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

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

En primer lugar; Todos los componentes químicos de la batería se benefician en gran medida del equilibrio adecuado. Los balanceadores se utilizan en baterías de níquel-cadmio de naves espaciales, ciertos tipos de baterías de plomo-ácido de baja descarga, etc. Todas las químicas de la batería son solo una cierta reacción química de oxidación / reducción que ocurre entre ciertas energías de Gibbs (o potenciales Redox si se tienen en cuenta las reacciones del ánodo y del cátodo), por lo tanto, entre un cierto nivel de voltaje más alto y más bajo. 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 ánodo y material de cátodo "útiles", lo que reduce la capacidad. A veces, tales reacciones no deseadas son incluso más dramáticas, creando compuestos que corroen los electrodos, degradan el electrolito o hacen que se formen sustancias químicas tóxicas / explosivas.

Ahora, estas reacciones peligrosas son la razón principal por la que las químicas de litio realmente requieren circuitos de seguridad. Tanto en la sobrecarga como en la descarga excesiva, dependiendo del electrolito utilizado, se forma una mezcla de gas explosiva. Más importante aún, cuando el ánodo se calienta demasiado (alrededor de 125 ° C), se inicia una reacción exotérmica que se acelera, consumiendo la mayor parte de la energía almacenada en la batería (escape térmico). Esto suele ser causado por el autocalentamiento cuando se trata de corrientes de descarga grandes o por 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, una gran cantidad de energía en un lugar pequeño, esto puede causar un gran auge. Especialmente cuando se combina con una atmósfera explosiva de hidrógeno-oxígeno.

¡Sin embargo, otras químicas tienen el mismo problema! Las baterías ácidas de plomo de celda húmeda son muy conocidas por producir gas hidrógeno, incluso en uso "normal", pero principalmente cuando se abusa de las células. Las células ácidas de plomo también pueden entrar en fuga térmica cuando el ácido sulfúrico está lo suficientemente concentrado. Sin embargo, debido a la densidad de energía relativamente baja y la alta capacidad térmica de las placas, así como a la alta temperatura a la que se activa el escape térmico en comparación con el ion 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 balanceadores 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 celda 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 por su seguridad como por 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 serían dañadas 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 "12 V" generalmente solo se carga con un voltaje fijo de aproximadamente 13.6 V. A ese voltaje tomará una pequeña cantidad de corriente de carga incluso cuando esté llena, pero a diferencia de una batería de litio. Esto no hace daño a la batería de plomo-ácido.

Las celdas varían de batería a batería más que la falta de coincidencia de varias celdas en la misma construcción. Por lo tanto, 6 células de ácido de plomo se tratan como una sola. Dado que el envejecimiento y la capacidad de la unidad se aceleran debido a que las células más débiles se agotan primero, es más crítico con el litio optimizar la adaptación para mejorar la capacidad general y evitar la sobrecarga de las células más débiles. Se necesita una pinza Zener activa en cada celda para evitar la sobrecarga.

Sin embargo, las baterías de plomo y ácido fallarán primero en una celda con más frecuencia que todas, se degradarán de la misma manera, pero la rentabilidad no garantiza este costo adicional para extender la vida útil.

También debido a 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 por flotador. Los SLA son similares pero de menor voltaje que también se compensan con la temperatura.

Las baterías de plomo-ácido ESTÁN cargadas en equilibrio usando un proceso conocido como "Ecualización". Las celdas de la cadena de la serie que tienen la carga más alta pueden sobrecargarse, y esto a su vez permite que las celdas más bajas de la cadena también se carguen por completo.

Las células de iones de litio no pueden usar este proceso porque no pueden tolerar una sobrecarga, por lo que necesitan un proceso de carga activo y equilibrado 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 circula lentamente durante un amplio rango de verano a invierno.     Hay un exceso de energía con relativa frecuencia para igualar en corrientes bajas

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

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

Hay pruebas significativas de que las baterías de plomo de larga duración pierden rápidamente su capacidad en comparación con ciclos similares en una sola celda. enlace

Porque si sobrecargas una celda de litio, se quema o explota; si sobrecargas una célula de Pb, simplemente ventila el hidrógeno hasta que se seque; Luego tendrás que añadir agua para volver a llenarlo. Creo que las baterías modernas de silicio y AGM Pb ni siquiera se ventilan, sino que combinan hidrógeno y oxígeno en agua; pero la energía en el proceso debe ir a algún lugar, así que tal vez se calienten un poco, no sé.