Próbowałem zaprojektować system ładowania małego robota zasilanego baterią litowo-polimerową 2S 20C (LiPo). Gdybym miał zaufanie do wszystkiego, co czytam online, uwierzyłbym, że LiPo zabije mnie we śnie i ukradnie moje oszczędności życiowe. Wspólna rada, którą czytam, jeśli jesteś wystarczająco odważny, aby używać akumulatorów LiPo, to „nigdy nie pozostawiaj bez opieki”, „nigdy nie ładuj na powierzchni łatwopalnej lub przewodzącej” i „nigdy nie ładuj w tempie większym niż 1  ° C ”.

Rozumiem, dlaczego jest to rozsądne, ale jakie jest rzeczywiste ryzyko związane z akumulatorami LiPo?

Prawie każdy telefon komórkowy, zarówno Android, jak i iPhone, zawiera baterię LiPo, którą większość ludzi, w tym ja, ładuje bez nadzoru - często pozostawiając na łatwopalnym lub przewodzącym podłożu. Jednak nigdy nie słyszysz o tym, że ktoś wybuchnie płomieniem, ponieważ jego telefon komórkowy eksplodował. Tak, wiem, że zdarzają się dziwne wypadki, ale jak niebezpieczne są nowoczesne akumulatory LiPo? Dlaczego tak wielu komentujących online traktuje samodzielne baterie LiPo jak bomby czekające na wybuch, ale nawet nie myśli dwa razy o LiPo siedzącym w kieszeni?

Każdy telefon komórkowy (jak również laptop i prawie wszystko z akumulatorem) korzysta z LiIon / LiPo (zasadniczo równoważny do celów niniejszej dyskusji). I masz rację: pod względem faktycznych przypadków litowo-jonowy i litowo-polimerowy są najbezpieczniejszymi chemikaliami akumulatorowymi w szerokim użyciu, bez żadnych ograniczeń.

I jedynym powodem, dla którego ta wszechobecna chemia nie zamordowała ciebie i / lub twojej rodziny kilka razy, jest to, że komórki te nie są ładowane bez nadzoru. Być może nie uczestniczysz w nim osobiście, ale każdy z tych akumulatorów litowo-jonowych ma znaczną ilość obwodów ochronnych i monitorujących, które są na stałe zintegrowane z pakietem. Działa jako strażnik. Monitoruje każde ogniwo w baterii.

• Odłącza zaciski wyjściowe i zapobiega ich przeładowaniu.
• Odłącza wyjście, jeśli są rozładowywane przy zbyt wysokim prądzie.
• Odłącza wyjście, jeśli jest ŁADOWANE przy zbyt wysokim prądzie.
• Jeśli którakolwiek z komórek ulegnie awarii, wyjście zostanie odłączone.
• Jeśli jakakolwiek komórka jest zbyt gorąca, odłącza wyjście.
• Jeśli którykolwiek z ogniw zostanie nadmiernie rozładowany, odłącza on wyjście (i na stałe - jeśli zapomnisz zbyt długo ładować akumulator litowo-jonowy, przekonasz się, że nie będzie już ładować. Jest skutecznie niszczony, a ochrona obwód nie pozwoli na ładowanie ogniw).

Rzeczywiście, każda bateria telefonu, bateria laptopa *, bez względu na baterię litową do wielokrotnego ładowania, jest najbardziej dokładnie monitorowana, kontrolowana i aktywnie zarządzana, co stanowi diametralne przeciwieństwo „bezobsługowej” baterii.

Powodem tak wielu dodatkowych problemów jest fakt, że akumulatory litowo-jonowe są tak niebezpieczne . Oni potrzebują obwód ochronny być bezpieczne, a oni nie są nawet zdalnie bezpieczny bez niego. Inne substancje chemiczne, takie jak NiMH lub NiCad, mogą być stosowane stosunkowo bezpiecznie jako gołe komórki, bez żadnego monitorowania. Jeśli zrobią się zbyt gorące, mogą wywietrzyć (co zdarzyło mi się osobiście), i może to być dość zaskakujące, ale to nie spali twojego domu ani nie spowoduje dłuższego pobytu w jednostce oparzeniowej. Baterie litowo-jonowe spełnią oba te wymagania, a to prawie jedyny wynik. Jak na ironię, baterie litowo-jonowe stały się najbezpieczniejszym zestawem akumulatorów, ponieważ są najbardziej niebezpieczną chemią akumulatorów.

Być może zastanawiasz się, co tak naprawdę czyni je tak niebezpiecznymi.

Inne chemikalia akumulatorów, takie jak kwas ołowiowy lub NiMH lub NiCad, nie są pod ciśnieniem w temperaturze pokojowej, chociaż ciepło generuje pewne ciśnienie wewnętrzne. Mają także wodne, niepalne elektrolity. Przechowują energię w postaci stosunkowo powolnej reakcji utleniania / redukcji, której szybkość uwalniania energii jest zbyt niska, aby, powiedzmy, powodować wyrzucanie 6-metrowych strumieni ognia. Albo jakikolwiek płomień, naprawdę.

Baterie litowo-jonowe różnią się zasadniczo. Przechowują energię jak źródło. To nie jest metafora. Cóż, jak dwie sprężyny. Jony litu są wtłaczane między atomy kowalencyjnie związanego materiału anodowego, rozsuwając je i „rozciągając” wiązania, magazynując energię. Ten proces nazywa się interkalacją . Po rozładowaniu jony litu przemieszczają się z anody do katody. Jest to bardzo elektromechaniczne i zarówno anoda, jak i katoda podlegają znacznym obciążeniom mechanicznym.

W rzeczywistości zarówno anoda, jak i katoda naprzemiennie zwiększają lub zmniejszają objętość fizyczną w zależności od stanu naładowania akumulatora. Ta zmiana objętości jest jednak nierównomierna, więc w pełni naładowany akumulator litowo-jonowy wywiera nieistotny nacisk na swój pojemnik lub inne części. W przeciwieństwie do innych chemikaliów akumulatory litowo-jonowe są pod dużym ciśnieniem wewnętrznym.

Innym problemem jest to, że ich elektrolit jest lotnym, wyjątkowo łatwopalnym rozpuszczalnikiem, który spala się dość energicznie i łatwo.

Złożona chemia ogniw litowo-jonowych nie jest nawet do końca poznana i istnieje kilka różnych związków chemicznych o różnych poziomach reaktywności i nieodłącznym niebezpieczeństwie, ale wszystkie o wysokiej gęstości energii mogą ulec niekontrolowanemu termicznemu zużyciu. Zasadniczo, jeśli staną się zbyt gorące, jony litu zaczną reagować z tlenem zgromadzonym jako tlenki metali w katodzie i uwolnią jeszcze więcej ciepła, co przyspieszy reakcję.

To, co nieuchronnie skutkuje, to bateria, która samozapala się, rozpyla wysoce łatwopalny elektrolit rozpuszczalnikowy z siebie i natychmiast ją zapala, teraz, gdy dostępne jest nowe źródło tlenu. To tylko dodatkowy ogień, jednak lit metal wciąż utlenia się z dużą ilością tlenu w środku.

Jeśli zrobi się za gorąco, tak się dzieje. Jeśli zostaną przeładowane, stają się niestabilne, a wstrząs mechaniczny może sprawić, że wybuchną jak granat. Jeśli zostaną nadmiernie rozładowane, część metalu w katodzie ulega nieodwracalnej reakcji chemicznej i powstanie metalicznych boczników. Te boczniki będą niewidoczne, dopóki ładowanie nie rozszerzy części baterii na tyle, że membrana oddzielająca zostanie przebita przez jedno z tych boczników, tworząc martwe zwarcie, co oczywiście prowadzi do pożaru itp .: Znany tryb awarii jonów litowo-jonowych miłość.

Tak więc, dla jasności, nie tylko przeładowanie jest niebezpieczne, ale także nadmierne rozładowanie, a akumulator będzie czekał, aż ponownie wpompujesz tonę energii, zanim spektakularnie Cię nie zawiedzie i bez żadnych ostrzeżeń ani mierzalnych znaków .

Dotyczy to baterii konsumpcyjnych. Wszystkie te obwody ochronne są jednak mniej zdolne do zmniejszenia niebezpieczeństwa związanego z wysokimi odpływami. Wysoki drenaż generuje niemałą ilość ciepła (co jest złe), a co bardziej niepokojące, powoduje ogromne obciążenia mechaniczne na anodzie i katodzie. Szczeliny mogą się tworzyć i rozszerzać, co prowadzi do niestabilności, jeśli masz pecha, lub po prostu krótszego okresu użytkowania, jeśli nie jest zbyt poważny. Właśnie dlatego widzisz LiPos sklasyfikowane w „C” lub jak szybko można je bezpiecznie rozładować. Proszę wziąć te oceny na poważnie i obniżyć je, zarówno ze względu na bezpieczeństwo, jak i dlatego, że wielu producentów po prostu kłamie na temat oceny C swoich akumulatorów.

Mimo to czasami RC Lipo po prostu wybuchnie bez powodu. Musisz bezwzględnie przestrzegać ostrzeżeń, aby nigdy nie obciążać ich bez nadzoru i wszystkim innym. Powinieneś kupić torbę bezpieczeństwa, aby je naładować, ponieważ może to zapobiec spaleniu twojego domu (prawdopodobnie z tobą lub bliskimi w środku). Nawet jeśli ryzyko jest bardzo niskie, szkody, które może on spowodować, są ogromne, a środki niezbędne do zmniejszenia większości tego potencjału szkód są trywialne.

Nie ignoruj ​​wszystkiego, o czym ci mówiono - wszystko jest na miejscu. Pochodzi od ludzi, którzy nauczyli się szanować LiPos za to, czym są, i ty też powinieneś. Rzeczą, której zdecydowanie chcesz uniknąć, jest udzielenie tej lekcji przez baterię litowo-jonową zamiast rówieśników online i offline. Ten ostatni może cię podpalić na forum, ale ten pierwszy dosłownie cię podpali.

Zobaczmy kilka filmów eksplodujących!

Pozwól, że zajmę się tym, jak zawodzą. Omówiłem mechanizm, ale co tak naprawdę się dzieje? Akumulatory litowo-jonowe mają tylko jeden tryb awarii, który polega na eksplozji, a następnie wystrzeleniu olbrzymiej ilości ognia w gigantycznym strumieniu płomienia przez kilka sekund, a następnie kontynuowaniu ogólnych czynności związanych z paleniem. Jest to pożar chemiczny, więc nie można go ugasić (akumulatory litowo-jonowe nadal będą strzelały ogromnymi strumieniami ognia nawet w próżni kosmicznej. Utleniacz jest zawarty w środku, nie potrzebuje powietrza ani tlenu do spalania). Aha, i wylewanie wody na lit nie robi nic dobrego , przynajmniej jeśli chodzi o redukcję ognia.

Oto lista „największych hitów” kilku dobrych przykładów niepowodzenia. Należy pamiętać, że czasami zdarza się to w przypadku dużych obciążeń RC nawet przy zastosowaniu odpowiednich środków bezpieczeństwa. Porównywanie aplikacji o dużym poborze prądu do znacznie bezpieczniejszych i niższych prądów telefonów nie jest w ogóle poprawne. Setki amperów - kilkaset miliamperów.

Awaria samolotu RC.

Nóż wbija baterię wielkości smartfona.

Przeładowane LiPo spontanicznie wybucha.

Bateria laptopa w ucieczce termicznej jest lekko wciśnięta, co powoduje eksplozję.

Aby bezpiecznie korzystać z akumulatorów Lipo, należy traktować je z takim samym szacunkiem, jak wszystko, co może przechowywać i szybko uwalniać dużą ilość energii chemicznej i / lub elektrycznej. Im większy akumulator i niższy opór wewnętrzny (np. Wyższa ocena C), tym bardziej należy zachować ostrożność. Można je bezpiecznie stosować ... podobnie jak benzyna może być bezpiecznie używana, ale aby to zrobić, musisz dowiedzieć się, jak działają i jak mogą zawieść.

Kiedy się nad tym zastanowić, nie jest zaskoczeniem, że na przykład bateria Tesli ma mniej więcej taki sam poziom ryzyka jak zbiornik paliwa, który zastępuje ... oba magazynują dużo energii, którą można szybko uwolnić w razie potrzeby. Cóż, właściwie kłamię, ponieważ bateria Tesli przechowuje jedynie energię małego zbiornika z benzyną / benzyną i ma więcej wbudowanych kontroli bezpieczeństwa.

Przez około 15 lat bezpiecznie korzystałem z dużych akumulatorów Lipo w samolotach i śmigłowcach o wysokiej wydajności R / C (akumulatory do 90C) (byłem wczesnym adaptatorem). Poza własnym doświadczeniem mam doświadczenie w innych klubach. W przeszłości widziałem, że paczki zawodzą, ale teraz jest to naprawdę rzadkie, ponieważ nauczyliśmy się ich używać z szacunkiem. Oto, czego nauczyłem się, żyjąc na krawędzi. :)

Tryby awaryjne

Najczęstsze tryby awarii to:

• obrażenia fizyczne (powoduje to ich wewnętrzne zwarcie)
• przeładowanie (spowodowane przez wadliwą / złą ładowarkę)
• przegrzanie z powodu wysokiego prądu rozładowania (powoduje nadmuchanie paczki lub gorzej, jeśli ciepło jest naprawdę wysokie)

Najczęstsze tryby niepowodzenia, o których słyszałem (ale których nigdy nie widziałem) to:

• spontaniczna awaria komórki z powodu tandetnej produkcji, która spowodowała wewnętrzne zwarcie (zwykle pogarszane przez szok fizyczny, ale nie zawsze)

Wszystkie powyższe tryby awarii mogą powodować „odpowietrzanie z dymem” lub „odpowietrzanie z płomieniami”. Nowsze liposole z mniej lotnymi elektrolitami mogą „odpowietrzać się dymem”, ale nigdy nie możesz być tego pewien; więc musisz zaplanować najgorszy przypadek.

Standardowa procedura operacyjna (SOP)

Oto minimalna standardowa procedura operacyjna (SOP) dla użycia wysokiego rozładowania (każdy pakiet R / C jest wysokim rozładowaniem) pakietów gołej lipo, których używam:

Ochrona fizyczna

• komórki muszą być chronione przed fizycznym uszkodzeniem
• jeśli twoje otoczenie jest surowe, zastanów się nad twardym samochodem R / C (obudowa z włókna węglowego wokół miękkich Lipos)
• komórki należy sprawdzić pod kątem uszkodzeń fizycznych przed i po każdym użyciu
• jeśli którekolwiek ogniwo zostanie w jakikolwiek sposób fizycznie uszkodzone, należy je przenieść do miejsca bezpiecznego ogniowego, a następnie powoli (1C) rozładować do 2 woltów na ogniwo lub mniej, a następnie bezpiecznie usunąć (żadne uszkodzone ogniwo nie powinno być ponownie uważane za bezpieczne )
• NIE transportuj uszkodzonych komórek; traktuj ich z takim samym szacunkiem, jak traktujesz fajerwerk, którego knota nie jesteś jeszcze pewien, nie ma go jeszcze i który wciąż może wybuchnąć w każdej chwili!

Nawiasem mówiąc, w przeciwieństwie do tego, co napisał @metacolin, bezpieczne jest rozładowanie Lipo pod niskim napięciem i jest to preferowane rozwiązanie przed wyrzuceniem opakowania. Chcesz usunąć całą energię chemiczną z paczki, aby była bezpieczna. Niebezpieczne jest rozładowanie ogniwa poniżej 2 V, a następnie naładowanie go. Ładowanie ogniwa niskiego napięcia może spowodować, że lit wyplątuje się, powodując niestabilność ogniwa.

Ładowanie (jest to najbardziej krytyczny czas dla bezpieczeństwa)

• rób to z dala od wszelkich łatwopalnych materiałów, które nie ucierpią na skutek dymu (np. na zewnątrz)
• zawsze upewnij się, że każde ogniwo jest indywidualnie monitorowane podczas ładowania; zrobi to wysokiej jakości ładowarka R / C z „zrównoważonym” ładowaniem
• sprawdź napięcie ogniwa przed ładowaniem (wysokiej jakości ładowarka R / C zrobi to automatycznie), jeśli którekolwiek ogniwo jest poniżej 3V, podejmij podejrzenie paczki i zrównoważ ładowanie powoli, aby sprawdzić, czy odzyska
• jeśli którekolwiek napięcie ogniwa jest niższe niż 2 V, nie ładuj (wysokiej jakości ładowarka zrobi to automatycznie); rozładuj inne ogniwa, a następnie bezpiecznie wyrzuć paczkę ... kiedy ogniwo spadnie poniżej 2 V, ładowanie nie jest już bezpieczne, ponieważ lit metal może się wysunąć i spowodować niestabilność ogniwa podczas kolejnego ładowania
• nie używaj ładowarki niskiej klasy, która ma dobrą kalibrację napięcia

Rozładowanie

• problem stanowi szybkie rozładowanie, które wytwarza zbyt dużo ciepła; patrz dyskusja Heat poniżej
• nadmierne rozładowanie jest bezpieczne ... raz; ale nigdy więcej nie ładuj; patrz omówienie ładowania powyżej

Ciepło

• upewnij się, że komórki nigdy się nie nagrzeją (z powodu szybkiego rozładowania, szybkiego ładowania, siedzenia na słońcu itp.) 45 stopni Celsjusza to absolutne maksimum, które toleruję ... ale poniżej 35 stopni Celsjusza jest znacznie lepiej
• nie rozładowywać ani nie ładować ogniw, które są zbyt zimne; najpierw je rozgrzej ... komórki działają najlepiej od około 10 stopni Celsjusza do 30 stopni Celsjusza; powlekanie litem może znów stanowić problem, jeśli stosuje się je, gdy są zbyt zimne

Długie życie

• jeśli chcesz, aby Twoje komórki działały długo (kalendarz), najlepiej postępować zgodnie z zasadą 80/20 z bateriami Lipo; to nie rozładuj ich poniżej 20% pojemności lub powyżej 80% pojemności; to właśnie robią nowoczesne systemy zarządzania bateriami (BMS) (np. Tesla, iPhone itp.)
• gdy akumulatory są przechowywane dłużej niż tydzień, upewnij się, że są zrównoważone i ładowane do około 60% pojemności na ogniwo (ponownie, dobra ładowarka R / C może to zrobić automatycznie).

Ostatnie przemyślenia na temat twojego pytania

Tak więc, jeśli opracujesz bezpieczne SOP i podejmiesz działania w celu zmniejszenia ryzyka, możesz użyć Lipo w swoim robocie. Dopóki nie zrozumiesz w pełni bezpiecznych procedur operacyjnych, nawet nie rozważę stworzenia własnej ładowarki lub BMS. Mądrzy ludzie spędzili lata takie rzeczy.

W przeciwnym razie, w zależności od potrzeb projektowych, może prosty akumulator NiMh SLA może zaspokoić Twoje potrzeby. Jednak nawet akumulatory NiMh i SLA mają swoje własne standardowe procedury operacyjne. Na przykład ogniwa NiMh mogą wybuchnąć z powodu ciśnienia podczas ładowania, jeśli zostaną przeładowane, a zawór ciśnieniowy ulegnie awarii. SLA wytwarzają gazowy wodór! podczas ładowania ... więc muszą być dobrze wentylowane.

Pamiętaj, że wszystko przydatne może być niebezpieczne. Lipo nie są gorsze niż nóż szefa kuchni lub skrzydło samolotu pełne nafty. Sztuką jest nauczyć się, jak mądrze z nich korzystać.

Edycja: Konfrontacja z dezinformacją

Mit 1

@metacollin, pisze, że Lipo „anoda i katoda doświadczają znacznego obciążenia mechanicznego”

Fałsz ... Ogniwa litowo-polimerowe nie podlegają znaczącym obciążeniom podczas normalnej pracy. Dlatego mogą być pakowane w plastikowe torebki.

Ale nie wierz mi na słowo. Zobacz, jak ekspert mówi o 10:00. (Ostrzeżenie spoilera: nazywa afekt „łagodnym”).

https://www.youtube.com/watch?v=pxP0Cu00sZs

PS Zdecydowanie polecam obejrzenie całego filmu, jeśli chcesz uzyskać informacje od eksperta (a nie kogoś, kto udaje eksperta).

Chemia NiMh lub NiCd są w rzeczywistości bardziej niebezpieczne pod względem wzrostu naprężeń / wzrostu ciśnienia. Oba mogą generować nadmiar tlenu, jeśli zostaną przeładowane. Jest to jeden z powodów, dla których ogniwa NiMh i NiCd znajdują się w okrągłych metalowych puszkach z otworami bezpieczeństwa, a nie w plastikowych pojemnikach takich jak LiPo. Przeczytaj tę specyfikację. arkusz z pełnym wyjaśnieniem:

http://data.energizer.com/PDFs/nickelmetalhydride_appman.pdf

Mit 2

@metacollin, „Potrzebują obwodów ochronnych, aby były bezpieczne, a bez nich nie są nawet zdalnie bezpieczne”.

To prawda . Jednak ważne jest, aby cały system akumulatorów i ładowanie współpracowały ze sobą, aby wszystkie ogniwa akumulatora działały ze specyfikacją. Można to zrobić na więcej niż jeden sposób (topologia):

1. Uwzględnij obwód „ochronny” na ogniwo i nie polegaj na ładowarce lub użytkowniku, aby był zgodny ze specyfikacją. Obwód „ochronny” wykonuje następujące czynności:
   • wyłącz ogniwo (obwód otwarty), jeśli prąd wzrośnie zbyt wysoko
   • wyłącz ogniwo, jeśli napięcie spadnie zbyt nisko
   • wyłącz ogniwo, jeśli napięcie będzie zbyt wysokie

Ponieważ obwody „ochronne” montowane na ogniwach mogą mieć jedynie ograniczony rozmiar, ogólnie nadają się tylko do scenariuszy o niskim natężeniu prądu.

2. Alternatywnie możesz używać pustych komórek, o ile zawsze używasz ich z inteligentną, zrównoważoną ładowarką, która:
   • odmawia ładowania, jeśli napięcie jest zbyt niskie
   • zapewnia, że ​​napięcie ładowania nigdy nie będzie zbyt wysokie

Jeśli chcesz połączyć, możesz umieścić odpowiedni bezpiecznik w zestawie z paczką.

To właśnie robią użytkownicy R / C, ponieważ chcą, aby baterie były jak najlżejsze i mogły dostarczać wysoki prąd.

3. Ostateczną strategią jest użycie gołych komórek połączonych w bardziej kompletny system zarządzania baterią (BMS). BMS może mieć wiele różnych topologii w zależności od parametrów, dla których optymalizujesz. BMS może także wykonywać inne czynności niezwiązane z bezpieczeństwem, takie jak dodawanie funkcji (np. Wskaźnik stanu naładowania) i próba zwiększenia żywotności baterii poprzez kontrolowanie parametrów operacyjnych. Nowoczesne samochody elektryczne i motocykle elektryczne wykorzystują ogniwa BMS (a nie „chronione”). Dodatkowo nowoczesna elektronika użytkowa z wbudowanymi LiPo przeszła z używania ogniw chronionych na używanie BMS. Np. IPhone'y, iPody itp.

Z punktu widzenia bezpieczeństwa wszystkie te ustawienia działają tak samo jak kompletny system . Po prostu robią to na różne sposoby, ponieważ są zoptymalizowane pod kątem różnych parametrów.

Kiedy duża firma chce stworzyć ładowarkę LiPo, może:

O. Zatrudniaj ekspertów i przeprowadzaj rozległe testy, aby upewnić się, że ładowarka będzie działać bezpiecznie w pełnym zakresie warunków pracy.

B. Kupuj gotowe układy scalone lub zespoły, którym zapewniono ten sam poziom opieki.

C. Podwykonawstwo pracy osobom, które wiedzą, co robią.

Kiedy budujesz obwód ładowania w domu, nie robisz żadnej z tych rzeczy.

Akumulatory LiPo mogą z pewnością wybuchnąć płomieniem, o czym informuje wyszukiwarka YouTube . Znajdziesz ludzi aktywnie niszcząc baterie z gwoździ czy nawet siekierą , ale można też znaleźć bardziej realistyczne przykłady, jak ten jeden samolotu RC gwałtownie wybuchając płomieniem z powodu problemu ładowania.

Stąd ostrzeżenia - ludzie w Internecie nie mogą zagwarantować, że domowy obwód ładowania zawsze będzie działał bezpiecznie, a tryb awaryjny LiPo to „bomba”. W końcu taka właśnie jest bomba - szybko uwalniana jest duża ilość energii.

[Chociaż ta późna odpowiedź może być mało widoczna teraz, gdy pytanie wyszło z gorącej listy, myślę, że konieczne jest dalsze podkreślenie kontrastu między kompleksowymi funkcjami bezpieczeństwa w urządzeniach takich jak laptopy i telefony komórkowe a zwykle mniej kompleksowym bezpieczeństwem funkcje w hobbystach lub urządzeniach do majsterkowania.]

Kontekst jest niezbędny przy ocenie przytaczanych przez ciebie ostrzeżeń dotyczących bezpieczeństwa. Nie są one skierowane na urządzenia takie jak laptopy i telefony komórkowe (renomowanych producentów), które wykorzystują ściśle zintegrowane obwody zarządzania / ochrony baterii, aby zapewnić im bezpieczeństwo. Raczej atakują mniej bezpieczne urządzenia, np. Niezabezpieczone ogniwa LiPo używane w hobby RC do zasilania zdalnie sterowanych samochodów, samolotów itp. Poniżej przyjrzymy się znacznie głębiej różnicom w zakresie bezpieczeństwa.

W przeciwieństwie do innych chemii akumulatorów znanych konsumentom, akumulatory oparte na chemii litowo-jonowej są z natury znacznie bardziej lotne. Z tego powodu wymagają bardzo starannie zaprojektowanego obwodu zarządzania baterią, aby chronić je przed katastrofalną awarią. Obejmuje to mechanizmy, które zapobiegają osiągnięciu stanów niebezpiecznych (zbyt niskie lub nadmierne, nadmierna temperatura, przetężenie itp.), A ponadto mogą je wyłączyć, gdy pojawią się niebezpieczne warunki (np. Za pomocą bezpiecznika FET, PTC lub jednorazowego bezpiecznika). Taka logika może nawet obejmować zaawansowane algorytmy, które stale monitorują stan komórek w celu przewidywania zbliżających się poważnych awarii (takich jak zwarcie wewnętrzne, które może prowadzić do niekontrolowanego wzrostu temperatury).

W przeciwieństwie do większości montowanych przez użytkownika urządzeń do majsterkowania / majsterkowania, w przypadku laptopów i telefonów komórkowych producent ma kontrolę nad całym podsystemem zasilania akumulatorowego, dlatego mogą zaprojektować bardzo ściśle zintegrowany system, w tym zaawansowane mechanizmy ochronne odporne na uszkodzenia. Takie projekty są zgodne ze sprawdzonymi w czasie standardami branżowymi i wykorzystują wiele poziomów redundancji oraz kompleksowe metody analizy awarii, np. Analiza drzewa błędów lub FMEA = tryby awarii i analiza skutków.

Możesz być zaskoczony kompleksowością takich analiz, np. Poniżej są 2 z 96 przypadków rozpatrywanych w IEEE 1625 2004 , w tym przypadek, w którym zwierzę oddaje mocz na urządzeniu (PC).

Możesz być również zaskoczony wysokim poziomem nadmiarowości zastosowanej ochrony przed awarią, np. Zgodnie ze wspomnianym standardem branżowym baterie do laptopów muszą stosować co najmniej dwie niezależne metody wyłączania FET ładowania, aby zapobiec katastrofalnemu przeładowaniu. Ponadto, jeśli obie metody zawiodą, wówczas musi zadziałać bezpieczny bezpiecznik chemiczny. Jest to specjalny wyzwolony napięciem 3-biegunowy bezpiecznik, który może działać nawet w ekstremalnych warunkach, na przykład gdy napięcie akumulatora spadnie bardzo nisko z powodu zwarcia.

Porównaj to powyżej z projektem DIY lub hobby RC, w którym użytkownik końcowy jest odpowiedzialny za integrację komponentów podsystemu baterii i zapewnienie ich bezpiecznego działania razem (komponenty to ogniwa, płyta ochronna BMS / PCM, urządzenie i ładowarka). Istnieje wiele przeszkód utrudniających takie. Użytkownik może nie mieć wystarczającej wiedzy. Użytkownik może nie mieć dostępu do kart danych i informacji technicznych, które na ogół nie są udostępniane konsumentom (producenci ogniw zdecydowanie odradzają bezpośrednie użytkowanie przez konsumentów, np. Niedawno Sony wysłało nakaz zaprzestania i rezygnacji do nowojorskiego sklepu vaping sprzedającego komórki Sony 18650 - patrz poniżej) . Brak standardowych protokołów komunikacyjnych, takich jak SBS = Smart Battery System w świecie RC / hobby ogranicza komunikację między podsystemami, co znacznie zwiększa trudność w projektowaniu zaawansowanych mechanizmów bezpieczeństwa, takich jak te w laptopach.

Oto prawdziwy przykład: pytanie z forum wsparcia dla mierników poziomu baterii TI.

Zastanawiam się, czy te bezpieczniki chemiczne są obowiązkowym elementem akumulatorów litowo-jonowych. Współpracuję z chińskim dostawcą paczki litowo-jonowej, który opracował projekt paczki oparty na układzie scalonym wskaźnika paliwa bq20z45-R1, ale nie było obwodu bezpiecznika chemicznego. Ponadto nie było układu zabezpieczającego przed przepięciem wtórnym, takiego jak bq29412. Czy bezpiecznik chemiczny i bq29412 (lub podobny układ scalony) są wymagane do komercyjnych zastosowań akumulatorów litowo-jonowych? Czy istnieje wymóg prawny? BTW, pracuję nad projektem urządzenia medycznego.

Powyżej mamy przykład zestawu akumulatorów, który nie ma drugiego i trzeciego poziomu zabezpieczenia przed przeładowaniem opisanego powyżej. Takie pominięcia funkcji bezpieczeństwa są powszechne w wielu tańszych systemach zarządzania baterią. Nie wspominając o niektórych chińskich producentach, którzy znacznie przesadzają z poziomem wdrożonej ochrony. Aby rozpoznać takie pominięcia i zrozumieć ich konsekwencje, gdy użytkownik końcowy jest inżynierem, musi posiadać odpowiednią wiedzę podstawową w tej dziedzinie. Brak takich może prowadzić do projektów z poważnymi wadami bezpieczeństwa. Dlatego renomowani producenci ogniw, tacy jak LG, Panasonic, Samsung, Sanyo i Sony, odmawiają bezpośredniego kontaktu z konsumentami. Ryzyko jest zdecydowanie zbyt duże, jeśli nie ma się wystarczającej wiedzy, aby zapewnić bezpieczny projekt.

Poniżej znajduje się wspomniany wyżej list Sony . Jest to typowe dla postawy renomowanych producentów ogniw w odniesieniu do poważnych zagrożeń bezpieczeństwa związanych z wykorzystaniem przez konsumentów luźnych ogniw.

Dla wygody poniżej znajdują się linki podane w liście:

Elektroniczne pożary i wybuchy papierosów , US Fire Administration, FEMA, październik 2014 r

Bezpieczeństwo baterii , Stowarzyszenie Technologii Konsumenckich.

Wszystkie świetne odpowiedzi. Oto krótki. 7,4 wolta 5 amperogodzinna bateria ma 37 watogodzin energii, czyli 133 200 dżuli. Porównaj z 873 dżulami energii lufy 0,357 Magnum. Sztuczka polega na tym, aby nie pozwolić jej od razu uwolnić się przez przegrzanie lub zmiażdżenie.

Myślę, że twoje informacje są nieaktualne.

Miałem współpracownika, który był na samolotach RC. Byli pierwszymi dostawcami technologii LiIon, ponieważ są lekkie i mają dużą moc.

Opowiedział, w jaki sposób mieli dwa tryby awarii, z których jeden był zapalający. Samoloty dosłownie eksplodowałyby w kuli ognia podczas lotu.

Ostatecznie komórki komercyjne, później przeczytałem, mają wiele różnych funkcji bezpieczeństwa zintegrowanych z jednostkami handlowymi , wymaganych przez prawo.

Są teraz bezpieczne, o ile nie złamiesz ani nie złamiesz jednego z nich, ani nie pozwolisz, by zrobiło się za gorąco. Kontrola ciepła jest częścią gotowego projektu urządzenia: możesz mieć słabe odpowietrzenie lub niewłaściwe utrwalanie termiczne, a tym samym pozwolić mu przejść w stan krytyczny. Niektóre nowsze produkty nie są tak bezpieczne, w szczególności „komórki workowe”, które nie są odporne na działanie bez zintegrowania z odpowiednio zaprojektowanym urządzeniem.

Dowiedz się, jak bezpiecznie z nich korzystać i poznaj szczegółowe informacje na temat części wybranych do projektu.