Tại sao có rất nhiều nỗi sợ xung quanh pin LiPo?


311

Tôi đã cố gắng thiết kế một hệ thống sạc cho một robot nhỏ chạy bằng pin lithium polymer 2S 20C (LiPo). Tôi đã tin tưởng tất cả mọi thứ tôi đọc trên mạng, tôi sẽ tin rằng LiPo sẽ giết tôi trong giấc ngủ và đánh cắp tiền tiết kiệm của tôi. Lời khuyên phổ biến tôi đọc được, nếu bạn đủ can đảm để sử dụng pin LiPo, là "không bao giờ bỏ mặc", "không bao giờ sạc trên bề mặt dễ cháy hoặc dẫn điện" và "không bao giờ sạc với tốc độ nhanh hơn 1  C ".

Tôi hiểu tại sao điều này là thận trọng, nhưng rủi ro thực sự với pin LiPo là gì?

Gần như mọi điện thoại di động, cả Android và iPhone đều có pin LiPo, mà hầu hết mọi người, kể cả bản thân tôi, đều sạc trong khi không được giám sát thường xuyên trong khi để lại trên bề mặt dễ cháy hoặc dẫn điện. Tuy nhiên, bạn chưa bao giờ nghe về một người nào đó bùng cháy vì điện thoại di động của họ phát nổ. Vâng, tôi biết có những tai nạn kỳ quái, nhưng pin LiPo hiện đại nguy hiểm như thế nào? Tại sao nhiều người bình luận trực tuyến coi pin LiPo độc lập như bom chờ phát nổ, nhưng thậm chí không nghĩ hai lần về LiPo đang ngồi trong túi của họ?


4
Thiết kế tốt có nghĩa là hầu hết thời gian họ không gây ra những quả cầu lửa. Hầu hết thời gian. youtube.com/results?search_query=lipo+battery

12
Xem cái nàycái này ; ý chính cơ bản là những gì làm cho pin "Li-Po" hoạt động tương tự như pin lithium-ion và do đó chúng có thể thất bại thảm hại vì các thành phần bên trong có khả năng phản ứng cao với nhau và tương đối dễ làm hỏng chúng bởi vì chúng tôi quan tâm đến những thứ như mật độ năng lượng, trọng lượng và giá cả. Điều đó đang được nói, sẽ không quá dễ dàng để làm hỏng chúng nếu bạn cẩn thận với thiết kế và không cố gắng lạm dụng tế bào.
hellowworld922

Mối quan tâm an toàn với Li-ion . Tóm tắt kỹ thuật về cơ chế hỏng pin lithium: Lỗi pin lithium .
Nick Alexeev

6
Tất cả các câu trả lời dường như đều giải quyết các khả năng cháy nổ, nhưng chúng cũng có thể gây ra một số khí khá khó chịu, điều này có thể gây tổn thương phổi vĩnh viễn
Scott Seidman

72
Đợi đã, Po không phải là biểu tượng hóa học. Đó là một cứu trợ.
Mr Lister

Câu trả lời:


609

Mọi điện thoại di động (cũng như máy tính xách tay và gần như mọi thứ có pin sạc) đều sử dụng LiIon / LiPo (về cơ bản tương đương cho các mục đích của cuộc thảo luận này). Và bạn đã đúng: Xét về các sự cố thực tế, lithium-ion và lithium-polymer là hóa chất pin an toàn nhất được sử dụng rộng rãi, không có gì.

Và lý do duy nhất mà hóa học phổ biến hiện nay đã giết chết bạn và / hoặc gia đình bạn nhiều lần là vì những tế bào này không bị buộc tội. Bạn có thể không tham dự nó một cách cá nhân, nhưng mỗi một trong những pin lithium-ion đó có một lượng mạch bảo vệ và giám sát đáng kể được tích hợp vĩnh viễn vào gói. Nó đóng vai trò là người gác cổng. Nó theo dõi mọi tế bào trong pin.

  • Nó ngắt kết nối các đầu ra và ngăn không cho chúng bị quá tải.
  • Nó ngắt kết nối đầu ra nếu chúng được xả ở dòng điện quá cao.
  • Nó ngắt kết nối đầu ra nếu nó bị CHARGED ở mức quá cao.
  • Nếu bất kỳ ô nào bị hỏng, đầu ra sẽ bị ngắt kết nối.
  • Nếu bất kỳ ô nào quá nóng, nó sẽ ngắt kết nối đầu ra.
  • Nếu bất kỳ ai trong số các tế bào bị xả quá mức, nó sẽ ngắt kết nối đầu ra (và vĩnh viễn - nếu bạn quên sạc pin lithium-ion quá lâu, bạn sẽ thấy rằng nó sẽ không còn sạc được nữa. mạch sẽ không cho phép bạn sạc các tế bào).

Thật vậy, mỗi pin điện thoại, pin máy tính xách tay, * bất kỳ loại pin nào có thể sạc lại bằng hóa chất lithium đều được theo dõi, xem xét kỹ lưỡng và quản lý tích cực nhất, đối nghịch với 'không giám sát' như người ta có thể lấy pin.

Và lý do rất nhiều rắc rối được thực hiện là vì pin lithium-ion thực sự nguy hiểm . Họ cần mạch bảo vệ để được an toàn, và họ thậm chí không an toàn từ xa nếu không có nó. Các hóa chất khác như NiMH hoặc NiCad có thể được sử dụng tương đối an toàn như tế bào trần, mà không cần theo dõi. Nếu chúng quá nóng, chúng có thể trút giận (điều này đã xảy ra với cá nhân tôi), và nó có thể gây sửng sốt, nhưng nó sẽ không thiêu rụi ngôi nhà của bạn hoặc đưa bạn ở lại trong một đơn vị bị bỏng. Pin lithium-ion sẽ làm cả hai, và đó là kết quả duy nhất. Trớ trêu thay, pin lithium-ion đã trở thành pin được đóng gói an toàn nhất bằng cách hóa học pin nguy hiểm nhất.

Bạn có thể tự hỏi điều gì thực sự làm cho chúng nguy hiểm như vậy.

Các hóa chất pin khác, chẳng hạn như axit chì hoặc NiMH hoặc NiCad, không được điều áp ở nhiệt độ phòng, mặc dù nhiệt tạo ra một số áp suất bên trong. Họ cũng có chất điện giải nước, không bắt lửa. Chúng lưu trữ năng lượng dưới dạng phản ứng oxy hóa / khử tương đối chậm, một trong số đó có tốc độ giải phóng năng lượng quá thấp, khiến chúng phóng ra các tia lửa 6 feet. Hoặc bất kỳ ngọn lửa, thực sự.

Pin lithium-ion về cơ bản là khác nhau. Họ lưu trữ năng lượng như một mùa xuân. Đó không phải là một phép ẩn dụ. Vâng, giống như hai lò xo. Các ion lithium bị buộc giữa các nguyên tử của vật liệu anot liên kết cộng hóa trị, đẩy chúng ra xa nhau và 'kéo dài' các liên kết, lưu trữ năng lượng. Quá trình này được gọi là xen kẽ . Khi phóng điện, các ion lithium di chuyển ra khỏi cực dương và vào cực âm. Đây là rất nhiều cơ điện, và cả cực dương và cực âm đều trải qua sự căng cơ đáng kể từ điều này.

Trong thực tế, cả cực dương và cực âm thay thế tăng hoặc giảm âm lượng vật lý tùy thuộc vào trạng thái sạc của pin. Tuy nhiên, sự thay đổi về âm lượng này không đồng đều, do đó, pin lithium-ion được sạc đầy thực sự đang gây ra một áp lực không cần thiết cho hộp chứa của nó hoặc các bộ phận khác của chính nó. Pin lithium-ion thường chịu nhiều áp lực bên trong, không giống như các hóa chất khác.

Vấn đề khác là chất điện phân của chúng là một dung môi dễ bay hơi, cực kỳ dễ cháy, sẽ cháy khá mạnh và dễ dàng.

Hóa học phức tạp của các tế bào lithium-ion thậm chí không hoàn toàn được hiểu và có một số hóa chất khác nhau với mức độ phản ứng khác nhau và nguy hiểm vốn có, nhưng những loại có mật độ năng lượng cao đều có thể trải qua quá trình thoát nhiệt. Về cơ bản, nếu chúng quá nóng, các ion lithium sẽ bắt đầu phản ứng với oxy được lưu trữ dưới dạng các oxit kim loại ở cực âm và giải phóng nhiều nhiệt hơn, làm tăng tốc độ phản ứng hơn nữa.

Kết quả chắc chắn là một loại pin tự bốc cháy, phun ra chất điện phân dung môi rất dễ cháy của nó và ngay lập tức đốt cháy nó, giờ đây đã có sẵn nguồn cung cấp oxy mới. Đó chỉ là lửa thưởng, tuy nhiên, vẫn còn một tấn lửa từ kim loại lithium bị oxy hóa với kho oxy dồi dào bên trong.

Nếu họ quá nóng điều đó xảy ra. Nếu chúng bị quá tải, chúng trở nên không ổn định và cú sốc cơ học có thể khiến chúng tắt như lựu đạn. Nếu chúng bị thải ra quá mức, một số kim loại ở cực âm trải qua phản ứng hóa học không thể đảo ngược và sẽ tạo thành các shunt kim loại. Các shunt này sẽ vô hình, cho đến khi sạc mở rộng một phần pin đủ để màng ngăn cách bị thủng bởi một trong những shunt này, tạo ra một khoảng chết ngắn, tất nhiên dẫn đến cháy, v.v .: Chế độ thất bại lithium-ion mà chúng ta biết và tình yêu.

Vì vậy, để rõ ràng, không chỉ là sạc quá mức nguy hiểm, mà là xả quá nhiều, và pin sẽ đợi cho đến khi bạn bơm một tấn năng lượng trở lại trước khi thất bại một cách ngoạn mục, và không có bất kỳ dấu hiệu cảnh báo hoặc đo lường nào .

Điều đó bao gồm pin tiêu dùng. Tuy nhiên, tất cả các mạch bảo vệ này ít có khả năng giảm thiểu sự nguy hiểm của các ứng dụng thoát nước cao. Thoát nước cao tạo ra lượng nhiệt không nhỏ (rất tệ) và đáng lo ngại hơn, nó gây ra một lượng lớn áp lực cơ học ở cực dương và cực âm. Khe nứt có thể hình thành và mở rộng, dẫn đến sự bất ổn nếu bạn không may mắn, hoặc chỉ là một cuộc sống hữu ích ngắn hơn nếu nó không quá nghiêm trọng. Đây là lý do tại sao bạn thấy LiPos được xếp hạng trong 'C' hoặc chúng có thể được thải ra nhanh chóng như thế nào. Xin vui lòng, thực hiện nghiêm túc các xếp hạng đó và giảm dần, vì an toàn và vì nhiều nhà sản xuất chỉ nói dối về xếp hạng C của pin.

Ngay cả với tất cả những điều đó, đôi khi một RC Lipo sẽ bùng cháy mà không có lý do. Bạn hoàn toàn cần lưu ý các cảnh báo để không bao giờ buộc tội chúng không được giám sát và mọi thứ khác. Bạn nên mua một chiếc túi an toàn để sạc chúng vì nó có thể ngăn ngôi nhà của bạn bị cháy (có thể có bạn hoặc người thân bên trong). Ngay cả khi rủi ro là rất thấp, thiệt hại mà nó có thể gây ra là rất lớn và các biện pháp cần thiết để giảm thiểu phần lớn khả năng thiệt hại đó là không đáng kể.

Đừng bỏ qua tất cả mọi thứ bạn đang nói - tất cả đều được chú ý. Nó xuất phát từ những người đã học cách tôn trọng LiPos cho những gì họ đang có, và bạn cũng nên như vậy. Điều bạn chắc chắn muốn tránh là có bài học này được dạy cho bạn bằng pin lithium-ion, thay vì các đồng nghiệp trực tuyến và ngoại tuyến. Cái sau có thể kích thích bạn trên một diễn đàn, nhưng cái trước sẽ thực sự kích thích bạn.

Chúng ta hãy xem một số video của công cụ bùng nổ!

Hãy để tôi đi thêm một chút vào cách họ thất bại. Tôi đã thảo luận về cơ chế, nhưng điều gì thực sự xảy ra? Pin lithium-ion thực sự chỉ có một chế độ thất bại, đó là loại phát nổ sau đó bắn ra một lượng lửa cực lớn trong một luồng lửa khổng lồ trong vài giây, và sau đó tiếp tục các hoạt động liên quan đến đốt cháy trong một thời gian sau đó. Đây là một đám cháy hóa học, vì vậy bạn không thể dập tắt nó (pin lithium-ion vẫn sẽ bắn ra những tia lửa khổng lồ ngay cả trong chân không vũ trụ. Chất oxy hóa được chứa bên trong, nó không cần không khí hoặc oxy để đốt cháy). Ồ, và ném nước vào lithium không có gì tốt , ít nhất là về mặt giảm lửa.

Dưới đây là danh sách 'lượt truy cập lớn nhất' về một số ví dụ hay về thất bại. Lưu ý rằng điều này đôi khi xảy ra trong các trường hợp RC thoát nước cao ngay cả khi có các biện pháp an toàn thích hợp. So sánh các ứng dụng thoát nước cao với các dòng điện thoại an toàn hơn và thấp hơn nhiều không phải là một hợp lệ. Hàng trăm ampe vài trăm milliamperes.

Máy bay RC bị hỏng.

Dao đâm pin cỡ điện thoại thông minh.

LiPo quá tải tự phát nổ.

Pin máy tính xách tay trong một chạy trốn nhiệt được ấn nhẹ, làm cho nó phát nổ.


87
Đây là một câu trả lời tuyệt vời. Ước gì tôi có thể nâng cấp nó hai lần.
Adam Haun

19
Rõ ràng, điều chính xác cần làm khi đối mặt với vụ nổ / cháy pin là dính đầu trực tiếp vào nó ngay sau đó, giống như anh chàng trong video đầu tiên ...
JBentley

11
Bây giờ tôi rất sợ pin. (Ngoài ra tôi nghĩ rằng thật buồn cười khi nó chỉ có một chế độ thất bại, ngay cả trong không gian.)
PyRulez

11
@Aron: Về lý thuyết và thực hành, pin RC có mạch bảo vệ ZERO cho chúng. Tôi muốn chỉ ra rằng có một sự khác biệt rất lớn giữa pin RC và pin đồ chơi cho đồ chơi RC (có bảo vệ). Ngành công nghiệp sở thích RC (trái ngược với ngành công nghiệp đồ chơi) đã cho rằng bảo vệ thuộc về các mạch bên ngoài như bộ sạc pin và ESC của bạn. Ngay cả khi đó, phần lớn bộ sạc pin cấp độ sở thích về cơ bản cho phép bạn (yêu cầu?) Để định cấu hình "bảo vệ" bằng cách đặt dòng điện tối đa được cung cấp. Họ không có cảm biến để tự động cảm nhận rằng các cài đặt sai.
slebetman

33
@AdamHaun Đó là một biện pháp phòng ngừa an toàn được tích hợp trong StackExchange để ngăn chặn nó tự phát nổ do quá tải ...
Pavel

73

Để sử dụng pin Lipo một cách an toàn, bạn phải đối xử với chúng bằng chính sự tôn trọng của bạn với bất kỳ thứ gì có thể lưu trữ và giải phóng nhanh chóng một lượng lớn hóa chất và / hoặc năng lượng điện. Pin càng lớn và điện trở trong càng thấp (ví dụ: xếp hạng C càng cao) thì bạn càng cần phải cẩn thận. Chúng có thể được sử dụng một cách an toàn ... giống như xăng có thể được sử dụng một cách an toàn nhưng để làm được như vậy, bạn phải tìm hiểu về cách chúng vận hành và cách chúng có thể thất bại.

Khi bạn nghĩ về nó, chẳng có gì ngạc nhiên khi, ví dụ, pin Tesla có mức độ rủi ro tương đương với bình xăng mà nó thay thế ... cả hai đều lưu trữ rất nhiều năng lượng có thể được giải phóng nhanh chóng khi cần. Thực ra, tôi nói dối phần nào vì pin Tesla chỉ chứa năng lượng của bình xăng / xăng nhỏ và nó có thêm kiểm tra an toàn được tích hợp trong đó.

Tôi đã sử dụng pin Lipo lớn một cách an toàn trong máy bay và máy bay trực thăng R / C hiệu suất cao (pin lên đến 90C) trong khoảng 15 năm (tôi là người áp dụng sớm.) Ngoài kinh nghiệm của bản thân tôi còn có những người khác trong câu lạc bộ của tôi. Tôi đã thấy các gói thất bại trong quá khứ, nhưng bây giờ nó thực sự hiếm, bởi vì chúng tôi đã học cách sử dụng chúng với sự tôn trọng. Đây là những gì tôi học được cuộc sống ở rìa. :)

Chế độ thất bại

Các chế độ thất bại phổ biến nhất là:

  • thiệt hại vật chất (điều này khiến chúng bị rút ngắn trong nội bộ)
  • sạc quá mức (do bộ sạc bị lỗi / xấu)
  • quá nhiệt do dòng xả cao (gây ra gói phồng hoặc tệ hơn nếu nhiệt thực sự cao)

Các chế độ thất bại phổ biến nhất mà tôi đã nghe nói (nhưng chưa bao giờ chứng kiến) là:

  • sự cố tế bào tự phát do sản xuất kém chất lượng gây ra nội bộ ngắn (thường trầm trọng hơn do sốc vật lý nhưng không phải lúc nào cũng vậy)

Tất cả các danh sách chế độ thất bại ở trên có thể dẫn đến "thông hơi với khói" hoặc "thông hơi với ngọn lửa". Lipos mới hơn với chất điện giải ít bay hơi hơn có thể "thông hơi với khói" nhưng bạn không bao giờ có thể chắc chắn; vì vậy bạn phải lên kế hoạch cho trường hợp xấu hơn

Quy trình hoạt động tiêu chuẩn (SOP)

Dưới đây là quy trình vận hành tiêu chuẩn tối thiểu (SOP) để sử dụng mức xả cao (bất kỳ gói R / C nào là mức xả cao) gói lipo trần mà tôi sử dụng:

Bảo vệ vật lý

  • các tế bào phải được bảo vệ khỏi thiệt hại vật lý
  • Nếu môi trường của bạn gồ ghề, hãy xem xét một gói cứng xe R / C (vỏ bằng sợi carbon xung quanh Lipos mềm)
  • các tế bào phải được kiểm tra thiệt hại vật lý trước và sau mỗi lần sử dụng
  • nếu bất kỳ tế bào nào bị hư hại về mặt vật lý theo bất kỳ cách nào, chúng nên được di chuyển đến khu vực an toàn cháy và sau đó từ từ (1C) xả xuống 2 volt mỗi tế bào hoặc ít hơn, sau đó xử lý một cách an toàn (không bao giờ được coi là an toàn )
  • KHÔNG vận chuyển các tế bào bị hư hỏng; đối xử với họ bằng sự tôn trọng tương tự bạn đối xử với pháo hoa mà bạn không chắc chắn đã ra ngoài và điều đó vẫn có thể tắt bất cứ lúc nào!

Nhân tiện, không giống như những gì @metacolin đã viết, việc xả Lipo xuống điện áp thấp là điều an toàn và là điều nên làm trước khi vứt bỏ gói. Bạn muốn loại bỏ tất cả năng lượng hóa học từ một gói để làm cho nó an toàn. Những gì không an toàn là xả một tế bào dưới 2V và sau đó sạc nó. Sạc pin điện áp thấp có thể khiến cho lithium thoát ra ngoài khiến tế bào không ổn định.

Sạc pin (đây là thời điểm quan trọng nhất cho sự an toàn)

  • làm điều này tránh xa mọi thứ dễ cháy và sẽ không bị hư hại khói (ví dụ như bên ngoài)
  • luôn đảm bảo rằng mỗi tế bào được theo dõi riêng trong quá trình sạc; bộ sạc R / C chất lượng với tính năng sạc "cân bằng" sẽ làm được điều này
  • kiểm tra điện áp di động trước khi sạc (bộ sạc R / C chất lượng sẽ tự động thực hiện việc này), nếu bất kỳ ô nào dưới 3V, hãy xử lý gói với sự nghi ngờ và cân bằng sạc chậm để xem có phục hồi không
  • nếu bất kỳ điện áp di động nào dưới 2V không sạc (bộ sạc chất lượng sẽ tự động làm điều này); xả các tế bào khác và sau đó vứt bỏ gói một cách an toàn ... một khi tế bào xuống dưới 2V, sẽ không an toàn để sạc nữa vì kim loại lithium có thể thoát ra và làm cho tế bào không ổn định trong quá trình sạc tiếp theo
  • không sử dụng bộ sạc cấp thấp có hiệu chuẩn điện áp tốt

Xả

  • xả nhanh mà tích tụ quá nhiều nhiệt là một vấn đề; xem thảo luận nhiệt bên dưới
  • xả quá mức là an toàn ... một lần; nhưng đừng bao giờ tính phí nữa; xem phần thảo luận ở trên

Nhiệt

  • đảm bảo các tế bào không bao giờ bị nóng (do phóng điện nhanh, sạc nhanh, ngồi dưới ánh nắng mặt trời, v.v.) 45 Celsius là mức tối đa tuyệt đối mà tôi chịu được ... nhưng dưới 35 độ C thì tốt hơn nhiều
  • không xả hoặc sạc các tế bào quá lạnh; làm ấm chúng trước ... các tế bào hoạt động tốt nhất từ ​​khoảng 10 độ C đến 30 độ C; mạ lithium một lần nữa có thể là một vấn đề nếu chúng được sử dụng khi chúng quá lạnh

Sống thọ

  • nếu bạn muốn các tế bào của mình tồn tại trong một thời gian dài (lịch), tốt nhất bạn nên tuân theo quy tắc 80/20 với pin Lipo; đó là không xả chúng dưới 20% công suất hoặc trên 80% công suất; đây là những gì hệ thống quản lý pin hiện đại (BMS) làm (ví dụ: Tesla, iPhone, v.v.)
  • khi pin được lưu trữ trong hơn một tuần, hãy đảm bảo rằng chúng được cân bằng sạc với khoảng 60% công suất trên mỗi tế bào (một lần nữa, bộ sạc R / C tốt có thể tự động làm điều này cho bạn.)

Suy nghĩ cuối cùng về câu hỏi của bạn

Vì vậy, vâng, nếu bạn phát triển các SOP an toàn và thực hiện các hành động để giảm thiểu rủi ro, bạn có thể sử dụng Lipo trong robot của mình. Cho đến khi bạn hoàn toàn hiểu được các SOP an toàn, tôi thậm chí sẽ không xem xét việc tạo bộ sạc hoặc BMS của riêng bạn. Người thông minh đã dành nhiều năm như thế.

Mặt khác, tùy thuộc vào nhu cầu thiết kế của bạn, có thể pin NiMh đơn giản, SLA có thể đáp ứng nhu cầu của bạn. Tuy nhiên, ngay cả pin NiMh và SLA họ cũng có các SOP riêng để theo dõi. Ví dụ, các tế bào NiMh có thể nổ tung do áp suất trong quá trình sạc nếu chúng bị sạc quá mức và van áp suất của chúng bị hỏng. SLA tạo ra khí hydro! trong quá trình sạc ... vì vậy chúng cần được thông hơi tốt.

Hãy nhớ mọi thứ hữu ích cũng có thể nguy hiểm. Lipo không tệ hơn một con dao đầu bếp, hay một chiếc máy bay chứa đầy dầu hỏa. Bí quyết là học cách sử dụng tất cả chúng một cách khôn ngoan.

Chỉnh sửa: Đối mặt với thông tin sai lệch

Chuyện lầm tưởng 1

@metacollin, viết rằng Lipo "cực dương và cực âm trải qua sự căng cơ đáng kể"

Sai ... Các tế bào Lithium Polymer không bị căng thẳng đáng kể trong quá trình hoạt động bình thường. Đây là lý do tại sao chúng có thể được đóng gói trong túi nhựa.

Nhưng đừng hiểu ý tôi. Xem chuyên gia này nói nó lúc 10:00. (Cảnh báo spoiler: anh ta gọi ảnh hưởng là "lành tính".)

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

Tái bút: Tôi thực sự khuyên bạn nên xem toàn bộ video nếu bạn muốn thông tin và chuyên gia (chứ không phải ai đó ở đây giả vờ là chuyên gia.)

Thực tế hóa học NiMh hoặc NiCd nguy hiểm hơn đối với sự tích tụ / áp lực. Cả hai có thể tạo ra oxy dư thừa nếu chúng được sạc quá mức. Đây là một lý do tại sao các tế bào NiMh và NiCd được chứa trong các hộp kim loại tròn có lỗ thông hơi an toàn chứ không phải hộp nhựa như LiPo. Đọc thông số này. tờ giải thích đầy đủ:

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

Chuyện lầm tưởng 2

@metacollin, "Họ cần mạch bảo vệ để được an toàn, và họ thậm chí không an toàn từ xa nếu không có nó."

Đúng . Tuy nhiên, điều quan trọng là hệ thống hoàn chỉnh của pin và sạc hoạt động cùng nhau để giữ cho tất cả các tế bào của pin hoạt động cùng với thông số kỹ thuật. Có nhiều hơn một cách (cấu trúc liên kết) để thực hiện điều này:

  1. Bao gồm một mạch "bảo vệ" cho mỗi tế bào và không dựa vào bộ sạc hoặc người dùng để ở trong thông số kỹ thuật. Mạch "bảo vệ" thực hiện những việc này:
    • tắt ô (mạch hở) nếu dòng quá cao
    • tắt di động nếu điện áp quá thấp
    • tắt di động nếu điện áp quá cao

Bởi vì các mạch "bảo vệ" gắn trên tế bào chỉ có thể có kích thước hạn chế, nên chúng thường chỉ tốt cho các tình huống hiện tại thấp.

  1. Thay phiên, bạn có thể sử dụng các tế bào trần miễn là bạn luôn sử dụng chúng với bộ sạc cân bằng thông minh:
    • từ chối sạc nếu điện áp quá thấp
    • đảm bảo điện áp sạc không bao giờ quá cao

Nếu bạn muốn hợp nhất, bạn có thể đặt một cầu chì phù hợp với gói.

Đây là những gì người dùng R / C làm vì họ muốn pin càng nhẹ càng tốt và có thể cung cấp dòng điện cao.

  1. Chiến lược cuối cùng là sử dụng các tế bào trần có dây vào một hệ thống quản lý pin hoàn chỉnh hơn (BMS). BMS có thể có nhiều cấu trúc liên kết khác nhau dựa trên những thông số bạn đang tối ưu hóa. BMS cũng có thể thực hiện những việc không liên quan đến an toàn khác như thêm tính năng (ví dụ: trạng thái đo điện tích) và cố gắng tăng tuổi thọ của pin bằng cách kiểm soát các thông số vận hành. Xe điện và xe đạp điện hiện đại sử dụng các tế bào của BMS (chứ không phải "được bảo vệ".) Ngoài ra, các thiết bị điện tử tiêu dùng hiện đại có LiPo tích hợp đã chuyển từ sử dụng các tế bào được bảo vệ sang sử dụng BMS. Ví dụ: iPhone, iPod, v.v.

Từ khía cạnh an toàn, tất cả các thiết lập này làm điều tương tự như một hệ thống hoàn chỉnh . Họ chỉ làm điều đó theo những cách khác nhau bởi vì chúng được tối ưu hóa cho các tham số khác nhau.


Bạn có nghĩa là bạn thậm chí sẽ không xem xét việc tạo bộ sạc hoặc BMS của riêng mình, phải không?
Immibis

2
@ MichaelKjorling lại câu hỏi đầu tiên của bạn: "di chuyển": đường ngắn đến khu vực an toàn phòng cháy tiếp theo - "phương tiện giao thông": bất cứ điều gì dài hơn, liên quan đến ô tô, xe lửa, ...
guntbert

52

Khi một công ty lớn muốn sản xuất bộ sạc LiPo, họ có thể:

A. Có các chuyên gia về nhân viên và thực hiện thử nghiệm rộng rãi để đảm bảo bộ sạc sẽ hoạt động an toàn trong toàn bộ các điều kiện hoạt động.

B. Mua IC hoặc bộ lắp ráp được chế tạo sẵn có cùng mức độ chăm sóc.

C. Hợp đồng giao việc cho những người biết họ đang làm gì.

Khi bạn xây dựng một mạch sạc ở nhà, bạn không làm bất cứ điều gì trong số đó.

Pin LiPo chắc chắn có thể bùng cháy, vì một tìm kiếm YouTube có thể cho bạn biết. Bạn sẽ tìm thấy những người tích cực phá hủy pin với móng tay hoặc thậm chí một cái rìu , nhưng bạn cũng có thể tìm thấy những ví dụ thực tế hơn, giống như cái này của một chiếc máy bay RC dữ dội bùng nổ vào ngọn lửa do một vấn đề sạc.

Do đó, các cảnh báo - mọi người trên internet không thể đảm bảo rằng mạch sạc tự chế sẽ luôn hoạt động an toàn và chế độ thất bại của LiPo là "quả bom". Rốt cuộc, đó là một quả bom - rất nhiều năng lượng được giải phóng nhanh chóng.


8
Một yếu tố khác là các tế bào Li-Ion thuộc mọi loại có thể bắt lửa ngay cả khi bạn chấm tất cả Is của bạn và vượt qua tất cả Ts của bạn khi cần bảo vệ - các khuyết tật của tế bào bên trong bị hút.
ThreePhaseEel

5
Đáng nói là họ có thể A, B, C và vẫn không thành công ngay lần đầu tiên (ví dụ Boeing / Thales / Yuasa).
Eugene Ryabtsev

3
Câu trả lời này xứng đáng được yêu thích hơn vì nó không được bao phủ bởi người được bình chọn nhiều nhất ở trên - những người như Apple và Samsung phải mất hàng tỷ đô la nếu sản phẩm của họ bắt đầu làm mất khách hàng, người bán ngẫu nhiên trên eBay từ Trung Quốc sản xuất pin giả, bộ sạc và các sản phẩm khác có rất ít để mất. Tôi rất cảnh giác khi thực hiện các dự án với các thiết lập LiPo homebrew đơn giản vì tôi biết rằng tôi không biết đủ để đảm bảo an toàn và với mẫu 1 gói pin bạn không bao giờ có thể thực sự biết nếu bạn đã sử dụng đúng - và thậm chí nếu nó đốt cháy nhà của bạn, bạn đã hiểu sai hay đó là một pin giả mạo?
John U

2
Bạn ngụ ý rằng bộ sạc LiPo thương mại nên an toàn vì các công ty lớn sản xuất chúng. Tôi hy vọng rằng mạch sạc trong điện thoại di động thương hiệu sẽ ổn, nhưng tôi tin chắc hơn một chút rằng bộ sạc đi kèm với một quad quad đồ chơi giá rẻ, nói, tốt hơn những gì tôi có thể thiết kế. Bạn chỉ cần đọc một vài câu hỏi ở đây để tìm các ví dụ về thiết kế mạch khủng trong các sản phẩm thương mại.
nekomatic

3
@nekomatic Rất đúng. Thương mại không ngụ ý chất lượng cao. Chất lượng đến từ việc làm A, B và / hoặc C, không phải từ một công ty lớn. OP đặc biệt hỏi về điện thoại Apple và Android, vì vậy đó là những gì tôi nghĩ khi tôi viết câu trả lời của mình.
Adam Haun

38

[Mặc dù câu trả lời muộn này có thể ít được đưa ra khi câu hỏi đã thoát khỏi danh sách nóng, tôi nghĩ cần nhấn mạnh thêm sự tương phản giữa các tính năng an toàn toàn diện trong các thiết bị như máy tính xách tay và điện thoại di động so với độ an toàn kém toàn diện hơn nhiều các tính năng trong sở thích hoặc thiết bị DIY.]

Bối cảnh là điều cần thiết khi đánh giá những cảnh báo an toàn thảm khốc mà bạn trích dẫn. Chúng không nhắm mục tiêu vào các thiết bị như máy tính xách tay và điện thoại di động (từ các nhà sản xuất có uy tín) sử dụng mạch quản lý / bảo vệ pin tích hợp chặt chẽ để giữ an toàn cho chúng. Thay vào đó, chúng nhắm mục tiêu các thiết bị kém an toàn hơn, ví dụ như các tế bào LiPo không được bảo vệ được sử dụng trong sở thích RC để cung cấp năng lượng cho ô tô, máy bay điều khiển từ xa, v.v. Dưới đây chúng tôi sẽ tìm hiểu sâu hơn về những khác biệt về an toàn này.

Không giống như các hóa chất pin khác quen thuộc với người tiêu dùng, pin dựa trên hóa học Li-ion vốn đã dễ bay hơi hơn nhiều. Do đó, họ yêu cầu mạch quản lý pin được thiết kế rất cẩn thận để bảo vệ họ khỏi sự cố thảm khốc. Điều này bao gồm các cơ chế ngăn chúng tiếp cận các trạng thái nguy hiểm (dưới hoặc quá tải, quá nhiệt, quá dòng, v.v.) và hơn nữa, có thể vô hiệu hóa chúng khi phát sinh các điều kiện nguy hiểm (ví dụ như qua cầu chì FET, PTC hoặc một lần bắn). Logic như vậy thậm chí có thể bao gồm các thuật toán tinh vi liên tục theo dõi sức khỏe của các tế bào để dự đoán những thất bại nghiêm trọng sắp xảy ra (chẳng hạn như ngắn bên trong, có thể dẫn đến chạy trốn nhiệt).

Không giống như hầu hết các sở thích / thiết bị DIY do người dùng lắp ráp, đối với máy tính xách tay và điện thoại di động, nhà sản xuất có quyền kiểm soát thiết kế của toàn bộ hệ thống phụ pin, do đó họ có thể thiết kế một hệ thống tích hợp rất chặt chẽ bao gồm các cơ chế bảo vệ chống lỗi tinh vi. Các thiết kế như vậy tuân theo các tiêu chuẩn công nghiệp được thử nghiệm theo thời gian và sử dụng nhiều cấp độ dự phòng và phương pháp phân tích lỗi toàn diện, ví dụ phân tích cây lỗi hoặc FMEA = chế độ thất bại và phân tích hiệu ứng.

Bạn có thể ngạc nhiên bởi tính toàn diện của các phân tích như vậy, ví dụ dưới đây là 2 trong số 96 trường hợp được xem xét trong IEEE 1625 2004 , bao gồm cả trường hợp thú cưng đi tiểu trên thiết bị (PC). nhập mô tả hình ảnh ở đây

Bạn cũng có thể ngạc nhiên bởi mức độ dư thừa cao của bảo vệ lỗi được sử dụng, ví dụ như theo tiêu chuẩn ngành, pin máy tính xách tay phải thực hiện ít nhất hai phương pháp độc lập để tắt FET sạc để tránh sạc quá mức thảm khốc. Hơn nữa, nếu cả hai phương pháp đều thất bại, thì cầu chì hóa học không an toàn phải thổi. Đây là cầu chì 3 cực kích hoạt điện áp đặc biệt có thể hoạt động ngay cả trong các điều kiện khắc nghiệt như khi điện áp pin giảm rất thấp do chập điện.

Tương phản như trên với dự án DIY hoặc RC của bạn, nơi người dùng cuối chịu trách nhiệm tích hợp các thành phần của hệ thống con pin và đảm bảo chúng hoạt động an toàn với nhau (các thành phần là các tế bào, bảng bảo vệ BMS / PCM, thiết bị và bộ sạc). Có nhiều trở ngại cản trở như vậy. Người dùng có thể thiếu kiến ​​thức đầy đủ. Người dùng có thể thiếu quyền truy cập vào bảng dữ liệu và thông tin kỹ thuật, thường không có sẵn cho người tiêu dùng (các nhà sản xuất tế bào không khuyến khích sử dụng trực tiếp cho người tiêu dùng, ví dụ gần đây Sony đã gửi lệnh ngừng và hủy bỏ cho một cửa hàng vaping NYC bán Sony 18650 cell - xem bên dưới) . Thiếu các giao thức truyền thông tiêu chuẩn như SBS = Hệ thống pin thông minh trong thế giới RC / sở thích giới hạn giao tiếp giữa các hệ thống con, điều này làm tăng đáng kể khó khăn trong việc thiết kế các cơ chế an toàn tinh vi như trong các máy tính xách tay.

Đây là một ví dụ thực tế: một câu hỏi từ diễn đàn hỗ trợ đo khí pin của TI.

Tôi tự hỏi nếu các cầu chì hóa học này là một yếu tố bắt buộc của các gói pin lithium-ion. Tôi đang làm việc với một nhà cung cấp gói Li-ion của Trung Quốc và họ đã sản xuất một thiết kế gói dựa trên IC đo nhiên liệu bq20z45-R1, nhưng không có mạch Fuse hóa học. Ngoài ra, không có IC bảo vệ quá áp thứ cấp như bq29412. Có phải cầu chì hóa học và bq29412 (hoặc IC tương tự) cho các ứng dụng pin Li-ion thương mại không? Có một yêu cầu quy định? BTW, tôi đang làm việc trên một thiết kế thiết bị y tế.

Ở trên chúng tôi có một ví dụ về một bộ pin thiếu mức bảo vệ quá mức thứ 2 và thứ 3 được mô tả ở trên. Thiếu sót như vậy của các tính năng an toàn là phổ biến trên nhiều hệ thống quản lý pin rẻ hơn. Chưa kể một số nhà sản xuất Trung Quốc bay qua đêm đã phóng đại rất nhiều mức độ bảo vệ được thực hiện. Để nhận ra những thiếu sót như vậy và để hiểu được sự phân nhánh của họ, khi người dùng cuối là kỹ sư, họ phải có kiến ​​thức nền tảng đầy đủ trong lĩnh vực này. Thiếu như vậy có thể dẫn đến các thiết kế có khiếm khuyết an toàn nghiêm trọng. Đó là lý do tại sao các nhà sản xuất di động có uy tín như LG, Panasonic, Samsung, Sanyo và Sony từ chối giao dịch trực tiếp với người tiêu dùng. Những rủi ro là quá lớn nếu một người không có kiến ​​thức đầy đủ để đảm bảo thiết kế an toàn.

Dưới đây là bức thư Sony đã đề cập ở trên. Đây là điển hình cho thái độ của các nhà sản xuất tế bào có uy tín liên quan đến các rủi ro an toàn nghiêm trọng do sử dụng tế bào lỏng lẻo của người tiêu dùng. nhập mô tả hình ảnh ở đây

Để thuận tiện, dưới đây là các liên kết được đưa ra trong thư:

Vụ cháy và vụ nổ thuốc lá điện tử , Cục cứu hỏa Hoa Kỳ, Fema, tháng 10 năm 2014

An toàn pin , Hiệp hội công nghệ tiêu dùng.


3

Tất cả các câu trả lời tuyệt vời. Đây là một cái ngắn. Một điện áp 7,4 volt. Pin 5 amp giờ có năng lượng 37 watt giờ, tương đương 133.200 joules. So sánh với 873 joules năng lượng mõm của 0,357 Magnum. Bí quyết là đừng để nó ra một lúc bằng cách quá nóng hoặc nghiền nát.


2

Tôi nghĩ rằng thông tin của bạn đã lỗi thời.

Tôi có một đồng nghiệp đã vào máy bay RC. Họ là những người đầu tiên áp dụng công nghệ LiIon vì chúng nhẹ và nắm giữ nhiều quyền lực.

Anh ta liên quan đến việc họ có hai chế độ thất bại, một trong số đó là không ổn định. Máy bay sẽ nổ tung theo nghĩa đen trong một quả cầu lửa khi đang bay.

Các tế bào thương mại cuối cùng, sau này tôi đã đọc, nhiều tính năng an toàn khác nhau được tích hợp vào các đơn vị bán được, theo yêu cầu của pháp luật.

Bây giờ chúng an toàn, miễn là bạn không phá vỡ hoặc vi phạm, hoặc cho phép nó quá nóng. Kiểm soát nhiệt là một phần của thiết kế thiết bị đã hoàn thành: bạn có thể có hệ thống thông hơi kém hoặc không hợp nhất và do đó cho phép thiết bị hoạt động tốt. Một số sản phẩm mới hơn không an toàn lắm, đặc biệt là "tế bào túi" không có độ bền để xử lý mà không được tích hợp trong một thiết bị được thiết kế phù hợp .

Vì vậy, hãy tìm hiểu cách sử dụng chúng một cách an toàn và tìm hiểu các chi tiết cụ thể của các bộ phận bạn chọn cho thiết kế của mình.


3 năm về. Tôi muốn nói rằng đó chỉ là "ít nhiều đúng, khá thường xuyên". Với LiIon, mọi thứ có thể trở nên sai lầm một cách ngoạn mục nếu bị lạm dụng và CÓ THỂ làm như vậy nếu không rõ ràng bị lạm dụng. Các lô được thiết kế xấu không giúp được :-). | | Tôi chỉ có một sự cố "thông hơi với ngọn lửa" - và đó là do lạm dụng thô bạo. Một chiếc netbook cũ với dung lượng pin 0 đã bị bỏ lại trên chg trong nhiều ngày. Với một pin tốt, nó sẽ ổn thôi. Sau vài ngày, nó phun trào trong ngọn lửa và khói. Nó đang ngồi trên ghế sofa (đi văng) NHƯNG may mắn thay, có một vài lớp bìa cứng bóng loáng chiếm phần lớn ngọn lửa. Nó đi ra ngoài rất nhanh :-).
Russell McMahon
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.