¿Por qué hay tanto miedo alrededor de las baterías de LiPo?


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He estado tratando de diseñar un sistema de carga para un pequeño robot alimentado por una batería de polímero de litio (LiPo) 2S 20C . Si confiara en todo lo que leo en línea, creo que el LiPo me matará mientras duermo y me robará los ahorros de mi vida. El consejo común que leí, si eres lo suficientemente valiente como para usar baterías LiPo, es "nunca lo dejes desatendido", "nunca cargues encima de una superficie inflamable o conductiva" y "nunca cargues a una velocidad superior a 1  C ".

Entiendo por qué esto es prudente, pero ¿cuál es el riesgo real con las baterías LiPo?

Casi todos los teléfonos celulares, tanto Android como iPhone, contienen una batería LiPo, que la mayoría de las personas, incluyéndome a mí, la cargamos sin supervisión, a menudo cuando la dejamos en una superficie inflamable o conductora. Sin embargo, nunca escuchas sobre alguien estallando en llamas porque su teléfono celular explotó. Sí, sé que hay accidentes extraños, pero ¿qué tan peligrosas son las baterías modernas de LiPo? ¿Por qué tantos comentaristas en línea tratan las baterías de LiPo independientes como bombas a la espera de estallar, pero ni siquiera piensan dos veces en que las LiPo están en su bolsillo?


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Un buen diseño significa que la mayoría de las veces no causan bolas de fuego. La mayor parte del tiempo youtube.com/results?search_query=lipo+battery

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Mira esto y esto ; Lo esencial es que lo que hace que una batería "Li-Po" funcione es una tecnología similar a la de una batería de iones de litio, y como tal pueden fallar catastróficamente porque los componentes internos son altamente reactivos entre sí, y es relativamente fácil dañarlos. porque nos preocupamos por cosas como la densidad de potencia, el peso y el precio. Dicho esto, no es demasiado fácil dañarlos si tienes cuidado con el diseño y no intentas abusar físicamente de la célula.
helloworld922

Preocupaciones de seguridad con iones de litio . Resumen técnico de los mecanismos de falla de la batería de litio: Fallas de la batería de litio .
Nick Alexeev

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Todas las respuestas parecen abordar las posibilidades de incendio y explosión, pero también pueden liberar un gas bastante desagradable, que puede causar daño pulmonar permanente
Scott Seidman

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Oh, espera, Po no es el símbolo químico. Eso es un alivio.
Sr. Lister el

Respuestas:


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Cada teléfono celular (así como una computadora portátil y casi todo con una batería recargable) usa LiIon / LiPo (esencialmente equivalente para los propósitos de esta discusión). Y tiene razón: en términos de incidencias reales, el ión de litio y el polímero de litio son la química de batería más segura para un uso amplio, sin excepción.

Y la única razón por la que esta química omnipresente no lo ha asesinado a usted ni a su familia varias veces es porque estas células no se cargan sin supervisión. Es posible que no asista personalmente, pero cada una de esas baterías de iones de litio tiene una cantidad significativa de protección y circuitos de monitoreo que están integrados permanentemente en el paquete. Actúa como el portero. Monitorea cada celda en una batería.

  • Desconecta los terminales de salida y evita que se sobrecarguen.
  • Desconecta la salida si se descargan a una corriente demasiado alta.
  • Desconecta la salida si está CARGADA a una corriente demasiado alta.
  • Si alguna de las celdas falla, la salida se desconecta.
  • Si alguna celda se calienta demasiado, desconecta la salida.
  • Si alguna de las celdas se descarga en exceso, desconecta la salida (y permanentemente; si olvida cargar una batería de iones de litio durante demasiado tiempo, descubrirá que ya no se cargará. Se destruye efectivamente y la protección el circuito no le permitirá cargar las celdas).

De hecho, cada batería de teléfono, batería de computadora portátil, * cualquier batería que sea una química de litio recargable es la más estrechamente monitoreada, analizada y administrada activamente, el opuesto diametral de 'desatendido' como uno puede obtener por una batería.

Y la razón por la que se hacen tantos problemas adicionales es porque las baterías de iones de litio son realmente tan peligrosas . Ellos necesitan circuitos de protección para estar seguro, y no son ni remotamente segura sin ella. Otras químicas, como NiMH o NiCad, se pueden usar de forma relativamente segura como células desnudas, sin ningún tipo de monitoreo. Si se calientan demasiado, pueden desahogarse (lo que me ha sucedido personalmente), y puede ser bastante sorprendente, pero no va a quemar su casa ni a prolongar su estadía en una unidad de quemados. Las baterías de iones de litio harán ambas cosas, y ese es prácticamente el único resultado. Irónicamente, las baterías de iones de litio se han convertido en la batería más segura al ser la química de batería más peligrosa.

Tal vez se pregunte qué los hace realmente tan peligrosos.

Otras químicas de la batería, como el ácido de plomo o NiMH o NiCad, no se presurizan a temperatura ambiente, aunque el calor genera cierta presión interna. También tienen electrolitos acuosos, no inflamables. Almacenan energía en forma de una reacción de oxidación / reducción relativamente lenta, una cuya tasa de liberación de energía es demasiado baja para, por ejemplo, hacer que expulsen chorros de llamas de 6 pies. O cualquier llama, de verdad.

Las baterías de iones de litio son fundamentalmente diferentes. Almacenan energía como un resorte. Eso no es una metáfora. Bueno, como dos manantiales. Los iones de litio se fuerzan entre los átomos de material anódico unido covalentemente, separándolos y 'estirando' los enlaces, almacenando energía. Este proceso se llama intercalación . Tras la descarga, los iones de litio salen del ánodo y entran al cátodo. Esto es muy electromecánico, y tanto el ánodo como el cátodo experimentan una tensión mecánica significativa debido a esto.

De hecho, tanto el ánodo como el cátodo aumentan o disminuyen alternativamente el volumen físico dependiendo del estado de carga de la batería. Sin embargo, este cambio en el volumen es desigual, por lo que una batería de iones de litio completamente cargada ejerce en realidad cantidades no triviales de presión sobre su contenedor u otras partes de sí misma. Las baterías de iones de litio generalmente están bajo mucha presión interna, a diferencia de otras químicas.

El otro problema es que su electrolito es un solvente volátil y extremadamente inflamable que arderá de manera bastante vigorosa y fácil.

La química compleja de las células de iones de litio ni siquiera se comprende completamente, y hay algunas químicas diferentes con diferentes niveles de reactividad y peligro inherente, pero las que tienen una alta densidad de energía pueden sufrir fugas térmicas. Básicamente, si se calientan demasiado, los iones de litio comenzarán a reaccionar con el oxígeno almacenado como óxidos metálicos en el cátodo y liberarán aún más calor, lo que acelera aún más la reacción.

Lo que inevitablemente resulta es una batería que se auto-enciende, rocía su electrolito solvente altamente inflamable fuera de sí mismo, y también lo enciende rápidamente, ahora que hay un nuevo suministro de oxígeno disponible. Eso es solo fuego adicional, sin embargo, todavía hay una tonelada de fuego del metal de litio que se oxida con la amplia reserva de oxígeno en el interior.

Si se calientan demasiado, eso sucede. Si están sobrecargados, se vuelven inestables y el choque mecánico puede hacerlos explotar como una granada. Si se descargan en exceso, parte del metal en el cátodo experimenta una reacción química irreversible y formará derivaciones metálicas. Estas derivaciones serán invisibles, hasta que la carga expanda parte de la batería lo suficiente como para que la membrana de separación sea perforada por una de estas derivaciones, creando un cortocircuito que, por supuesto, provocará un incendio, etc. El modo de falla de iones de litio que conocemos y amor.

Entonces, para ser claros, no solo la sobrecarga es peligrosa, sino que también se descarga en exceso, y la batería esperará hasta que haya bombeado una tonelada de energía nuevamente antes de fallar espectacularmente, y sin ninguna advertencia o signos medibles .

Eso cubre las baterías de consumo. Sin embargo, todos estos circuitos de protección son menos capaces de mitigar el peligro de aplicaciones de alto drenaje. El alto drenaje genera no poca cantidad de calor (lo cual es malo) y, lo que es más preocupante, causa enormes cantidades de tensión mecánica en el ánodo y el cátodo. Las fisuras pueden formarse y ensancharse, lo que lleva a la inestabilidad si no tiene suerte, o simplemente a una vida útil más corta si no es demasiado grave. Esta es la razón por la que ve a los LiPos clasificados en 'C', o qué tan rápido se pueden descargar de forma segura. Por favor, tome en serio esas clasificaciones y reduzca su valor, tanto por seguridad como porque muchos fabricantes simplemente mienten sobre la clasificación C de sus baterías.

Incluso con todo eso, a veces un RC Lipo simplemente estallará en llamas sin ninguna razón. Es absolutamente necesario prestar atención a las advertencias para no cargarlas nunca desatendidas, y todo lo demás. Debe comprar una bolsa de seguridad para cargarlos porque podría evitar que su casa se queme (posiblemente con usted o sus seres queridos adentro). Incluso si el riesgo es muy bajo, el daño que puede causar es enorme, y las medidas necesarias para mitigar la mayor parte de ese potencial de daño son triviales.

No ignore todo lo que le dicen, todo es perfecto. Proviene de personas que han aprendido a respetar a LiPos por lo que son, y usted también debería hacerlo. Lo que definitivamente desea evitar es que esta lección le sea enseñada por una batería de iones de litio, en lugar de sus pares en línea y fuera de línea. El último puede llamarte en un foro, pero el primero literalmente te llamará .

¡Veamos algunos videos de cosas explotando!

Déjame ir un poco más sobre cómo fallan. He discutido el mecanismo, pero ¿qué sucede realmente? Las baterías de iones de litio realmente solo tienen un modo de falla, que es una especie de explosión y luego dispara una cantidad asombrosamente enorme de fuego en un chorro gigante de llamas durante varios segundos, y luego continúa las actividades generales relacionadas con la combustión durante un poco después de eso. Este es un incendio químico, por lo que no puede extinguirlo (las baterías de iones de litio aún dispararán enormes chorros de fuego incluso en el vacío del espacio. El oxidante está contenido dentro, no necesita aire ni oxígeno para quemar). Ah, y arrojar agua sobre litio no hace nada bueno , al menos en términos de reducción de fuego.

Aquí hay una lista de "grandes éxitos" de algunos buenos ejemplos de fracaso. Tenga en cuenta que esto a veces sucede en casos de RC de alto drenaje, incluso con las medidas de seguridad adecuadas. Comparar aplicaciones de alto consumo con las corrientes mucho más seguras y bajas de los teléfonos no es en absoluto válido. Cientos de amperios, unos pocos cientos de miliamperios.

Falla del avión RC.

El cuchillo apuñala la batería del tamaño de un teléfono inteligente.

El LiPo sobrecargado explota espontáneamente.

La batería del portátil en una fuga térmica se presiona ligeramente, lo que hace que explote.


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Esta es una respuesta genial. Ojalá pudiera votarlo dos veces.
Adam Haun

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Aparentemente, lo correcto cuando se enfrenta a una explosión / incendio de la batería es meter la cabeza directamente en él inmediatamente después, como el tipo en el primer video ...
JBentley

11
Ahora estoy aterrorizado por las baterías. (También creo que es divertido que solo tenga un modo de falla, incluso en el espacio).
PyRulez

11
@Aron: En teoría y práctica, las baterías RC tienen CERO circuitos de protección. Me gustaría señalar que hay una gran diferencia entre las baterías RC y las baterías de juguete para los juguetes RC (que tienen protección). La industria de los pasatiempos RC (a diferencia de la industria del juguete) ha asumido que la protección pertenece a circuitos externos como el cargador de batería y el ESC. Incluso entonces, la mayoría de los cargadores de baterías de nivel hobby básicamente le permiten (¿requiere?) Configurar la "protección" configurando la corriente máxima suministrada. No tienen sensores para detectar automáticamente que la configuración es incorrecta.
slebetman

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@AdamHaun Es una precaución de seguridad integrada en StackExchange para evitar que explote espontáneamente debido a la sobrevotación ...
Pavel

73

Para usar las baterías Lipo de manera segura, debe tratarlas con el mismo respeto que cualquier cosa que pueda almacenar y liberar rápidamente una gran cantidad de energía química y / o eléctrica. Cuanto más grande es la batería y menor es la resistencia interna (por ejemplo, mayor calificación C), más debe tener cuidado. Se pueden usar de manera segura ... al igual que la gasolina se puede usar de manera segura, pero para hacerlo debe aprender cómo funcionan y cómo pueden fallar.

Cuando lo piensa, no es sorprendente que, por ejemplo, una batería Tesla tenga el mismo nivel de riesgo que el tanque de gasolina al que reemplaza ... ambos almacenan una gran cantidad de energía que puede liberarse rápidamente cuando sea necesario. Bueno, en realidad, miento un poco porque una batería Tesla solo contiene la energía de un pequeño tanque de gas / gasolina y tiene más controles de seguridad incorporados.

He usado baterías Lipo grandes de forma segura en aviones y helicópteros R / C de alto rendimiento (baterías de hasta 90C) durante aproximadamente 15 años (fui uno de los primeros en adoptar). Además de mi propia experiencia, tengo la de otros en mis clubes. He visto fallar paquetes en el pasado, pero ahora es realmente raro, porque hemos aprendido a usarlos con respeto. Esto es lo que aprendí viviendo la vida al límite. :)

Modos de fallo

Los modos de falla más comunes son:

  • daño físico (esto hace que se cortocircuiten internamente)
  • sobrecarga (causada por un cargador defectuoso / defectuoso)
  • sobrecalentamiento debido a la alta corriente de descarga (causa un paquete hinchado o peor si el calor es realmente alto)

Los modos de falla menos comunes que he escuchado (pero nunca he presenciado) son:

  • fallo celular espontáneo debido a la fabricación de mala calidad que causó cortocircuito interno (generalmente agravado por un shock físico pero no siempre)

Todos los modos de falla enumerados anteriormente pueden resultar en "venteo con humo" o "venteo con llamas". Los lipos más nuevos con electrolitos menos volátiles pueden "desahogarse con humo" pero nunca puede estar seguro; entonces tienes que planear para el peor de los casos.

Procedimiento operativo estándar (SOP)

Aquí está el procedimiento operativo estándar mínimo (SOP) para usar una descarga alta (cualquier paquete R / C es alta descarga) paquetes de lipo desnudos que uso:

Protección física

  • Las células deben estar protegidas del daño físico.
  • Si su entorno es difícil, considere un paquete rígido de automóvil R / C (caja de fibra de carbono alrededor de Lipos suaves)
  • Las células deben ser inspeccionadas por daños físicos antes y después de cada uso.
  • Si alguna celda está físicamente dañada de alguna manera, debe ser trasladada a un área segura contra incendios y luego descargar lentamente (1C) a 2 voltios por celda o menos, y luego desecharla de manera segura (ninguna celda dañada debe considerarse segura nuevamente )
  • NO transporte células dañadas; ¡trátalos con el mismo respeto que tratarías con un fuego artificial cuya mecha no estás seguro todavía y que podría explotar en cualquier momento!

Por cierto, a diferencia de lo que escribió @metacolin, ES seguro descargar un Lipo a un voltaje bajo y es lo que se prefiere hacer antes de deshacerse de un paquete. Desea eliminar toda la energía química de un paquete para que sea seguro. Lo que no es seguro es descargar una celda por debajo de 2V y luego cargarla. Cargar una celda de bajo voltaje puede provocar que el litio se estabilice y la celda sea inestable.

Carga (este es el momento más crítico para la seguridad)

  • haga esto lejos de cualquier cosa inflamable y que no sufra daños por humo (por ejemplo, afuera)
  • asegúrese siempre de que cada celda se controle individualmente durante la carga; esto lo hará un cargador R / C de calidad con carga "balanceada"
  • verifique los voltajes de las celdas antes de cargar (un cargador R / C de calidad lo hará automáticamente), si alguna celda está por debajo de 3V, trate el paquete con sospecha y equilibre la carga lentamente para ver si se recupera
  • si el voltaje de la celda es inferior a 2 V, no lo cargue (un cargador de calidad lo hará automáticamente); descargue las otras celdas y luego deseche el paquete de manera segura ... una vez que una celda desciende por debajo de 2V, ya no es seguro cargarlo porque el metal de litio puede salirse y hacer que la celda sea inestable durante la carga posterior
  • no use un cargador de baja potencia que tenga una buena calibración de voltaje

Descarga

  • la descarga rápida que acumula demasiado calor es un problema; ver la discusión sobre el calor a continuación
  • la descarga excesiva es segura ... una vez; pero nunca vuelvas a cargar; ver discusión de carga arriba

Calor

  • asegúrese de que las células nunca se calienten (debido a una descarga rápida, carga rápida, sentarse al sol, etc.) 45 Celsius es el máximo absoluto que tolero ... pero menos de 35 Celsius es mucho mejor
  • no descargue ni cargue células que estén demasiado frías; caliéntelos primero ... las células funcionan mejor desde aproximadamente 10 Celsius a 30 Celsius; el enchapado de litio puede volver a ser un problema si se usan cuando están demasiado fríos

Larga vida

  • si desea que sus celdas duren mucho tiempo (calendario), es mejor seguir la regla 80/20 con baterías Lipo; es decir, no descargarlos por debajo del 20% de capacidad o por encima del 80% de capacidad; esto es lo que hacen los sistemas modernos de administración de baterías (BMS) (por ejemplo, Tesla, iPhone, etc.)
  • cuando las baterías estén almacenadas durante más de una semana, asegúrese de que estén cargadas de forma equilibrada hasta aproximadamente el 60% de la capacidad por celda (de nuevo, un buen cargador R / C puede hacer esto automáticamente por usted).

Pensamientos finales sobre tu pregunta

Entonces, sí, si desarrolla SOP seguros y toma medidas para mitigar el riesgo, podría usar un Lipo en su robot. Hasta que comprenda completamente los SOP seguros, ni siquiera consideraría hacer su propio cargador o BMS. Las personas inteligentes han pasado años así.

De lo contrario, dependiendo de sus necesidades de diseño, tal vez una simple batería NiMh, SLA podría satisfacer sus necesidades. Sin embargo, incluso las baterías NiMh y SLA tienen sus propios SOP a seguir. Por ejemplo, las celdas de NiMh pueden explotar debido a la presión durante la carga si se sobrecargan y su válvula de presión falla. ¡Los SLA generan gas hidrógeno! durante la carga ... por lo que deben estar bien ventilados.

Recuerde que todo lo útil también puede ser peligroso. Los lipo no son peores que un cuchillo de cocina o un ala de avión llena de queroseno. El truco es aprender a usarlos todos sabiamente.

Editar: confrontar información errónea

Mito 1

@metacollin, escribe que Lipo "el ánodo y el cátodo experimentan una tensión mecánica significativa"

Falso ... Las células de polímero de litio no están sometidas a ningún estrés significativo durante el funcionamiento normal. Por eso se pueden empacar en bolsas de plástico.

Pero no confíes en mi palabra. Mira a este experto decirlo a las 10:00. (Alerta de spoiler: llama al afecto "benigno").

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

PD: Recomiendo ver el video completo si quieres información de un experto (en lugar de alguien aquí que pretenda ser un experto).

La química de NiMh o NiCd es de hecho más peligrosa con respecto a la acumulación de tensión / presión. Ambos pueden generar un exceso de oxígeno si están sobrecargados. Esta es una razón por la cual las celdas de NiMh y NiCd están contenidas en latas metálicas redondas con respiraderos de seguridad y no en recipientes de plástico como los de LiPo. Lee esta especificación. hoja para una explicación completa:

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

Mito 2

@metacollin, "Necesitan circuitos de protección para estar seguros, y ni siquiera están remotamente seguros sin ellos".

Cierto . Sin embargo, lo importante es que el sistema completo de baterías y carga funcionen juntos para mantener todas las celdas de una batería funcionando dentro de las especificaciones. Hay más de una forma (topología) para que esto se haga:

  1. Incluya un circuito de "protección" por celda y no confíe en que el cargador o el usuario estén dentro de las especificaciones. El circuito de "protección" hace estas cosas:
    • apague la celda (circuito abierto) si la corriente sube demasiado
    • apague la celda si el voltaje baja demasiado
    • apague la celda si el voltaje sube demasiado

Debido a que los circuitos de "protección" montados en la celda solo pueden ser de tamaño limitado, generalmente solo son buenos para escenarios de baja corriente.

  1. Alternativamente, puede usar celdas desnudas siempre que las use con un cargador equilibrado inteligente que:
    • se niega a cargar si el voltaje es demasiado bajo
    • asegura que el voltaje de carga nunca suba demasiado

Si desea fusionar, puede colocar un fusible apropiado en línea con el paquete.

Esto es lo que hacen los usuarios de R / C porque quieren que las baterías sean lo más livianas posible y capaces de entregar una alta corriente.

  1. La estrategia final es utilizar células desnudas conectadas a un sistema de gestión de batería (BMS) más completo. Los BMS pueden tener muchas topologías diferentes en función de los parámetros para los que está optimizando. Los BMS también pueden hacer otras cosas no relacionadas con la seguridad, como agregar funciones (por ejemplo, un indicador de estado de carga) y tratar de aumentar la vida útil de la batería mediante el control de los parámetros operativos. Los automóviles eléctricos modernos y las bicicletas eléctricas usan BMS (y no células "protegidas"). Además, la electrónica de consumo moderna con LiPo incorporados ha dejado de usar células protegidas para usar BMS. Por ejemplo, iPhones, iPods, etc.

Desde un punto de vista de seguridad, todas estas configuraciones hacen lo mismo que un sistema completo . Simplemente lo hacen de diferentes maneras porque están optimizados para diferentes parámetros.


Quiere decir que ni siquiera consideraría hacer su propio cargador o BMS, ¿verdad?
immibis

2
@ MichaelKjörling volver a su primera pregunta: "movimiento": camino corto a la zona segura al lado del fuego - "transporte": nada más, la participación de los coches, trenes, ...
guntbert

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Cuando una gran empresa quiere hacer un cargador de LiPo, pueden:

A. Tenga expertos en el personal y realice pruebas exhaustivas para asegurarse de que el cargador funcionará de manera segura en toda la gama de condiciones de funcionamiento.

B. Compre circuitos integrados o conjuntos prefabricados que hayan recibido el mismo nivel de atención.

C. Subcontrate el trabajo a personas que saben lo que están haciendo.

Cuando construyes un circuito de carga en casa, no haces ninguna de esas cosas.

Las baterías de LiPo definitivamente pueden estallar en llamas, como una búsqueda de YouTube puede decirte. Encontrarás personas que destruyen activamente las baterías con clavos o incluso con un hacha , pero también puedes encontrar ejemplos más realistas, como este de un avión RC que estalla violentamente en llamas debido a un problema de carga.

De ahí las advertencias: la gente en Internet no puede garantizar que un circuito de carga casero siempre funcione de manera segura, y el modo de falla de LiPo es "bomba". Después de todo, eso es una bomba: mucha energía se libera rápidamente.


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Otro factor es que las células de iones de litio de todo tipo pueden incendiarse incluso si puntea todas sus Is y cruza todos sus Ts cuando se trata de protección: los defectos internos de las células succionan.
ThreePhaseEel

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Vale la pena mencionar que pueden A, B, C y aún no logran hacerlo bien la primera vez (por ejemplo, Boeing / Thales / Yuasa).
Eugene Ryabtsev

3
Esta respuesta merece más amor, ya que no está cubierta por la más votada anteriormente: Apple y Samsung tienen mil millones de dólares que perder si sus productos comienzan a inmolar a los clientes, vendedores aleatorios de eBay de China que producen baterías falsas, cargadores y otros productos. Tiene muy poco que perder. Soy muy cauteloso de hacer proyectos con configuraciones de LiPo caseras simplemente porque sé que no sé lo suficiente como para asegurarme de que sea seguro, y con una muestra de 1 paquete de baterías nunca se puede saber realmente si lo hizo bien. e incluso si incendia su casa, ¿se equivocó o fue una batería corrupta?
John U

2
Usted implica que los cargadores comerciales de LiPo deben ser seguros porque las grandes empresas los fabrican. Esperaría que el circuito de carga en un teléfono móvil de marca estuviera bien, pero me convencería un poco más de que el cargador que viene con un quadcopter de juguete barato, por ejemplo, era mejor de lo que podría diseñar. Solo tiene que leer algunas preguntas aquí para encontrar ejemplos de diseños de circuitos terribles en productos comerciales.
nekomatic

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@nekomatic Muy cierto. Comercial no implica alta calidad. La calidad proviene de hacer A, B y / o C, no de ser una gran empresa. El OP preguntó específicamente sobre los teléfonos Apple y Android, así que eso era lo que estaba pensando cuando escribí mi respuesta.
Adam Haun

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[Aunque esta respuesta tardía puede tener poca exposición ahora que la pregunta ha salido de la lista activa, creo que es esencial enfatizar aún más el contraste entre las características de seguridad integrales en dispositivos como computadoras portátiles y teléfonos celulares frente a la seguridad típicamente mucho menos integral características en dispositivos de aficionados o bricolaje.]

El contexto es esencial al evaluar esas terribles advertencias de seguridad que usted cita. No están dirigidos a dispositivos como computadoras portátiles y teléfonos celulares (de fabricantes acreditados) que emplean circuitos de gestión / protección de batería estrechamente integrados para mantenerlos seguros. Por el contrario, se dirigen a dispositivos menos seguros, por ejemplo, celdas LiPo sin protección utilizadas en pasatiempos RC para alimentar automóviles, aviones, etc., controlados a distancia. A continuación, analizamos con mayor profundidad estas diferencias de seguridad.

A diferencia de otras químicas de baterías familiares para los consumidores, las baterías basadas en la química de iones de litio son inherentemente mucho más volátiles. Debido a esto, requieren circuitos de administración de batería diseñados con mucho cuidado para protegerlos de fallas catastróficas. Esto incluye mecanismos que les impiden alcanzar estados peligrosos (bajo o sobrecarga, sobretemperatura, sobrecorriente, etc.) y, además, pueden deshabilitarlos cuando surgen condiciones peligrosas (por ejemplo, a través de un FET, PTC o fusible de un solo disparo). Dicha lógica incluso puede incluir algoritmos sofisticados que monitorean continuamente la salud de las células para predecir fallas graves inminentes (como un corto interno, que puede conducir a una fuga térmica).

A diferencia de la mayoría de los dispositivos de afición / bricolaje ensamblados por el usuario, para las computadoras portátiles y los teléfonos celulares, el fabricante tiene el control de diseño de todo el subsistema de energía de la batería, por lo tanto, pueden diseñar un sistema muy bien integrado que incluye mecanismos sofisticados de protección tolerantes a fallas. Dichos diseños siguen estándares de la industria probados en el tiempo y emplean múltiples niveles de redundancia y métodos integrales de análisis de fallas, por ejemplo, análisis de árbol de fallas o FMEA = modos de falla y análisis de efectos.

Puede sorprenderle la exhaustividad de dichos análisis, por ejemplo, a continuación se presentan 2 de los 96 casos considerados en IEEE 1625 2004 , incluido el caso de que una mascota orine en el dispositivo (una PC). ingrese la descripción de la imagen aquí

También puede sorprenderse por el alto nivel de redundancia de la protección contra fallas empleada, por ejemplo, de acuerdo con dicho estándar de la industria, las baterías de computadoras portátiles deben implementar al menos dos métodos independientes para apagar la carga FET para evitar una sobrecarga catastrófica. Además, si ambos métodos fallan, entonces debe fundirse un fusible químico a prueba de fallas. Este es un fusible especial de 3 terminales activado por voltaje que puede funcionar incluso en condiciones extremas, como cuando el voltaje de la batería cae extremadamente bajo debido a un cortocircuito.

Compare lo anterior con su proyecto de bricolaje o pasatiempos de RC donde el usuario final es responsable de integrar los componentes del subsistema de la batería y garantizar que funcionen juntos de manera segura (los componentes son las células, la placa de protección BMS / PCM, el dispositivo y el cargador). Hay muchos obstáculos que obstaculizan tales. El usuario puede carecer de conocimientos suficientes. El usuario puede carecer de acceso a hojas de datos e información técnica, que generalmente no se pone a disposición de los consumidores (los fabricantes de celdas desaconsejan el uso directo del consumidor, por ejemplo, Sony envió recientemente una orden de cese y desistimiento a una tienda de vapeo de Nueva York que vende celdas Sony 18650 - ver más abajo) . Falta de protocolos de comunicación estándar como SBS = Smart Battery System en el mundo de RC / hobby limita la comunicación entre subsistemas, lo que aumenta enormemente la dificultad de diseñar mecanismos de seguridad sofisticados como los de las computadoras portátiles.

Aquí hay un ejemplo real: una pregunta del foro de soporte de medidores de gas de batería de TI.

Me pregunto si estos fusibles químicos son un elemento obligatorio de los paquetes de baterías de iones de litio. Estoy trabajando con un proveedor chino de paquetes de iones de litio, y produjeron un diseño de paquete basado en un circuito integrado de medidor de combustible bq20z45-R1, pero no había un circuito de fusibles químicos. Además, no había un circuito de protección contra sobretensión secundario, como el bq29412. ¿Se requieren el fusible químico y el bq29412 (o IC similar) para aplicaciones comerciales de paquetes de baterías de iones de litio? ¿Existe un requisito reglamentario? Por cierto, estoy trabajando en un diseño de dispositivo médico.

Arriba tenemos un ejemplo de una batería que carece del segundo y tercer nivel de protección contra sobrecarga descritos anteriormente. Tales omisiones de características de seguridad son comunes en muchos sistemas de administración de baterías más baratos. Sin mencionar algunos fabricantes chinos que pasan volando por la noche y que exageran enormemente el nivel de protección implementado. Para reconocer tales omisiones y comprender sus ramificaciones, cuando el usuario final es el ingeniero, debe tener un conocimiento previo adecuado en el campo. La falta de esto podría conducir a diseños con graves defectos de seguridad. Es por eso que los fabricantes de células de renombre como LG, Panasonic, Samsung, Sanyo y Sony se niegan a tratar directamente con los consumidores. Los riesgos son demasiado grandes si uno no tiene el conocimiento adecuado para garantizar un diseño seguro.

A continuación se muestra la carta de Sony mencionada anteriormente. Esto es típico de la actitud de los fabricantes de células de buena reputación con respecto a los graves riesgos de seguridad que plantea el uso de células sueltas por parte de los consumidores. ingrese la descripción de la imagen aquí

Para mayor comodidad, a continuación se encuentran los enlaces que figuran en la carta:

Incendios y explosiones de cigarrillos electrónicos , US Fire Administration, FEMA, octubre de 2014

Seguridad de la batería , Asociación de Tecnología del Consumidor.


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Todas excelentes respuestas. Aquí hay uno corto. A 7,4 voltios. La batería de 5 amperios-hora tiene 37 vatios-hora de energía, o 133.200 julios. Compárese con los 873 julios de energía del hocico de un .357 Magnum. El truco es no dejar que salga a la vez por sobrecalentamiento o aplastamiento.


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Creo que tu información está desactualizada.

Tenía un compañero de trabajo que estaba en aviones RC. Fueron los primeros en adoptar la tecnología LiIon porque son ligeros y tienen mucha potencia.

Relató cómo tenían dos modos de falla, uno de los cuales era incidental. Los aviones explotarían literalmente en una bola de fuego durante el vuelo.

Las células comerciales eventuales tienen, luego leí, múltiples características de seguridad diferentes integradas en las unidades vendibles, requeridas por la ley.

Ahora están a salvo, siempre y cuando no rompa o rompa uno, o permita que se caliente demasiado. El control de calor es parte del diseño final del dispositivo: es posible que tenga una ventilación deficiente o una fusión térmica inadecuada y, por lo tanto, permita que se vuelva crítico. Algunos productos más nuevos no son tan seguros, en particular las "celdas de bolsa" que no tienen la durabilidad de manejar sin estar integradas en un diseño adecuado dispositivo .

Por lo tanto, aprenda a usarlos de manera segura y conozca los detalles específicos de las piezas que elija para su diseño.


3 años después Yo diría que eso es solo "más o menos cierto, con bastante frecuencia". Con LiIon, las cosas pueden salir mal espectacularmente si se abusa, y PUEDEN hacerlo si no se abusa obviamente. Los lotes mal diseñados no ayudan :-). || Solo he tenido un incidente de "ventilación con llama", y fue debido a un abuso grave. Una vieja netbook con capacidad de batería 0 se dejó en CHG durante días. Con una buena batería hubiera estado bien. Después de algunos días estalló en llamas y humo. Estaba sentado en un sofá (sofá) PERO afortunadamente había varias capas de cartón brillante que tomaron la mayor parte de la llama. Salió muy rápido :-).
Russell McMahon