Pourquoi l'équilibrage est-il utilisé uniquement pour les batteries au lithium?

Je n'ai jamais entendu parler d'une batterie au plomb ayant des appareils électroniques pour équilibrer ses cellules, ni même une manière manuelle de les équilibrer.

Mais je pense que toutes les batteries au lithium ont, ou du moins des batteries au lithium au-dessus d'une certaine taille.

Pourquoi y a-t-il cette différence entre les batteries au lithium et au plomb?

Disons que je prends quatre batteries 12V et les mets en série. Aurais-je jamais besoin, ou serait-il avantageux, d'avoir un équilibrage, ou puis-je simplement prétendre qu'il s'agit d'une batterie 48V?

Les réponses fournies jusqu'à présent sont un peu plus claires sur la mécanique réelle qui justifie un équilibre sur les chimies du lithium et non sur d'autres.

Tout d'abord; toutes les chimies des batteries bénéficient grandement d'un équilibrage approprié. Les équilibreurs sont utilisés sur les batteries au nickel-cadmium des engins spatiaux, certains types de batteries au plomb (à faible décharge) et ainsi de suite. Toutes les chimies des batteries ne sont qu'une certaine réaction chimique de réduction-oxydation dominante qui se produit entre certaines énergies de Gibbs (ou potentiels Redox si vous prenez en compte les réactions d'anode et de cathode) - donc entre un certain niveau de tension inférieur et supérieur. Au-dessus ou au-dessous de cette plage de tensions «idéale», d'autres réactions peuvent se produire - ou sinon des réactions minoritaires deviennent dominantes.

Souvent, ces autres réactions ne sont pas réversibles, ce qui réduit la quantité de matériau d'anode et de cathode «utile», ce qui réduit la capacité. Parfois, ces réactions indésirables sont encore plus dramatiques, créant des composés qui corrodent les électrodes, dégradent l'électrolyte ou provoquent la formation de produits chimiques toxiques / explosifs.

Or, ces réactions dangereuses sont la principale raison pour laquelle les chimies du lithium nécessitent vraiment des circuits de sécurité. Lors de la surcharge et de la décharge excessive, selon l'électrolyte utilisé, un mélange de gaz explosif se forme. Plus important encore, lorsque l'anode devient trop chaude (environ 125 ° C), une réaction exothermique démarre qui s'accélère d'elle-même, consommant la majeure partie de l'énergie stockée dans la batterie (emballement thermique). Cela est souvent causé par l'auto-échauffement en cas de courants de décharge importants ou par des réactions indésirables provoquées par une surcharge. Comme les batteries de chimie au lithium ont des densités d'énergie allant jusqu'à plus d'un ordre de grandeur de plus que les chimies du nickel et du plomb, c'est-à-dire beaucoup d'énergie dans un petit endroit, cela peut provoquer un grand boom. Surtout lorsqu'il est combiné avec une atmosphère explosive d'hydrogène et d'oxygène.

D'autres chimies ont le même problème! Les batteries plomb-acide à cellules humides sont très connues pour produire de l'hydrogène gazeux, même en utilisation «normale», mais surtout lors de l'utilisation abusive des cellules. Les cellules au plomb peuvent également se retrouver en fuite thermique lorsque l'acide sulfurique est suffisamment concentré. Cependant, en raison de la densité d'énergie relativement faible et de la capacité thermique élevée des plaques, ainsi que de la température élevée à laquelle l'emballement thermique se déclenche par rapport au lithium-ion, ce n'est pas un risque qui doit être traité dans la plupart des situations. Et il en va de même pour les produits chimiques au nickel, qui viennent souvent avec des équilibreurs dans les applications à courant élevé (par exemple les voitures RC) - ou votre batterie ne durera que 10 à 50 charges.

Ensuite, il y a la question pratique: pouvez-vous simplement mettre un grand nombre de cellules en série et prétendre qu'il s'agit d'une grande cellule à haute tension? Oui, vous pouvez, mais la durée de vie de la batterie sera horrible. Tout décalage de cellule dans votre pile de 12 cellules sera exacerbé à chaque cycle de charge-décharge, et après quelques dizaines ou peut-être 100 cycles de charge, vous aurez une batterie morte. Cela peut même entraîner un danger pour la sécurité. Ainsi, pour votre sécurité et une utilisation optimale des batteries, il est très fortement recommandé d'utiliser une gestion de charge équilibrée.

Les batteries au plomb sont OK avec un certain courant de charge flottant pour toujours. Les piles au lithium seraient ainsi endommagées. Lorsqu'une batterie au lithium est pleine, essayer de la charger davantage entraînera des dommages. Inversement, dans une voiture, la batterie au plomb "12 V" est généralement juste chargée avec une tension fixe d'environ 13,6 V. À cette tension, il faudra une petite quantité de courant de charge même lorsqu'elle est pleine, mais contrairement à une batterie au lithium, cela ne fait aucun mal à la batterie au plomb.

Les cellules varient plus d'une batterie à l'autre que l'inadéquation de plusieurs cellules dans la même construction. Par conséquent, l'acide de plomb à 6 cellules est traité comme un seul. Étant donné que le vieillissement et la capacité de l'unité sont accélérés par l'épuisement de la cellule la plus faible en premier, il est plus critique avec le lithium d'optimiser la correspondance pour améliorer la capacité globale et éviter la surcharge de la cellule la plus faible. Une pince zener active sur chaque cellule est nécessaire pour éviter une surcharge.

Cependant, les batteries au plomb échoueront plus souvent sur 1 cellule que toutes ne se dégradent de la même manière, mais la rentabilité ne garantit pas ce coût supplémentaire pour prolonger la durée de vie.

De plus, comme l'auto-échauffement accélère le vieillissement au lithium, ils préfèrent une charge et une coupure rapides plutôt qu'une charge rapide et une charge CV de 14,2% d'acide de plomb pour le flotteur. Les SLA sont des tensions similaires mais inférieures qui sont également compensées en température.

Les batteries plomb-acide SONT chargées en équilibre en utilisant un processus appelé «égalisation». Les cellules de la chaîne de série qui ont la charge la plus élevée peuvent être surchargées, ce qui permet également aux cellules inférieures de la chaîne de se charger complètement.

Les cellules Li-ion ne peuvent pas utiliser ce processus car elles ne peuvent tolérer d'être surchargées, elles ont donc besoin d'un processus de charge équilibré actif pour obtenir le même effet; toutes les cellules ayant le même niveau de charge.

D'après mon expérience, l'énergie solaire pure dans les régions éloignées fonctionne très bien avec les batteries au plomb car: Les taux de charge sont faibles pendant de longues périodes. La batterie se déplace lentement sur une large plage, de l'été à l'hiver. Il y a un excès d'énergie relativement fréquemment pour égaliser à faible courant

Les systèmes hybrides à batterie solaire diesel ont: des cycles quotidiens beaucoup plus importants. Il y a rarement de l'énergie disponible pour une faible égalisation de courant. Passez d'une charge élevée à une décharge importante sans temps de flottement significatif.

Cela confirme ce que l'utilisateur 38367 mentionne, à savoir que l'équilibrage individuel des cellules serait bénéfique pour les batteries au plomb dans de tels systèmes d'alimentation hybrides de régions éloignées utilisant des batteries au plomb.

Il existe des preuves significatives que les batteries au plomb à longue chaîne perdent rapidement leur capacité par rapport à des cycles similaires sur une seule cellule. http://www.battcon.com/PapersFinal2004/SymonsPaper2004.pdf

Parce que si vous surchargez une pile au lithium, elle brûle ou explose; si vous surchargez une cellule Pb, elle évacue juste l'hydrogène jusqu'à ce qu'elle devienne sèche; il vous suffira alors d'ajouter de l'eau pour la remplir à nouveau. Je pense que les batteries modernes au silicium et AGM Pb ne se déchargent même pas, mais plutôt qu'elles recombinent l'hydrogène et l'oxygène en eau; mais l'énergie dans les excès doit aller quelque part, alors peut-être qu'ils se réchauffent un peu, je ne sais pas.