Por que há tanto medo em torno das baterias LiPo?


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Eu tenho tentado projetar um sistema de carregamento para um pequeno robô alimentado por uma bateria 2S 20C de polímero de lítio (LiPo). Se eu confiar em tudo que leio online, acredito que o LiPo me matará durante o sono e roubará minhas economias de vida. O conselho comum que li, se você for corajoso o suficiente para usar baterias LiPo, é "nunca deixe sem vigilância", "nunca carregue em cima de uma superfície inflamável ou condutora" e "nunca carregue a uma taxa superior a 1 °  C ".

Entendo por que isso é prudente, mas qual é o risco real das baterias LiPo?

Quase todos os telefones celulares, tanto Android quanto iPhone, contêm uma bateria LiPo, que a maioria das pessoas, inclusive eu, carrega sem vigilância - muitas vezes enquanto fica em uma superfície inflamável ou condutora. No entanto, você nunca ouve falar de alguém em chamas porque o telefone celular explodiu. Sim, eu sei que há acidentes estranhos, mas quão perigosas são as baterias LiPo modernas? Por que tantos comentaristas on-line tratam baterias LiPo independentes como bombas esperando para explodir, mas nem pensam duas vezes sobre o LiPo no bolso?


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Um bom design significa que na maioria das vezes eles não causam bolas de fogo. A maior parte do tempo. youtube.com/results?search_query=lipo+battery

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Veja isto e isto ; o ponto principal é que o que faz uma bateria "Li-Po" funcionar é uma tecnologia semelhante a uma bateria de íon-lítio e, como tal, elas podem falhar catastroficamente porque os componentes internos são altamente reativos entre si e é relativamente fácil danificá-los porque nos preocupamos com coisas como densidade de potência, peso e preço. Dito isto, não é muito fácil danificá-los se você for cuidadoso com o design e não tentar abusar fisicamente da célula.
precisa saber é o seguinte

Preocupações de segurança com Li-ion . Resumo técnico dos mecanismos de falha da bateria de lítio: Falhas na bateria de lítio .
Nick Alexeev

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Todas as respostas parecem abordar possibilidades de incêndio e explosão, mas eles podem desabafar um pouco de gás bastante desagradável, também, o que pode causar danos pulmonares permanentes
Scott Seidman

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Oh espera, Po não é o símbolo químico. Isso é um alívio.
Sr. Lister

Respostas:


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Todo telefone celular (assim como laptop e quase tudo com uma bateria recarregável) usa LiIon / LiPo (essencialmente equivalente para os fins desta discussão). E você está certo: em termos de incidentes reais, íons de lítio e polímeros de lítio são a química de bateria mais segura a ser amplamente utilizada, exceto a de nenhuma.

E a única razão pela qual essa química onipresente agora não assassinou você e / ou sua família várias vezes é que essas células não são carregadas sem vigilância. Você pode não estar presente pessoalmente, mas cada uma dessas baterias de íons de lítio possui uma quantidade significativa de circuitos de proteção e monitoramento permanentemente integrados ao pacote. Ele atua como o porteiro. Ele monitora todas as células da bateria.

  • Desconecta os terminais de saída e evita que eles sejam sobrecarregados.
  • Ele desconecta a saída se eles forem descarregados com uma corrente muito alta.
  • Ele desconecta a saída se estiver CARREGADO com uma corrente muito alta.
  • Se alguma das células estiver com problemas, a saída será desconectada.
  • Se qualquer célula ficar muito quente, desconectará a saída.
  • Se qualquer uma das células estiver com descarga excessiva, ela desconectará a saída (e permanentemente - se você esquecer de carregar uma bateria de íon de lítio por muito tempo, descobrirá que ela não será mais carregada. É efetivamente destruída e a proteção circuito não permitirá que você carregue as células).

De fato, toda bateria de telefone, bateria de laptop, * qualquer bateria que seja uma química de lítio recarregável é a mais monitorada, minuciosamente monitorada e gerenciada ativamente, o oposto diamétrico de 'autônomo' como se pode obter para uma bateria.

E a razão de tantos problemas extras serem causados ​​é porque as baterias de íon-lítio são realmente perigosas . Eles precisam de circuitos de proteção para serem seguros e nem sequer são remotamente seguros sem ele. Outras substâncias químicas, como NiMH ou NiCad, podem ser usadas com relativa segurança como células nuas, sem nenhum monitoramento. Se ficarem muito quentes, podem desabafar (o que aconteceu comigo pessoalmente), e pode ser bastante surpreendente, mas não vai queimar sua casa ou aterrá-lo por uma estadia prolongada em uma unidade de queima. As baterias de íon de lítio farão as duas coisas, e esse é o único resultado. Ironicamente, as baterias de íon de lítio se tornaram a bateria mais segura por ser a química de bateria mais perigosa.

Você pode estar se perguntando o que realmente os torna tão perigosos.

Outras substâncias químicas da bateria, como ácido-chumbo ou NiMH ou NiCad, não são pressurizadas à temperatura ambiente, embora o calor gere alguma pressão interna. Eles também possuem eletrólitos aquosos não inflamáveis. Eles armazenam energia na forma de uma reação de oxidação / redução relativamente lenta, cuja taxa de liberação de energia é muito baixa para, por exemplo, fazer com que eles ejetem jatos de chamas de 1,8 metro. Ou qualquer chama, realmente.

As baterias de íon de lítio são fundamentalmente diferentes. Eles armazenam energia como uma mola. Isso não é uma metáfora. Bem, como duas fontes. Os íons de lítio são forçados entre os átomos do material do ânodo ligado covalentemente, separando-os e 'esticando' as ligações, armazenando energia. Esse processo é chamado de intercalação . Após a descarga, os íons de lítio saem do ânodo e entram no cátodo. Isso é muito eletromecânico, e tanto o ânodo quanto o cátodo sofrem uma tensão mecânica significativa com isso.

De fato, o ânodo e o cátodo aumentam ou diminuem o volume físico, dependendo do estado de carga da bateria. Entretanto, essa alteração no volume é desigual, portanto, uma bateria de íon-lítio totalmente carregada está exercendo quantidades não triviais de pressão em seu recipiente ou em outras partes de si. As baterias de íon de lítio geralmente sofrem muita pressão interna, diferentemente de outras químicas.

O outro problema é que o eletrólito é um solvente volátil e extremamente inflamável que queima com bastante vigor e facilidade.

A química complexa das células de íons de lítio ainda não é completamente compreendida, e existem algumas químicas diferentes com diferentes níveis de reatividade e perigo inerente, mas as que possuem alta densidade de energia podem sofrer fugas térmicas. Basicamente, se ficarem muito quentes, os íons de lítio começarão a reagir com o oxigênio armazenado como óxidos de metal no cátodo e liberarão ainda mais calor, o que acelera ainda mais a reação.

O que inevitavelmente resulta é uma bateria que se auto-inflama, pulveriza seu eletrólito solvente altamente inflamável por si mesma e acende imediatamente também, agora que um novo suprimento de oxigênio está disponível. Isso é apenas fogo de bônus, no entanto, ainda há uma tonelada de fogo do metal de lítio oxidando com o amplo estoque de oxigênio dentro.

Se eles ficarem muito quentes, isso acontece. Se sobrecarregados, tornam-se instáveis ​​e choques mecânicos podem fazê-los explodir como uma granada. Se forem descarregados em excesso, parte do metal no cátodo passa por uma reação química irreversível e forma desvios metálicos. Esses shunts serão invisíveis até que o carregamento expanda parte da bateria o suficiente para que a membrana de separação seja perfurada por um desses shunts, criando um curto circuito, o que obviamente resulta em incêndio, etc .: o modo de falha de íons de lítio que conhecemos e amar.

Portanto, só para esclarecer, não é apenas sobrecarregar perigoso, mas também descarregar demais, e a bateria aguardará até que você injete uma tonelada de energia nela antes de falhar espetacularmente em você e sem nenhum aviso ou sinais mensuráveis .

Isso cobre as baterias do consumidor. No entanto, todo esse circuito de proteção é menos capaz de atenuar o perigo de aplicações de alto dreno. O dreno alto não gera uma quantidade pequena de calor (o que é ruim) e mais preocupante, causa enormes quantidades de estresse mecânico no ânodo e no cátodo. As fissuras podem se formar e aumentar, levando à instabilidade se você tiver azar ou apenas a uma vida útil mais curta se não for muito grave. É por isso que você vê o LiPos classificado em 'C' ou com que rapidez eles podem ser descarregados com segurança. Por favor, leve a sério essas classificações e a reduza, tanto por segurança quanto porque muitos fabricantes simplesmente mentem sobre a classificação C de suas baterias.

Mesmo com tudo isso, às vezes um RC Lipo simplesmente se incendeia sem motivo. Você absolutamente precisa seguir os avisos para nunca cobrá-los sem supervisão e tudo mais. Você deve comprar um saco de segurança para carregá-los, pois isso pode impedir que sua casa se queime (possivelmente com você ou com quem você ama). Mesmo que o risco seja muito baixo, o dano que ele pode causar é vasto e as medidas necessárias para mitigar grande parte desse potencial de dano são triviais.

Não ignore tudo o que você está dizendo - está tudo no local. Vem de pessoas que aprenderam a respeitar o LiPos pelo que são, e você também deve. O que você definitivamente deseja evitar é ter esta lição ensinada a você por uma bateria de íon de lítio, em vez de colegas online e offline. O último pode chamá-lo em um fórum, mas o primeiro literalmente o chama.

Vamos ver alguns vídeos de coisas explodindo!

Deixe-me falar um pouco mais sobre como eles falham. Eu discuti o mecanismo, mas o que realmente acontece? As baterias de íon de lítio realmente têm apenas um modo de falha, que é meio que explodindo, disparando uma quantidade incrivelmente grande de fogo em um jato gigante de chama por vários segundos e continuando as atividades gerais relacionadas à queima por um tempo depois disso. Como é um incêndio químico, não é possível apagá-lo (as baterias de íon-lítio ainda disparam grandes jatos de fogo, mesmo no vácuo do espaço. O oxidante está contido no interior, não precisa de ar ou oxigênio para queimar). Ah, e jogar água no lítio não faz nada de bom , pelo menos em termos de redução de incêndio.

Aqui está uma lista dos "maiores sucessos" de alguns bons exemplos de falha. Observe que isso às vezes acontece em casos de RC de alto consumo, mesmo com medidas de segurança adequadas. Comparar aplicativos de alta drenagem com correntes muito mais seguras e baixas de telefones não é de todo válido. Centenas de amperes - algumas centenas de miliamperes.

Falha no plano RC.

Faca apunhala bateria do tamanho de um smartphone.

O LiPo sobrecarregado explode espontaneamente.

A bateria do laptop em uma fuga térmica é levemente pressionada, fazendo-a explodir.


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Esta é uma ótima resposta. Gostaria de poder votar duas vezes.
Adam Haun

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Aparentemente, a coisa correta a fazer quando confrontados com uma explosão da bateria / fogo é para enfiar a cabeça diretamente nele logo em seguida, como o cara no primeiro vídeo ...
JBentley

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Agora eu tenho pavor de baterias. (Também acho que é engraçado que ele tem apenas um modo de falha, mesmo no espaço.)
PyRulez

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@ Aron: Em teoria e prática, as baterias RC possuem circuitos de proteção ZERO. Gostaria de ressaltar que há uma enorme diferença entre as baterias RC e as baterias de brinquedos para brinquedos de RC (que possuem proteção). A indústria de hobby RC (ao contrário da indústria de brinquedos) assumiu que a proteção pertence a circuitos externos, como o carregador de bateria e o ESC. Mesmo assim, a maioria dos carregadores de bateria tipo hobby basicamente permite (requer?) Configurar a "proteção", definindo a corrente máxima fornecida. Eles não têm sensores para detectar automaticamente que as configurações estão erradas.
Slebetman

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@AdamHaun É uma precaução de segurança embutido no Stackexchange, a fim de impedi-lo de forma espontânea explosão de overupvoting ...
Pavel

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Para usar as baterias Lipo com segurança, você deve tratá-las com o mesmo respeito que faria com qualquer coisa que possa armazenar e liberar rapidamente uma grande quantidade de energia química e / ou elétrica. Quanto maior a bateria e menor a resistência interna (por exemplo, maior classificação C), mais você precisa ter cuidado. Eles podem ser usados ​​com segurança ... assim como a gasolina pode ser usada com segurança, mas para isso, você deve aprender sobre como eles funcionam e como podem falhar.

Quando você pensa sobre isso, não é surpresa que, por exemplo, uma bateria Tesla tenha o mesmo nível de risco que o tanque de combustível que substitui ... ambos armazenam muita energia que pode ser liberada rapidamente quando necessário. Bem, na verdade, minto um pouco porque uma bateria Tesla retém apenas a energia de um pequeno tanque de gasolina / gasolina e tem mais verificações de segurança nele.

Uso com segurança baterias grandes de Lipo em aviões e helicópteros R / C de alto desempenho (baterias de até 90 ° C) há cerca de 15 anos (fui um dos primeiros a adotar). Além da minha própria experiência, tenho a de outras pessoas em meus clubes. Já vi pacotes falharem no passado, mas agora é realmente raro, porque aprendemos a usá-los com respeito. Aqui está o que eu aprendi vivendo a vida no limite. :)

Modos de falha

Os modos de falha mais comuns são:

  • dano físico (isso causa um curto-circuito interno)
  • cobrança excessiva (causada por carregador defeituoso / com defeito)
  • superaquecimento devido à alta corrente de descarga (provoca inchaço ou pior se o calor estiver realmente alto)

Os modos menos comuns de falha que ouvi (mas nunca testemunhei) são:

  • falha espontânea das células devido à fabricação de má qualidade que causou curto interno (geralmente agravado por choque físico, mas nem sempre)

Todos os modos de falha listados acima podem resultar em "ventilação com fumaça" ou "ventilação com chamas". Lipos mais novos com eletrólitos menos voláteis podem "ventilar com fumaça", mas você nunca pode ter certeza; então você tem que planejar o pior caso.

Procedimento Operacional Padrão (POP)

Aqui está o procedimento operacional padrão mínimo (POP) para o uso de lipoaspirações nuas de alta descarga (qualquer pacote R / C é alta descarga) que eu uso:

Proteção Física

  • as células devem ser protegidas contra danos físicos
  • se o seu ambiente for difícil, considere um pacote rígido para automóvel R / C (caixa de fibra de carbono em torno dos Lipos macios)
  • as células devem ser inspecionadas quanto a danos físicos antes e após cada uso
  • se alguma célula estiver fisicamente danificada de alguma forma, ela deve ser movida para uma área segura contra incêndio e, em seguida, lentamente (1C) descarregada para baixo a 2 volts por célula ou menos, e então descartada com segurança (nenhuma célula danificada deve ser considerada novamente segura) )
  • NÃO transporte células danificadas; trate-os com o mesmo respeito que você trataria um fogo de artifício cujo pavio ainda não está certo e que ainda pode disparar a qualquer momento!

A propósito, ao contrário do que o @metacolin escreveu, é seguro descarregar um Lipo em baixa voltagem e é a coisa preferida a fazer antes de descartar uma embalagem. Você deseja remover toda a energia química de um pacote para torná-lo seguro. O que não é seguro é descarregar uma célula abaixo de 2V e depois carregá-la. Carregar uma célula de baixa voltagem pode causar lítio na placa, tornando a célula instável.

Carregamento (este é o momento mais crítico para segurança)

  • faça isso longe de qualquer coisa inflamável e que não sofra danos por fumaça (por exemplo, fora)
  • sempre garanta que cada célula esteja sendo monitorada individualmente durante o carregamento; um carregador R / C de qualidade com carregamento "equilibrado" fará isso
  • verifique as tensões das células antes de carregar (um carregador R / C de qualidade fará isso automaticamente), se alguma célula estiver abaixo de 3V, trate a embalagem com suspeita e balance-a lentamente para ver se recupera
  • se alguma voltagem da célula estiver abaixo de 2V, não carregue (um carregador de qualidade fará isso automaticamente); descarregue as outras células e descarte o pacote com segurança ... uma vez que uma célula fica abaixo de 2V, não é mais seguro cobrar mais porque o metal de lítio pode se prender e tornar a célula instável durante o carregamento subsequente
  • não use um carregador de ponta que tenha boa calibração de tensão

Descarga

  • descarga rápida que acumula muito calor é um problema; veja a discussão sobre calor abaixo
  • descarregar em excesso é seguro ... uma vez; mas nunca carregue novamente; consulte Discussão sobre carregamento acima

Calor

  • garanta que as células nunca fiquem quentes (devido a descarga rápida, carga rápida, exposição ao sol etc.) 45 graus Celsius é o máximo absoluto que eu tolero ... mas menos de 35 graus Celsius é muito melhor
  • não descarregue ou carregue células muito frias; aqueça-as primeiro ... as células funcionam melhor de cerca de 10 graus Celsius a 30 graus Celsius; o revestimento de lítio pode ser novamente um problema se forem usados ​​com muito frio

Vida longa

  • se você deseja que suas células durem muito tempo (calendário), é melhor seguir a regra 80/20 com baterias Lipo; isto é, não os descarregue abaixo de 20% da capacidade ou acima de 80% da capacidade; é isso que os modernos sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) fazem (por exemplo, Tesla, iPhone, etc.)
  • quando as baterias estiverem armazenadas por mais de uma semana, verifique se elas estão equilibradas e carregadas até cerca de 60% da capacidade por célula (novamente, um bom carregador R / C pode fazer isso automaticamente por você.)

Considerações finais sobre sua pergunta

Portanto, sim, se você desenvolver POPs seguros e tomar ações para reduzir os riscos, poderá usar um Lipo no seu robô. Até você entender completamente os POPs seguros, eu nem consideraria fazer seu próprio carregador ou BMS. Pessoas inteligentes passaram anos assim.

Caso contrário, dependendo das necessidades do seu projeto, talvez uma simples bateria NiMh, SLA possa atender às suas necessidades. No entanto, mesmo as baterias NiMh e SLA elas têm seus próprios POPs a seguir. Por exemplo, as células NiMh podem explodir devido à pressão durante o carregamento, se estiverem sobrecarregadas e sua válvula de pressão falhar. Os SLA geram gás hidrogênio! durante o carregamento ... então eles precisam ser bem ventilados.

Lembre-se de que tudo de útil também pode ser perigoso. Lipo não são piores do que uma faca de chef, ou uma asa de avião cheia de querosene. O truque é aprender a usá-los todos sabiamente.

Edit: Confrontando informações erradas

Mito 1

@metacollin, escreve que Lipo "ânodo e cátodo experimentam tensão mecânica significativa"

Falso ... As células de polímero de lítio não sofrem estresse significativo durante a operação normal. É por isso que eles podem ser embalados em bolsas de plástico.

Mas não aceite minha palavra. Assista a esse especialista dizer às 10:00. (Alerta de spoiler: ele chama o efeito de "benigno".)

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

PS: Eu recomendo assistir o vídeo inteiro se você quiser informações e especialistas (em vez de alguém aqui que finge ser um especialista).

A química NiMh ou NiCd é de fato mais perigosa no que diz respeito ao aumento de tensão / pressão. Ambos podem gerar excesso de oxigênio se estiverem sobrecarregados. Essa é uma das razões pelas quais as células NiMh e NiCd estão contidas em latas redondas de metal com aberturas de segurança e não em recipientes de plástico como os de LiPo. Leia esta especificação. folha para uma explicação completa:

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

Mito 2

@metacollin: "Eles precisam de circuitos de proteção para serem seguros e nem são remotamente seguros sem ele".

Verdadeiro . No entanto, o importante é que o sistema completo de baterias e o carregamento funcionem juntos para manter todas as células de uma bateria operando dentro das especificações. Há mais de uma maneira (topologia) para isso:

  1. Inclua um circuito de "proteção" por célula e não confie no carregador ou usuário para estar dentro das especificações. O circuito de "proteção" faz o seguinte:
    • desligar a célula (circuito aberto) se a corrente estiver muito alta
    • desligue a célula se a tensão ficar muito baixa
    • desligue a célula se a voltagem for muito alta

Como os circuitos de "proteção" montados na célula só podem ter tamanho limitado, geralmente são bons apenas para cenários de baixa corrente.

  1. Como alternativa, você pode usar células nuas, desde que sempre as use com um carregador equilibrado inteligente que:
    • se recusa a carregar se a voltagem estiver muito baixa
    • garante que a tensão de carga nunca seja muito alta

Se você deseja fundir, pode colocar um fusível apropriado em linha com a embalagem.

É isso que os usuários de R / C fazem porque desejam que as baterias sejam o mais leve possível e capazes de fornecer alta corrente.

  1. A estratégia final é usar células nuas conectadas a um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) mais completo. Os BMSs podem ter muitas topologias diferentes com base em quais parâmetros você está otimizando. Os BMS também podem fazer outras coisas não relacionadas à segurança, como adicionar recursos (por exemplo, um estado do medidor de carga) e tentar aumentar a vida útil da bateria controlando os parâmetros operacionais. Carros elétricos modernos e bicicletas elétricas usam células BMS (e não células "protegidas"). Além disso, os eletrônicos de consumo modernos com LiPos integrados deixaram de usar células protegidas para usar BMSs. Por exemplo, iPhones, iPods, etc.

Do ponto de vista da segurança, todas essas configurações fazem o mesmo que um sistema completo . Eles fazem isso de maneiras diferentes porque são otimizados para parâmetros diferentes.


Quer dizer que você nem pensaria em fazer seu próprio carregador ou BMS, certo?
immibis

2
@ MichaelKjörling re sua primeira pergunta: "movimento": caminho curto para a próxima fogo área segura - "transporte": nada mais, envolvendo carros, trens, ...
guntbert

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Quando uma grande empresa deseja fabricar um carregador LiPo, pode:

R. Tenha especialistas na equipe e faça testes extensivos para garantir que o carregador funcione com segurança em todas as condições operacionais.

B. Compre CIs ou conjuntos pré-fabricados que receberam o mesmo nível de cuidado.

C. Subcontrate o trabalho para pessoas que sabem o que estão fazendo.

Quando você constrói um circuito de carregamento em casa, não faz nada disso.

As baterias LiPo definitivamente podem explodir em chamas, como uma pesquisa do YouTube pode lhe dizer. Você encontrará pessoas destruindo ativamente as baterias com pregos ou até um machado , mas também poderá encontrar exemplos mais realistas, como este de uma aeronave RC explodindo violentamente em chamas devido a um problema de carregamento.

Daí os avisos - as pessoas na internet não podem garantir que um circuito de carregamento caseiro sempre funcione com segurança, e o modo de falha do LiPo é "bomba". Afinal, é isso que é uma bomba - muita energia sendo liberada rapidamente.


8
Outro fator é que células de íons de lítio de todos os tipos podem pegar fogo, mesmo que você pontue todos os seus Is e cruze todos os seus Ts quando se trata de proteção - os defeitos internos das células são péssimos.
precisa saber é o seguinte

5
Vale ressaltar que eles podem A, B, C e ainda não conseguem acertar na primeira vez (por exemplo, Boeing / Thales / Yuasa).
Eugene Ryabtsev

3
Esta resposta merece mais amor, pois não é coberta pela mais votada acima - Apple e Samsung têm um bilhão de dólares a perder se seus produtos começarem a imolar clientes, vendedores aleatórios do eBay da China produzindo baterias, carregadores e outros produtos falsos tem muito pouco a perder. Tenho muito cuidado em fazer projetos com configurações de LiPo homebrew simplesmente porque sei que não sei o suficiente para ter certeza de que é seguro e, com uma amostra de 1 bateria, você nunca pode realmente saber se está certo - e mesmo que queime sua casa, você entendeu errado ou era uma bateria desonesta?
você

2
Você implica que os carregadores comerciais de LiPo devem ser seguros porque as grandes empresas os fabricam. Eu esperaria que o circuito de carregamento de um telefone celular de marca ficasse bem, mas eu ficaria um pouco mais convencido de que o carregador que vem com um quadcopter de brinquedo barato, por exemplo, era melhor do que eu poderia projetar. Você só precisa ler algumas perguntas aqui para encontrar exemplos de projetos de circuitos terríveis em produtos comerciais.
Nekomatic

3
@nekomatic Muito verdadeiro. Comercial não implica alta qualidade. A qualidade vem de fazer A, B e / ou C, não de ser uma grande empresa. O OP perguntou especificamente sobre telefones da Apple e Android, então era nisso que eu pensava quando escrevi minha resposta.
Adam Haun

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[Embora essa resposta tardia possa ter pouca exposição agora que a pergunta saiu da lista quente, acho essencial enfatizar ainda mais o contraste entre os recursos abrangentes de segurança em dispositivos como laptops e celulares versus a segurança tipicamente muito menos abrangente recursos em dispositivos amadores ou de bricolage.]

O contexto é essencial ao avaliar os terríveis avisos de segurança que você cita. Eles não são direcionados a dispositivos como laptops e telefones celulares (de fabricantes respeitáveis) que empregam um circuito de gerenciamento / proteção de bateria totalmente integrado para mantê-los seguros. Em vez disso, eles têm como alvo dispositivos menos seguros, por exemplo, células LiPo desprotegidas usadas em hobbies de RC para abastecer carros, aviões com controle remoto etc. A seguir, examinamos muito mais profundamente essas diferenças de segurança.

Diferentemente de outras químicas de baterias conhecidas pelos consumidores, as baterias baseadas na química de íons de lítio são inerentemente muito mais voláteis. Devido a isso, eles exigem um circuito de gerenciamento de bateria muito cuidadosamente projetado para protegê- los de falhas catastróficas. Isso inclui mecanismos que os impedem de atingir estados perigosos (sob ou sobrecarga, temperatura excessiva, sobrecorrente, etc) e, além disso, podem desativá-los quando surgem condições perigosas (por exemplo, através de um fusível FET, PTC ou one-shot). Essa lógica pode até incluir algoritmos sofisticados que monitoram continuamente a saúde das células, a fim de prever falhas graves iminentes (como um curto interno, que pode levar à fuga térmica).

Diferentemente da maioria dos dispositivos hobby / DIY montados pelo usuário, para laptops e celulares, o fabricante possui o controle do projeto de todo o subsistema de energia da bateria; portanto, eles podem projetar um sistema totalmente integrado, incluindo sofisticados mecanismos de proteção tolerantes a falhas. Tais projetos seguem os padrões da indústria testados pelo tempo e empregam vários níveis de redundância e métodos abrangentes de análise de falhas, por exemplo, análise de árvore de falhas ou FMEA = modos de falha e análise de efeitos.

Você pode se surpreender com a abrangência de tais análises; por exemplo, abaixo, dois dos 96 casos considerados na IEEE 1625 2004 , incluindo o caso de um animal de estimação urinar no dispositivo (um PC). insira a descrição da imagem aqui

Você também pode se surpreender com o alto nível de redundância de proteção contra falhas empregada, por exemplo, de acordo com o referido padrão da indústria, as baterias de laptops devem implementar pelo menos dois métodos independentes para desativar o FET de carga e evitar sobrecargas catastróficas. Além disso, se ambos os métodos falharem, um fusível químico à prova de falhas deverá queimar. Este é um fusível especial de 3 terminais, acionado por tensão, que pode funcionar mesmo sob condições extremas, como quando a tensão da bateria cai extremamente baixa devido a um curto-circuito.

Compare o exposto acima com o seu projeto DIY ou hobbies RC, onde o usuário final é responsável por integrar os componentes do subsistema de bateria e garantir que eles funcionem juntos com segurança (os componentes são as células, placa de proteção BMS / PCM, dispositivo e carregador). Existem muitos obstáculos que impedem isso. O usuário pode não ter conhecimento suficiente. O usuário pode não ter acesso a fichas técnicas e informações técnicas, o que geralmente não é disponibilizado aos consumidores (os fabricantes de células desencorajam fortemente o uso direto do consumidor, por exemplo, recentemente a Sony enviou um pedido de cessação e desistência a uma loja de vaping de Nova York que vende células Sony 18650 - veja abaixo) . Falta de protocolos de comunicação padrão, como SBS = Smart Battery System no mundo RC / hobby limita a comunicação entre subsistemas, o que aumenta bastante a dificuldade de projetar mecanismos sofisticados de segurança, como os dos laptops.

Aqui está um exemplo real: uma pergunta do fórum de suporte do medidor de gás da bateria da TI.

Gostaria de saber se esses fusíveis químicos são um elemento obrigatório das baterias de íons de lítio. Estou trabalhando com um fornecedor chinês de pacotes de íons de lítio e eles produziram um design de pacote com base no IC do medidor de combustível bq20z45-R1, mas não havia um circuito de fusível químico. Além disso, não havia CI de proteção contra sobretensão secundária, como o bq29412. O fusível químico e o bq29412 (ou IC similar) são necessários para aplicações comerciais de baterias de íon de lítio? Existe um requisito de regulamentação? BTW, estou trabalhando em um design de dispositivo médico.

Acima, temos um exemplo de bateria que não possui os níveis 2 e 3 de proteção contra sobrecarga descritos acima. Tais omissões nos recursos de segurança são comuns em muitos sistemas de gerenciamento de bateria mais baratos. Sem mencionar alguns fabricantes chineses que voam noturnos que exageram bastante o nível de proteção implementado. Para reconhecer tais omissões e compreender suas ramificações, quando o usuário final é o engenheiro, ele deve ter conhecimento prévio adequado em campo. A falta deste pode levar a projetos com sérios defeitos de segurança. É por isso que fabricantes de celulares conceituados como LG, Panasonic, Samsung, Sanyo e Sony se recusam a negociar diretamente com os consumidores. Os riscos são grandes demais se não houver conhecimento adequado para garantir um design seguro.

Abaixo está a carta da Sony mencionada acima. Isso é típico da atitude de fabricantes de células respeitáveis ​​em relação aos sérios riscos à segurança apresentados pelo uso de células soltas pelo consumidor. insira a descrição da imagem aqui

Por conveniência, abaixo estão os links fornecidos na carta:

Incêndios e explosões de cigarros eletrônicos , US Fire Administration, FEMA, outubro de 2014

Segurança de bateria , Associação de Tecnologia do Consumidor.


3

Todas ótimas respostas. Aqui está um pequeno. A 7,4 volts. A bateria de 5 amp-horas possui 37 watts-hora de energia, ou 133.200 joules. Compare com os 873 joules de energia do focinho de .357 Magnum. O truque é não exagerar ao mesmo tempo, superaquecendo ou esmagando.


2

Acho que suas informações estão desatualizadas.

Eu tinha um colega de trabalho que estava em aviões RC. Eles foram os primeiros a adotar a tecnologia LiIon porque são leves e possuem muito poder.

Ele relatou como eles tinham dois modos de falha, um dos quais era incindiário. Os aviões literalmente explodiam em uma bola de fogo durante o vôo.

Mais tarde, li que células comerciais eventuais têm vários recursos de segurança diferentes integrados às unidades vendáveis, exigidas por lei.

Eles estão seguros agora, desde que você não quebre ou quebre um, ou permita que fique muito quente. O controle de calor faz parte do design do dispositivo final: você pode ter ventilação insuficiente ou fusão térmica inadequada e, portanto, permitir que seja crítico. Alguns produtos mais novos não são tão seguros, em particular "células de bolsa" que não têm durabilidade para manusear sem serem integrados a um dispositivo projetado adequadamente .

Portanto, aprenda a usá-los com segurança e saiba os detalhes específicos das peças que você escolher para o seu design.


3 anos depois. Eu diria que isso é apenas "mais ou menos verdade, com bastante frequência". Com o LiIon, as coisas podem dar errado de maneira espetacular se abusadas, e PODEM fazê-lo se não forem obviamente abusadas. Lotes mal projetados não ajudam :-). || Eu só tive um incidente "desabafar com chamas" - e foi devido a abuso grave. Um netbook antigo com capacidade de bateria 0 foi deixado na página por dias. Com uma boa bateria, teria ficado bem. Depois de alguns dias, irrompeu em chamas e fumaça. Ele estava sentado em um sofá (sofá), mas felizmente havia várias camadas de papelão brilhante que absorveram a maior parte da chama. Saiu muito rapidamente :-).
Russell McMahon
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