왜 밸런싱이 리튬 배터리에만 사용됩니까?


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나는 셀의 균형을 맞추기 위해 전자 장치가 있거나 납을 맞추는 수동 방법이있는 납축 전지에 대해 들어 본 적이 없습니다.

그러나 나는 모든 리튬 배터리가 있거나 특정 크기 이상의 리튬 배터리가 있다고 생각합니다.

리튬 배터리와 납 축전지가 왜 다른가요?

12V 배터리 4 개를 꺼내서 직렬로 연결한다고 가정 해 보겠습니다. 균형을 잡는 것이 필요하거나 도움이됩니까? 아니면 48V 배터리 하나 인 것처럼 가장 할 수 있습니까?

답변:


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지금까지 제공된 답변은 다른 화학 물질이 아닌 리튬 화학에 대한 균형을 보장하는 실제 역학에 대한 약간의 설명입니다.

가장 먼저; 모든 배터리 케미스트리는 적절한 밸런싱으로 큰 혜택을받습니다. 밸런서는 우주선의 니켈 카드뮴 배터리, 특정 유형의 (낮은 방전) 납 축전지 등에 사용됩니다. 모든 배터리 화학은 특정 Gibbs 에너지 (또는 양극과 음극 반응을 모두 고려할 경우 산화 환원 전위) 사이에서 발생하는 특정 지배적 인 화학적 환원-산화 반응입니다. 이 '이상적인'전압 범위의 위 또는 아래에서 다른 반응이 발생할 수 있습니다. 그렇지 않으면 소수 반응이 지배적입니다.

이러한 다른 반응은 종종 가역적이지 않기 때문에 '유용한'양극 및 음극 물질의 양을 줄여 용량을 줄입니다. 때때로 이러한 원치 않는 반응은 훨씬 더 극적으로 일어나 전극을 부식 시키거나 전해질을 분해하거나 독성 / 폭발성 화학 물질을 형성하는 화합물을 생성합니다.

리튬 화학이 실제로 안전 회로를 요구하는 주된 이유는 이러한 위험한 반응입니다. 과충전 및 과방 전시, 사용 된 전해질에 따라 폭발성 가스 혼합물이 형성된다. 더 중요한 것은, 양극이 너무 뜨거워지면 (약 125C) 발열 반응이 시작되어 자체적으로 가속되어 배터리에 저장된 대부분의 에너지 (열 폭주)를 소비합니다. 이는 큰 방전 전류를 다룰 때 자체 발열 또는 과충전으로 인한 원치 않는 반응으로 인해 종종 발생합니다. 리튬 화학 배터리는 니켈보다 최대 10 배 이상의 에너지 밀도를 가지고 있으며 작은 화학 물질, 즉 작은 장소에서 많은 양의 에너지를 사용하기 때문에 큰 붐을 일으킬 수 있습니다. 특히 폭발성 수소-산소 분위기와 결합 될 때.

그러나 다른 화학도 같은 문제가 있습니다! 습전지 납 축전지는 '정상적인'사용에도 불구하고 수소 전지를 생산하는 것으로 유명하지만 대부분 전지를 남용 할 때 매우 유명합니다. 황산이 충분히 농축되면 납산 전지가 열 폭주로 들어갈 수도 있습니다. 그러나 리튬 이온에 비해 열 폭주가 발생하는 고온뿐만 아니라 판의 에너지 밀도와 열 용량이 상대적으로 낮기 때문에 대부분의 상황에서 처리해야 할 위험이 없습니다. 또한 고전류 응용 분야 (예 : RC 자동차)의 밸런서와 함께 제공되는 니켈 화학도 마찬가지입니다. 그렇지 않으면 배터리는 10-50 회 충전됩니다.

실용적인 질문이 있습니다. 많은 셀을 직렬로 연결하여 하나의 큰 고전압 셀인 것처럼 가장 할 수 있습니까? 예, 가능하지만 배터리 수명은 끔찍합니다. 12 셀 스택의 모든 셀 불일치는 충전-방전주기마다 악화되며, 수십 또는 100 번의 충전주기 후에 배터리가 방전됩니다. 안전상의 위험이 있습니다. 따라서 안전과 최적의 배터리 사용을 위해 균형 잡힌 충전 관리를 사용하는 것이 좋습니다.


내가 이해하지 못하는 것은 12V 배터리 2 개가 24V 배터리와 다른 이유는 무엇입니까? 둘 다 직렬로 12 셀, 동일한 팩토리에서 12 셀로 모두 동일한 스펙을 목표로 동일한 방식으로 생산됩니다.
Mads Skjern

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@MadsSkjern은 동일한 사양을 목표로하지만 반드시 달성 할 필요는 없습니다. 배터리가 새 제품 일 때는 이러한 차이가 적을 수 있지만 배터리 수명이 길어질수록 점점 더 멀어지게됩니다.
Grant

따라서 24V 배터리를 사용하면 셀 수가 적은 배터리보다 모든 셀을 동일하게 만들기 위해 많은 노력을 기울였습니까? 12V의 셀과 24V의 셀을 모두 동일한 '인구'에서 가져 오면 12 개의 셀 간의 분산은 24V 및 2x12V와 동일합니다. 권리?
Mads Skjern

소비자 등급 배터리를위한 셀 매칭 또는 체리 피킹을위한 노력은 없지만, 상당히 중요하다. 일련의 배터리 스트링은 각 충전 사이클에서 과장된 용량의 작은 불일치에 대한 이러한 긍정적 인 피드백 메커니즘을 갖는다. 이는 팩의 '가장 약한'셀이 이미 용량이 적기 때문에 상대적으로 더 많이 방전되어 더 많은 스트레스를 받아 더 빨리 마모되기 때문입니다. 따라서 엄청나게 좋은 셀 일치를 수행하더라도 잠시 후에도 여전히 불균형이됩니다.
user36129

글쎄, 4 년이 지난 후 ... LTC가이 목적을 위해 IC를 만들었다는 것을 알게되었습니다. 이것은 ltc3305입니다.이 칩에는 데모 보드가 있습니다.
포크

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납 축전지는 일정한 플로트 충전 전류로 영원히 사용할 수 있습니다. 리튬 배터리가 그렇게 손상 될 수 있습니다. 리튬 배터리가 가득 차면 더 많이 충전하면 손상 될 수 있습니다. 반대로, 자동차에서 "12V"납산 배터리는 일반적으로 약 13.6V의 고정 전압으로 충전됩니다.이 전압에서는 가득 차더라도 리튬 배터리와 달리 소량의 충전 전류가 필요합니다. 이것은 납 축전지에 아무런 해를 끼치 지 않습니다.


따라서 부동 충전은 셀을 고르게합니다. 따라서 4 개의 12V 배터리를 직렬로 연결하면 동일한 원리가 적용되며 24 개의 셀 각각이 부동 충전에 의해 균형을 맞 춥니 다. 내가 맞아?
Mads Skjern

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플로트 충전은 고르게 이루어 지지만, 급속 충전을 위해서는 4 개의 배터리 모두 수명을 연장하기 위해 개별 충전기가 필요합니다.

빠른 충전으로 의미하는 바를 자세히 설명해 주시겠습니까? 배터리를 충전 할 수있는 태양 전지판이 있고 전력이 부족하면 어떻게해야합니까? 급속 충전은 부동 충전 이상이거나 배터리를 일부 전류 / 전원 이상으로 충전하는 것 이상입니까?
Mads Skjern

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이것을 다운 보트 한 사람이라면, 당신이 정확히 무엇을 잘못 생각하는지 설명하는 것이 유용 할 것입니다.
Olin Lathrop

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@OlinLathrop 나는 투표를하지 않았지만 "이것 (과충전)이 납산 배터리에 해를 끼치 지 않는다"를 읽은 후에 투표를 취소했다. 해를 끼치 지 않는다는 증거는 없습니다 . "적은 피해"와 같이 덜 절대적인 표현. 납산 배터리 화학은 리튬 배터리보다 과충전 허용 오차가 훨씬 더 큽니다 ( LiCoO2의 경우 4.2V에서 0.10V ). 액체 납 축전지 허용 오차는 가스 발생을 증가시켜 적어도 물 손실을 초래합니다. 배터리를 탈염 / 증류수로 재충전하여 부분적으로 "수리"할 수 있습니다.
프로 백업

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셀은 동일한 구조에서 다중 셀 불일치보다 배터리마다 다릅니다. 따라서 6 세포 납 산은 하나로 취급됩니다. 가장 약한 셀이 먼저 고갈 됨으로써 단위의 노화 및 용량이 가속화되므로, 전체 용량을 개선하고 가장 약한 셀의 과충전을 방지하기 위해 매칭을 최적화하는 것이 리튬을 사용하는 것이 더 중요합니다. 과충전을 방지하려면 각 셀에 액티브 제너 클램프가 필요합니다.

그러나 납 축전지는 모두 하나의 셀에서 고장이 발생하는 경우가 많지만, 비용 효율성은 수명 연장을위한 추가 비용을 보증하지 않습니다.

또한 자체 발열로 인해 리튬의 노화가 가속화되므로 플로트시 납산 14.2의 급속 충전 및 CV 충전보다는 빠른 충전 및 차단을 선호합니다. SLA는 비슷하지만 낮은 전압으로 온도 보상됩니다.


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납산 배터리는 "균등화"라고 알려진 프로세스를 사용하여 잔액을 충전합니다. 가장 높은 전하를 갖는 직렬 스트링의 셀은 과충전 될 수 있으며, 이는 스트링의 하부 셀도 완전히 충전 될 수있게한다.

리튬 이온 셀은 과충전을 견딜 수 없기 때문에이 프로세스를 사용할 수 없으므로 동일한 효과를 얻으려면 균형 잡힌 충전 프로세스가 필요합니다. 동일한 충전 레벨을 갖는 모든 셀.


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필자의 경험에 따르면 순수한 태양 원격 지역 전력은 다음과 같은 이유로 납 축전지와 매우 잘 작동합니다. 충전 속도가 장시간 낮습니다. 배터리는 여름부터 겨울까지 광범위하게 천천히 순환됩니다. 낮은 전류에서 균등화하기 위해 상대적으로 빈번한 에너지가 있습니다

디젤 태양 전지 하이브리드 시스템은 다음과 같습니다. 저 전류 이퀄라이제이션에 사용할 수있는 에너지는 거의 없습니다. 상당한 부동 시간없이 높은 충전에서 상당한 방전으로 전환하십시오.

이것은 개별 셀 밸런싱이 납 축전지를 사용하는 그러한 원격지 하이브리드 전력 시스템에서 납 축전지에 유리할 것이라는 사용자 38367의 언급을 확인시켜 준다.

긴 스트링 납 축전지는 단일 셀에서 유사한주기에 비해 용량이 급격히 줄어든다는 중요한 증거가있다. http://www.battcon.com/PapersFinal2004/SymonsPaper2004.pdf


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리튬 전지를 과충전하면 화상을 입거나 폭발하기 때문입니다. Pb 셀을 과충전하면 건조 될 때까지 수소를 배출합니다. 물을 넣어서 다시 채우면됩니다. 현대 실리콘과 AGM Pb 배터리는 통풍구가 아니라 수소와 산소를 물로 재결합한다고 생각합니다. 그러나 성공의 에너지는 어딘가로 가야하기 때문에 조금 따뜻해질 수도 있습니다.

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