为什么平衡仅用于锂电池?


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我从未听说过铅酸电池具有任何电子设备来平衡电池,甚至没有任何手动方式来平衡它们。

但我认为所有锂电池都具有,或至少具有一定尺寸以上的锂电池。

为什么锂电池和铅酸电池之间存在这种差异?

假设我带了四个12V电池并串联。我是否需要平衡,或者会有益,或者我可以假装它是一个48V电池?

Answers:


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到目前为止,提供的答案对保证平衡锂化学而不是其他化学的实际机理没有多大帮助。

首先; 适当的平衡会极大地有益于所有电池化学性质。平衡器用于航天器镍镉电池,某些类型的(低放电)铅酸电池等。所有的电池化学性质都是某种特定的化学还原-氧化反应,发生在某些吉布斯能量(如果同时考虑阳极和阴极反应,则为氧化还原电势)之间-因此在一定的较低和较高的电压水平之间。高于或低于此“理想”电压范围时,可能会发生其他反应-否则少数反应将占主导地位。

这些其他反应通常是不可逆的,因此会减少“有用的”阳极和阴极材料的数量,从而降低容量。有时,这种有害的反应甚至会更加剧烈,从而形成腐蚀电极,降解电解质或导致有毒/爆炸性化学物质形成的化合物。

现在,这些危险的反应是锂化学真正需要安全电路的主要原因。在过度充电和过度放电时,取决于所使用的电解质,都会形成爆炸性气体混合物。更重要的是,当阳极变得太热(约125℃)时,放热反应开始,其自身加速,消耗了存储在电池中的大部分能量(热失控)。这通常是由于在处理大的放电电流时自发热引起的,或者是由于过度充电引起的不良反应而引起的。由于锂化学电池的能量密度比镍和铅化学物质的能量密度高出一个数量级以上,也就是说,在一个很小的地方有很多能量,因此这可能会引起巨大的轰动。特别是在爆炸性的氢氧气氛中。

但是,其他化学药品也有同样的问题!湿电池铅酸电池以产生氢气而闻名,即使在“正常”使用中也是如此,但大多数情况是在滥用电池时。当硫酸足够浓缩时,铅酸电池也可能进入热失控状态。然而,由于板的相对较低的能量密度和高的热容量,以及与锂离子相比热失控的高温,在大多数情况下这不是必须要解决的风险。镍化学也是如此,镍化学通常在大电流应用中(例如RC汽车)配备平衡器,否则您的电池只能持续充电10-50次。

然后是一个实际的问题:您可以串联放置很多电池并假装它是一个大的高压电池吗?是的,可以,但是电池寿命将非常糟糕。每个12单元电池组中的任何单元电池不匹配都会在每个充放电循环中加剧,并且在几十个或100个充电循环后,您的电池将耗尽。甚至可能造成安全隐患。因此,为了您的安全和电池的最佳使用,强烈建议使用平衡充电管理。


我不明白的是:为什么两块12V电池和24V电池有什么不同?两者都是串联的12个电池,同一工厂的12个电池,都以相同的方式生产,以达到相同的规格。
Mads Skjern 2014年

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@MadsSkjern旨在但不一定实现相同的规格。当电池是全新的时,这些差异可能很小,但是随着电池的老化,它们之间的距离会越来越远。
2014年

因此,使用24V电池,他们付出了巨大的努力来使所有电池完全相同,这比电池较少的电池要付出更大的努力吗?如果12V的电池和24V的电池都取自相同的“人口”,则12V和2x12V的12个电池之间的方差相同。对?
Mads Skjern 2014年

毫不费力地为消费级电池进行电池匹配或挑选,但也很重要:串联的电池串具有这种正反馈机制,每次充电周期都会夸大容量的任何微小失配。这是因为电池组中“最弱”的电池放电相对较多(因为它们已经具有较小的容量),因此压力更大,导致磨损更快。因此,即使您进行了非常好的单元格匹配,一段时间后它们仍然会变得不平衡。
user36129 2014年

好吧,已经超过4年了...我发现LTC为此目的制造了一个IC,它是ltc3305,此芯片有演示板。
Falk

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铅酸电池可以永久保持一定的浮动充电电流。那样会损坏锂电池。锂电池充满电后,尝试再充电会造成损坏。相反,在汽车中,“ 12 V”铅酸电池通常仅以约13.6 V的固定电压充电。在该电压下,即使充满电也需要少量充电电流,但是与锂电池不同,这对铅酸电池没有害处。


因此浮动电荷会使电池均匀。因此,如果我串联连接四个12V电池,则适用相同的原理,并且24节电池中的每节电池都将受到浮充电量的平衡。我对吗?
Mads Skjern 2014年

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浮动充电将平均,但快速充电需要单独的充电器以延长所有4个电池的寿命,当1个电池都应更换时或更换1个寿命相似的电池时。

您能详细说明快速充电的含义吗?如果我有用于给电池充电的太阳能电池板,但它们没有高功率怎么办?快速充电是指浮动充电以外的其他功能,还是仅以高于某些电流/功率的方式对电池充电?
Mads Skjern 2014年

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谁对此表示反对,那么对您确切认为错误的观点进行解释将很有用。
Olin Lathrop 2014年

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@OlinLathrop我没有投反对票,但在阅读“此(过度充电)对铅酸电池无害”后撤回了投赞成票。没有证据表明它没有危害。不太绝对的用语,例如“危害较小”。或铅酸电池化学物质的过充电耐受性要比锂电池(LiCoO2的4.2V为0.10V)更大。液态铅酸电池的耐受性增加了放气,至少导致水损失。通过为电池补充去矿物质/蒸馏水可以部分“修复”。
Pro Backup

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在相同的结构中,不同电池之间的电池差异要大于多电池失配。因此,将6电池铅酸视为1。由于首先耗尽最弱的电池会加速单元的老化和容量,因此使用锂来优化匹配以提高整体容量并防止最弱的电池过度充电显得尤为关键。每个电池都需要有源齐纳钳,以防止过度充电。

但是,铅酸电池首先在1个电池上发生故障的可能性要高于所有相同的电池,但成本效益并不能保证增加的成本来延长使用寿命。

同样,由于自热会加速锂的老化,因此他们更喜欢快速充电和切断锂,而不是快速浮充的14.2铅酸和CV充电。SLA相似,但电压较低,也可以进行温度补偿。


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铅酸电池通过称为“均衡”的过程进行平衡充电。允许串联电池串中具有最高电荷的电池过度充电,从而使电池串中较低的电池也可以完全充电。

锂离子电池无法使用此过程,因为它们无法忍受过度充电,因此需要主动平衡充电过程才能获得相同的效果。所有电池具有相同的电量。


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以我的经验,纯太阳能偏远地区电源与铅酸电池配合得很好,原因是:长时间充电率较低。夏季到冬季,电池循环缓慢。相对频繁地有多余的能量,以在低电流时达到平衡

柴油太阳能电池混合系统具有:更大的每日循环。很少有能量可用于低电流均衡。从高电荷过渡到大量放电,而没有明显的浮动时间。

这证实了用户38367所提到的,在这种使用铅酸电池的偏远地区混合动力系统中,单个电池单元的平衡对于铅酸电池将是有益的。

有大量证据表明,与单个电池上的类似循环相比,长串铅酸电池会迅速失去容量。http://www.battcon.com/PapersFinal2004/SymonsPaper2004.pdf


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因为如果给锂电池过度充电,它会燃烧或爆炸;如果您对Pb电池过度充电,它只会排放氢气直到变干。那么您只需添加水以再次填充即可。我认为现代的硅和AGM Pb电池甚至不能泄放,而是将氢和氧重新结合到水中。但是过程中的能量必须散布在某个地方,所以也许它们会变得有点温暖,不知道。

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