con mayor frecuencia que todas las mismas, pero la rentabilidad no garantiza este costo adicional para prolongar la vida útil.

Además, dado que el autocalentamiento acelera el envejecimiento en litio, prefieren la carga y el corte rápidos en lugar de la carga rápida y la carga CV de 14.2 de ácido de plomo para flotación. Los SLA son similares pero tienen un voltaje más bajo que también tiene compensación de temperatura.

Las baterías de plomo-ácido SON balanceadas mediante un proceso conocido como "Ecualización". Las celdas en la cadena de la serie que tienen la carga más alta se pueden sobrecargar, y esto a su vez permite que las celdas más bajas en la cadena también se carguen completamente.

Las células de iones de litio no pueden usar este proceso porque no pueden tolerar que se sobrecarguen, por lo que necesitan un proceso de carga equilibrado activo para obtener el mismo efecto; Todas las celdas tienen el mismo nivel de carga.

En mi experiencia, la energía del área remota solar pura funciona muy bien con baterías de plomo ácido porque: Las tasas de carga son bajas durante períodos prolongados. La batería se recicla lentamente durante un amplio rango de verano a invierno. Hay un exceso de energía relativamente frecuente para igualar a bajas corrientes

Los sistemas híbridos de baterías solares diesel tienen: Ciclos diarios mucho más grandes. Raramente tienen energía disponible para ecualización de baja corriente. Pase de carga alta a descarga significativa sin tiempo de flotación significativo.

Esto confirma lo que el usuario 38367 menciona, que el equilibrio de células individuales sería beneficioso para las baterías de plomo ácido en sistemas de energía híbridos de áreas remotas que usan baterías de plomo ácido.

Existe evidencia significativa de que las baterías de plomo-ácido de cadena larga pierden rápidamente capacidad en comparación con ciclos similares en una sola celda. http://www.battcon.com/PapersFinal2004/SymonsPaper2004.pdf

Porque si sobrecarga una celda de litio, se quema o explota; si sobrecarga una celda de Pb, solo ventila el hidrógeno hasta que se seca; entonces solo tendrá que agregar agua para llenarlo nuevamente. Creo que las baterías modernas de silicio y AGM Pb ni siquiera se ventilan, sino que recombinan hidrógeno y oxígeno en agua; pero la energía en el proceso debe ir a algún lado, así que tal vez se calientan un poco, no lo sé.