Ich habe versucht, ein Ladesystem für einen kleinen Roboter zu entwickeln, der mit einem 2S 20C Lithium-Polymer- Akku (LiPo) betrieben wird. Würde ich allem vertrauen, was ich online lese, würde ich glauben, dass der LiPo mich im Schlaf töten und meine Ersparnisse stehlen wird. Wenn Sie mutig genug sind, LiPo-Akkus zu verwenden, lautet der Rat, den ich lese, "niemals unbeaufsichtigt lassen", "niemals auf einer brennbaren oder leitenden Oberfläche aufladen" und "niemals schneller als 1 C aufladen  ".

Ich verstehe, warum dies umsichtig ist, aber wie hoch ist das tatsächliche Risiko bei LiPo-Akkus?

Nahezu jedes Handy, sowohl Android als auch iPhone, enthält einen LiPo-Akku, den die meisten Menschen, auch ich, unbeaufsichtigt aufladen - oftmals auf einer brennbaren oder leitfähigen Oberfläche. Dennoch hört man nie von jemandem, der in Flammen aufgeht, weil sein Handy explodiert ist. Ja, ich weiß, dass es ungewöhnliche Unfälle gibt, aber wie gefährlich sind moderne LiPo-Akkus? Warum behandeln so viele Online-Kommentatoren eigenständige LiPo-Akkus wie Bomben, die darauf warten, dass sie abgefeuert werden, aber denken Sie nicht zweimal darüber nach, ob der LiPo in ihrer Tasche sitzt?

Jedes Handy (sowie Laptop und fast alles, was mit einem Akku ausgestattet ist) verwendet LiIon / LiPo (im Wesentlichen äquivalent für die Zwecke dieser Diskussion). Und Sie haben Recht: In Bezug auf die tatsächlichen Vorkommnisse sind Lithium-Ionen und Lithium-Polymer die sicherste Batteriechemie, die weit verbreitet ist, bis auf die geringste.

Und der einzige Grund, warum Sie und / oder Ihre Familie durch diese mittlerweile allgegenwärtige Chemie nicht mehrmals ermordet wurden, ist, dass diese Zellen nicht unbeaufsichtigt aufgeladen werden. Sie sind möglicherweise nicht persönlich anwesend, aber jeder einzelne dieser Lithium-Ionen-Akkus verfügt über eine erhebliche Menge an Schutz- und Überwachungsschaltkreisen, die permanent in das Paket integriert sind. Es fungiert als Gatekeeper. Es überwacht jede Zelle in einer Batterie.

• Es trennt die Ausgangsanschlüsse und verhindert, dass sie überladen werden.
• Es trennt den Ausgang, wenn sie mit zu hohem Strom entladen werden.
• Es trennt den Ausgang, wenn er mit zu hohem Strom aufgeladen ist .
• Wenn eine der Zellen fehlerhaft ist, wird der Ausgang getrennt.
• Wenn eine Zelle zu heiß wird, wird der Ausgang abgeschaltet.
• Wenn eine der Zellen zu stark entladen ist, wird der Ausgang unterbrochen (und wenn Sie das Aufladen eines Lithium-Ionen-Akkus zu lange vergessen, werden Sie feststellen, dass er sich nicht mehr auflädt. Er wird effektiv zerstört und der Schutz wird aufgehoben Stromkreis erlaubt Ihnen nicht, die Zellen aufzuladen).

Tatsächlich wird jede einzelne Batterie eines Telefons, Laptops * oder einer wiederaufladbaren Lithiumbatterie am genauesten überwacht, überprüft und aktiv verwaltet - das Gegenteil von "unbeaufsichtigt", wie man es von einer Batterie erwarten kann.

Und der Grund, warum so viel Ärger gemacht wird, ist, dass Lithium-Ionen-Batterien tatsächlich so gefährlich sind . Sie benötigen Schutzschaltungen, um sicher zu sein, und ohne diese sind sie nicht einmal aus der Ferne sicher. Andere Chemikalien wie NiMH oder NiCad können ohne Überwachung relativ sicher als bloße Zellen verwendet werden. Wenn sie zu heiß werden, können sie entlüften (was mir persönlich passiert ist), und es kann ziemlich verblüffend sein, aber es wird Ihr Haus nicht niederbrennen oder Ihnen einen längeren Aufenthalt in einer Verbrennungseinheit bescheren. Lithium-Ionen-Batterien können beides, und das ist so ziemlich das einzige Ergebnis. Ironischerweise sind Lithium-Ionen-Batterien zur sichersten verpackten Batterie geworden, da sie die gefährlichste Batteriechemie darstellen.

Sie fragen sich vielleicht, was sie tatsächlich so gefährlich macht.

Andere Batteriechemikalien wie Blei, NiMH oder NiCad werden bei Raumtemperatur nicht mit Druck beaufschlagt, obwohl Wärme einen gewissen Innendruck erzeugt. Sie haben auch wässrige, nicht brennbare Elektrolyte. Sie speichern Energie in Form einer relativ langsamen Oxidations- / Reduktionsreaktion, deren Energiefreisetzungsrate zu niedrig ist, um sie beispielsweise zu veranlassen, 6-Fuß-Flammenstrahlen auszustoßen. Oder wirklich irgendeine Flamme.

Lithium-Ionen-Batterien unterscheiden sich grundlegend. Sie speichern Energie wie eine Feder. Das ist keine Metapher. Wie zwei Federn. Lithiumionen werden zwischen die Atome des kovalent gebundenen Anodenmaterials gedrückt, sie werden auseinander gedrückt und die Bindungen werden "gedehnt", wodurch Energie gespeichert wird. Diesen Vorgang nennt man Interkalation . Bei der Entladung bewegen sich die Lithiumionen aus der Anode heraus und in die Kathode hinein. Dies ist sehr elektromechanisch, und sowohl die Anode als auch die Kathode erfahren hierdurch eine erhebliche mechanische Belastung.

Tatsächlich erhöhen oder verringern sich sowohl die Anode als auch die Kathode in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie. Diese Volumenänderung ist jedoch ungleichmäßig, so dass eine vollständig geladene Lithium-Ionen-Batterie tatsächlich nicht unerheblichen Druck auf ihren Behälter oder andere Teile von sich ausübt. Lithium-Ionen-Batterien stehen im Gegensatz zu anderen Chemikalien im Allgemeinen unter hohem Innendruck.

Das andere Problem ist, dass ihr Elektrolyt ein flüchtiges, extrem entflammbares Lösungsmittel ist, das ziemlich heftig und leicht brennt.

Die komplexe Chemie von Lithium-Ionen-Zellen ist noch nicht einmal vollständig geklärt, und es gibt einige verschiedene Chemikalien mit unterschiedlichen Reaktivitätsgraden und inhärenten Gefahren, aber diejenigen mit einer hohen Energiedichte können alle thermisch außer Kontrolle geraten. Wenn sie zu heiß werden, reagieren Lithiumionen im Grunde genommen mit Sauerstoff, der als Metalloxide in der Kathode gespeichert ist, und setzen noch mehr Wärme frei, was die Reaktion weiter beschleunigt.

Was zwangsläufig dazu führt, ist eine Batterie, die sich selbst entzündet, ihren leicht entzündlichen Lösungsmittelelektrolyten aus sich heraussprüht und dies auch sofort zündet, sobald eine neue Sauerstoffversorgung zur Verfügung steht. Das ist nur ein Bonusfeuer, aber es gibt immer noch eine Tonne Feuer vom Lithiummetall, das mit dem reichlichen Vorrat an Sauerstoff im Inneren oxidiert.

Wenn sie zu heiß werden, passiert das. Wenn sie überladen sind, werden sie instabil und können durch mechanische Stöße wie eine Granate abgefeuert werden. Wenn sie übermäßig entladen werden, erfährt ein Teil des Metalls in der Kathode eine irreversible chemische Reaktion und bildet metallische Nebenschlüsse. Diese Shunts sind unsichtbar, bis das Aufladen einen Teil der Batterie so weit ausdehnt, dass die Trennmembran von einem dieser Shunts durchstoßen wird, wodurch ein Kurzschluss entsteht, der natürlich zu Feuer usw .: Der bekannte Lithium-Ionen-Fehlermodus und Liebe.

Um ganz klar zu sein, ist nicht nur eine Überladung gefährlich, sondern auch eine Tiefentladung. Der Akku wartet, bis Sie eine Tonne Energie zurückgepumpt haben, bevor er auf spektakuläre Weise versagt und ohne Warnung oder messbare Anzeichen .

Dies gilt für Verbraucherbatterien. Alle diese Schutzschaltungen sind jedoch weniger in der Lage, die Gefahr von Anwendungen mit hohem Drain zu verringern. Ein hoher Abfluss erzeugt keine geringe Wärmemenge (was schlecht ist) und ist besorgniserregender, da die Anode und die Kathode stark mechanisch belastet werden. Risse können sich bilden und ausdehnen, was zu Instabilität führt, wenn Sie Pech haben, oder nur zu einer kürzeren Nutzungsdauer, wenn sie nicht zu schwerwiegend ist. Aus diesem Grund sehen Sie LiPos, die mit "C" bewertet sind, oder wie schnell sie sicher entladen werden können. Bitte nehmen Sie diese Bewertungen ernst und verringern Sie sie, sowohl aus Sicherheitsgründen als auch, weil viele Hersteller einfach die C-Bewertung ihrer Batterien unterschätzen.

Trotzdem geht manchmal ein RC Lipo ohne Grund in Flammen auf. Sie müssen unbedingt die Warnungen beachten, um sie niemals unbeaufsichtigt in Rechnung zu stellen, und alles andere. Sie sollten eine Sicherheitstasche kaufen, um sie aufzuladen, da dies das Abbrennen Ihres Hauses verhindern kann (möglicherweise mit Ihnen oder Ihren Lieben im Haus). Selbst wenn das Risiko sehr gering ist, ist der Schaden, den es verursachen kann, enorm, und die Maßnahmen, die erforderlich sind, um das meiste dieses Schadenspotenzials zu verringern, sind trivial.

Ignorieren Sie nicht alles, was Ihnen gesagt wird - es ist alles genau richtig. Es kommt von Leuten, die gelernt haben, LiPos für das zu respektieren, was sie sind, und das sollten Sie auch. Das, was Sie auf jeden Fall vermeiden möchten, ist, dass Ihnen diese Lektion von einem Lithium-Ionen-Akku beigebracht wird, anstatt von Kollegen online und offline. Letzteres mag Sie in einem Forum in Flammen versetzen, Ersteres jedoch wird Sie buchstäblich in Flammen versetzen.

Mal sehen, wie einige Videos explodieren!

Lassen Sie mich etwas näher darauf eingehen, wie sie versagen. Ich habe den Mechanismus besprochen, aber was passiert wirklich? Lithium-Ionen-Batterien haben wirklich nur einen Ausfallmodus, der explodiert und dann für einige Sekunden eine erstaunlich große Menge Feuer in einem riesigen Flammenstrahl ausstößt. Danach werden die allgemeinen Aktivitäten im Zusammenhang mit dem Verbrennen für eine Weile fortgesetzt. Dies ist ein chemisches Feuer, daher können Sie es nicht löschen (Lithium-Ionen-Batterien schießen auch im Vakuum des Weltraums noch riesige Feuerstrahlen aus. Das Oxidationsmittel befindet sich im Inneren und benötigt weder Luft noch Sauerstoff zum Verbrennen). Oh, und das Werfen von Wasser auf Lithium bringt nichts , zumindest was die Reduzierung des Feuers angeht.

Hier finden Sie eine Liste mit den größten Hits einiger guter Beispiele für ein Scheitern. Beachten Sie, dass dies manchmal in RC-Gehäusen mit hohem Stromverbrauch der Fall ist, selbst wenn geeignete Sicherheitsmaßnahmen getroffen wurden. Der Vergleich von Anwendungen mit hohem Stromverbrauch mit den viel sichereren und niedrigeren Strömen von Telefonen ist überhaupt nicht sinnvoll. Hunderte Ampere - einige hundert Milliampere.

RC Flugzeugausfall.

Messer sticht in Smartphone-Größe Akku.

Überladener LiPo explodiert spontan.

Der Laptop-Akku in einem thermischen Ausreißer ist leicht angedrückt und explodiert.

Um Lipo-Batterien sicher zu verwenden, müssen Sie sie mit dem gleichen Respekt behandeln wie alles, was eine große Menge an chemischer und / oder elektrischer Energie speichern und schnell freisetzen kann. Je größer die Batterie und je niedriger der Innenwiderstand (z. B. höhere C-Einstufung) ist, desto mehr müssen Sie vorsichtig sein. Sie können sicher verwendet werden ... genauso wie Benzin sicher verwendet werden kann, aber um dies zu tun, müssen Sie lernen, wie sie funktionieren und wie sie ausfallen können.

Wenn Sie darüber nachdenken, ist es nicht verwunderlich, dass beispielsweise eine Tesla-Batterie ungefähr dasselbe Risiko aufweist wie der Gastank, den sie ersetzt. Beide speichern eine Menge Energie, die bei Bedarf schnell freigesetzt werden kann. Eigentlich lüge ich ein bisschen, weil eine Tesla-Batterie nur die Energie eines winzigen Benzin- / Benzintanks enthält und mehr Sicherheitsprüfungen eingebaut sind.

Ich habe ungefähr 15 Jahre lang sicher große Lipo-Batterien in Hochleistungsflugzeugen und Hubschraubern (bis zu 90 ° C) verwendet (ich war ein früher Anwender). Neben meiner eigenen Erfahrung habe ich auch die anderer in meinen Clubs. Ich habe in der Vergangenheit gesehen, wie Packs versagten, aber es ist jetzt wirklich selten, weil wir gelernt haben, sie mit Respekt zu verwenden. Folgendes habe ich gelernt, um ein Leben am Rande zu führen. :)

Fehlermodi

Die häufigsten Fehlermodi sind:

• physischer Schaden (dies führt zu einem internen Kurzschluss)
• Überladung (verursacht durch defektes / schlechtes Ladegerät)
• Überhitzung durch hohen Entladestrom (verursacht Puff oder schlimmer, wenn die Hitze sehr hoch ist)

Die am wenigsten verbreiteten Arten von Fehlern, von denen ich gehört habe (die ich jedoch nie gesehen habe), sind:

• spontaner Zellausfall aufgrund mangelhafter Herstellung, die einen internen Kurzschluss verursachte (normalerweise durch physischen Schock verschlimmert, aber nicht immer)

Alle oben aufgeführten Fehlermodi können zu "Entlüftung mit Rauch" oder "Entlüftung mit Flammen" führen. Neuere Lipos mit weniger flüchtigen Elektrolyten können "mit Rauch entweichen", aber Sie können nie sicher sein; Sie müssen also den schlimmsten Fall einplanen.

Standardarbeitsanweisung (SOP)

Hier ist die minimale Standardarbeitsanweisung (SOP) für die Verwendung von nackten Lipo-Packs, die ich verwende:

Physischer Schutz

• Zellen müssen vor physischer Beschädigung geschützt werden
• Wenn Ihre Umgebung rau ist, erwägen Sie eine R / C-Autohartverpackung (Karbonfaser-Etui um weiche Lipos)
• Die Zellen müssen vor und nach jedem Gebrauch auf physische Schäden untersucht werden
• Wenn eine Zelle physisch in irgendeiner Weise beschädigt ist, sollten sie in einen feuersicheren Bereich gebracht und dann langsam (1C) auf 2 Volt pro Zelle oder weniger entladen und dann sicher entsorgt werden (keine beschädigte Zelle sollte jemals wieder als sicher angesehen werden) )
• Transportieren Sie keine beschädigten Zellen. Behandle sie mit dem gleichen Respekt, mit dem du ein Feuerwerk behandeln würdest, dessen Docht du dir noch nicht sicher bist und der jederzeit noch losgehen könnte!

Im Gegensatz zu dem, was @metacolin geschrieben hat, ist es übrigens sicher, einen Lipo auf eine niedrige Spannung zu entladen. Dies ist die bevorzugte Vorgehensweise, bevor eine Packung entsorgt wird. Sie möchten die gesamte chemische Energie aus einer Packung entfernen, um die Sicherheit zu gewährleisten. Was nicht sicher ist, ist, eine Zelle unter 2 V zu entladen und sie dann aufzuladen. Das Laden einer Niederspannungszelle kann dazu führen, dass sich Lithium ablagert und die Zelle instabil wird.

Aufladen (dies ist der kritischste Zeitpunkt für die Sicherheit)

• Mach dies weg von allem, was brennbar ist und das keinen Rauchschaden erleidet (zB draußen)
• Stellen Sie immer sicher, dass jede Zelle während des Ladevorgangs einzeln überwacht wird. Ein hochwertiges R / C-Ladegerät mit "ausgewogener" Aufladung erledigt dies
• Überprüfen Sie die Zellenspannungen vor dem Aufladen (ein hochwertiges Ladegerät für Funkgeräte erledigt dies automatisch). Wenn eine Zelle unter 3 V liegt, behandeln Sie den Akku mit Argwohn und gleichen Sie den Ladevorgang langsam aus, um festzustellen, ob er sich erholt
• Wenn eine Zellenspannung unter 2 V liegt, laden Sie nicht auf (ein Qualitätsladegerät erledigt dies automatisch). Entladen Sie die anderen Zellen und entsorgen Sie das Akkupack sicher ... Sobald eine Zelle unter 2 V sinkt, ist das Laden nicht mehr sicher, da sich Lithiummetall ablagern und die Zelle beim anschließenden Laden instabil machen kann
• Verwenden Sie kein Low-End-Ladegerät mit guter Spannungskalibrierung

Entladen

• Schnelle Entladung, die zu viel Wärme erzeugt, ist ein Problem. siehe Wärmediskussion unten
• Überentladung ist sicher ... einmal; aber nie wieder aufladen; Siehe Ladediskussion oben

Hitze

• Stellen Sie sicher, dass die Zellen niemals heiß werden (durch schnelle Entladung, schnelle Aufladung, in der Sonne sitzen usw.). 45 Grad Celsius sind das absolute Maximum, das ich toleriere ... aber unter 35 Grad Celsius ist viel besser
• Entladen oder laden Sie keine zu kalten Zellen. wärme sie zuerst auf ... Zellen funktionieren am besten von etwa 10 bis 30 Grad Celsius; Die Lithiumbeschichtung kann wieder ein Problem sein, wenn sie zu kalt verwendet wird

Langes Leben

• Wenn Sie möchten, dass Ihre Zellen eine lange Lebensdauer haben (Kalender), befolgen Sie am besten die 80/20-Regel mit Lipo-Batterien. das heißt, entladen Sie sie nicht unter 20% Kapazität oder über 80% Kapazität; Das leisten moderne Batteriemanagementsysteme (BMS) (z. B. Tesla, iPhone usw.)
• Wenn Akkus länger als eine Woche gelagert werden, stellen Sie sicher, dass sie gleichmäßig auf eine Kapazität von ca. 60% pro Zelle aufgeladen sind (auch dies kann ein gutes Ladegerät automatisch für Sie erledigen.)

Letzte Gedanken zu Ihrer Frage

Wenn Sie also sichere SOPs entwickeln und Maßnahmen zur Risikominderung ergreifen, können Sie einen Lipo in Ihrem Roboter verwenden. Bis Sie die sicheren SOPs vollständig verstanden haben, würde ich nicht einmal in Betracht ziehen, Ihr eigenes Ladegerät oder BMS herzustellen. Schlaue Leute haben Jahre damit verbracht, solche Dinge zu tun.

Abhängig von Ihren Designanforderungen könnte eine einfache NiMh-SLA-Batterie Ihre Anforderungen erfüllen. Selbst bei NiMh- und SLA-Akkus müssen sie ihre eigenen SOPs befolgen. Beispielsweise können NiMh-Zellen während des Ladevorgangs durch Druck explodieren, wenn sie überladen sind und ihr Druckventil ausfällt. SLAs erzeugen Wasserstoffgas! Während des Ladevorgangs müssen sie gut belüftet sein.

Denken Sie daran, alles Nützliche kann auch gefährlich sein. Lipos sind nicht schlimmer als ein Kochmesser oder ein Flugzeugflügel voller Kerosin. Der Trick besteht darin, zu lernen, wie man sie alle mit Bedacht einsetzt.

Edit: Konfrontation mit Fehlinformationen

Mythos 1

@metacollin, schreibt, dass Lipo "Anode und Kathode erhebliche mechanische Beanspruchung erfahren"

Falsch ... Lithium - Polymer - Zellen sind nicht unter einer signifikanten Belastung während des normalen Betriebs. Deshalb können sie in Plastikbeuteln verpackt werden.

Aber nimm mein Wort nicht dafür. Beobachten Sie, wie dieser Experte es um 10:00 Uhr sagt. (Spoiler-Alarm: Er nennt den Affekt "gutartig".)

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

PS: Ich empfehle dringend, das gesamte Video anzusehen, wenn Sie Informationen von einem Experten wünschen (und nicht von jemandem, der vorgibt, ein Experte zu sein).

NiMh- oder NiCd-Chemie sind in Bezug auf Dehnung / Druckaufbau tatsächlich gefährlicher. Beide können überschüssigen Sauerstoff erzeugen, wenn sie überladen sind. Dies ist ein Grund, warum NiMh- und NiCd-Zellen in runden Metalldosen mit Sicherheitslüftungsöffnungen und nicht in Plastikbehältern wie LiPos enthalten sind. Lesen Sie diese Spezifikation. Blatt für eine vollständige Erklärung:

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

Mythos 2

@metacollin, "Sie benötigen Schutzschaltungen, um sicher zu sein, und sie sind ohne diese nicht einmal aus der Ferne sicher."

Wahre . Wichtig ist jedoch, dass das gesamte System aus Batterien und Aufladung zusammenarbeitet, damit alle Zellen einer Batterie mit den angegebenen Spezifikationen funktionieren. Es gibt mehr als eine Möglichkeit (Topologie), dies zu tun:

1. Schließen Sie eine "Schutz" -Schaltung pro Zelle ein und verlassen Sie sich nicht darauf, dass das Ladegerät oder der Benutzer die Spezifikationen einhält. Die "Schutz" -Schaltung macht diese Dinge:
   • Zelle ausschalten (offener Stromkreis), wenn der Strom zu hoch wird
   • Zelle ausschalten, wenn die Spannung zu niedrig ist
   • Zelle ausschalten, wenn die Spannung zu hoch ist

Da zellenmontierte "Schutz" -Schaltungen nur eine begrenzte Größe haben können, eignen sie sich im Allgemeinen nur für Szenarien mit niedrigem Stromverbrauch.

2. Alternativ können Sie auch leere Zellen verwenden, sofern Sie diese immer mit einem intelligenten, ausgewogenen Ladegerät verwenden, das:
   • Lädt nicht auf, wenn die Spannung zu niedrig ist
   • sorgt dafür, dass die Ladespannung niemals zu hoch wird

Wenn Sie eine Sicherung wünschen, können Sie eine geeignete Sicherung in die Packung einsetzen.

Dies ist, was R / C-Benutzer tun, weil sie möchten, dass die Batterien so leicht wie möglich sind und hohen Strom liefern können.

3. Die ultimative Strategie besteht darin, blanke Zellen zu verwenden, die zu einem vollständigeren Batteriemanagementsystem (BMS) verdrahtet sind. BMS können viele verschiedene Topologien aufweisen, je nachdem, für welche Parameter Sie optimieren. BMS können auch andere nicht sicherheitsrelevante Aufgaben ausführen, z. B. das Hinzufügen von Funktionen (z. B. eine Ladezustandsanzeige) und den Versuch, die Lebensdauer der Batterie durch die Steuerung von Betriebsparametern zu verlängern. Moderne Elektroautos und Elektrofahrräder verwenden BMS (und keine "geschützten" Zellen). Außerdem hat die moderne Unterhaltungselektronik mit eingebauten LiPos die Verwendung von geschützten Zellen auf die Verwendung von BMS umgestellt. ZB iPhones, iPods usw.

Aus Sicherheitsgründen haben alle diese Konfigurationen die gleiche Funktion wie ein komplettes System . Sie machen es einfach auf verschiedene Arten, weil sie auf verschiedene Parameter optimiert sind.

Wenn ein großes Unternehmen ein LiPo-Ladegerät herstellen möchte, kann es:

A. Lassen Sie das Personal von Experten prüfen, um sicherzustellen, dass das Ladegerät unter allen Betriebsbedingungen sicher funktioniert.

B. Kaufen Sie vorgefertigte ICs oder Baugruppen mit der gleichen Sorgfalt.

C. Vergeben Sie die Arbeit an Personen, die wissen, was sie tun.

Wenn Sie zu Hause eine Ladeschaltung aufbauen, tun Sie keines dieser Dinge.

LiPo-Akkus können definitiv in Flammen aufgehen, wie eine YouTube-Suche zeigt. Sie werden feststellen, dass die Leute die Batterien aktiv mit Nägeln oder sogar einer Axt zerstören , aber Sie können auch realistischere Beispiele finden, wie dieses eines RC-Flugzeugs, das aufgrund eines Aufladungsproblems heftig in Flammen aufbricht.

Daher die Warnungen: Die Leute im Internet können nicht garantieren, dass eine hausgemachte Ladeschaltung immer sicher funktioniert, und der Ausfallmodus von LiPo ist "Bombe". Das ist doch eine Bombe - viel Energie wird schnell freigesetzt.

[Obwohl diese späte Antwort jetzt, da die Frage von der Hot-List gestrichen wurde, nur wenig Beachtung findet, halte ich es für wichtig, den Kontrast zwischen den umfassenden Sicherheitsfunktionen von Geräten wie Laptops und Mobiltelefonen und der normalerweise weitaus weniger umfassenden Sicherheit weiter zu betonen Funktionen für Bastler oder Heimwerker.]

Der Kontext ist von entscheidender Bedeutung, wenn Sie die von Ihnen genannten dringenden Sicherheitswarnungen bewerten. Sie richten sich nicht an Geräte wie Laptops und Mobiltelefone (von namhaften Herstellern), die eng integrierte Batterieverwaltungs- / Schutzschaltungen verwenden, um ihre Sicherheit zu gewährleisten. Sie zielen vielmehr auf weniger sichere Geräte ab, z. B. ungeschützte LiPo-Zellen, die in RC-Hobbys zum Antreiben ferngesteuerter Autos, Flugzeuge usw. verwendet werden. Im Folgenden werden diese Sicherheitsunterschiede näher erläutert.

Im Gegensatz zu anderen Batteriechemikalien, die Verbrauchern geläufig sind, sind auf Li-Ionen-Chemie basierende Batterien von Natur aus viel flüchtiger. Aufgrund dessen erfordern sie sehr sorgfältig entwickelte Batteriemanagementschaltungen, um sie vor einem katastrophalen Ausfall zu schützen . Dies schließt Mechanismen ein, die verhindern, dass sie gefährliche Zustände erreichen (Unter- oder Überladung, Übertemperatur, Überstrom usw.) und sie außerdem deaktivieren, wenn gefährliche Zustände auftreten (z. B. über einen FET, PTC oder eine One-Shot-Sicherung). Eine solche Logik kann sogar hochentwickelte Algorithmen enthalten, die den Zustand der Zellen kontinuierlich überwachen, um bevorstehende schwerwiegende Fehler vorherzusagen (wie einen internen Kurzschluss, der zu einem thermischen Durchgehen führen kann).

Im Gegensatz zu den meisten vom Benutzer zusammengestellten Hobby- / Heimwerkergeräten verfügt der Hersteller bei Laptops und Mobiltelefonen über die Designkontrolle des gesamten Batteriestrom-Subsystems. Daher können sie ein sehr eng integriertes System mit ausgeklügelten fehlertoleranten Schutzmechanismen entwerfen. Solche Designs folgen bewährten Industriestandards und verwenden mehrere Redundanzstufen und umfassende Fehleranalysemethoden, z. B. Fehlerbaumanalyse oder FMEA = Fehlermodi und Auswirkungsanalyse.

Sie werden möglicherweise überrascht sein, wie umfassend solche Analysen sind. Im Folgenden sind beispielsweise 2 von 96 Fällen aufgeführt, die in IEEE 1625 2004 behandelt werden , einschließlich des Falls, dass ein Haustier auf dem Gerät (einem PC) uriniert.

Sie werden möglicherweise auch von der hohen Redundanz des verwendeten Fehlerschutzes überrascht sein, z. B. müssen Laptop-Batterien gemäß dem Industriestandard mindestens zwei unabhängige Methoden implementieren, um den Lade-FET auszuschalten, um eine katastrophale Überladung zu verhindern. Wenn beide Methoden fehlschlagen, muss außerdem eine ausfallsichere chemische Sicherung durchbrennen. Hierbei handelt es sich um eine spezielle spannungsgesteuerte 3-polige Sicherung, die auch unter extremen Bedingungen funktioniert, z. B. wenn die Batteriespannung aufgrund eines Kurzschlusses extrem niedrig ist.

Vergleichen Sie das Obige mit Ihrem Heimwerkerprojekt oder Ihren RC-Hobbys, bei denen der Endbenutzer dafür verantwortlich ist, die Komponenten des Batteriesubsystems zu integrieren und sicherzustellen, dass sie sicher zusammenarbeiten (die Komponenten sind die Zellen, die BMS / PCM-Schutzplatine, das Gerät und das Ladegerät). Es gibt viele Hindernisse, die dies verhindern. Dem Benutzer können ausreichende Kenntnisse fehlen. Möglicherweise hat der Benutzer keinen Zugang zu Datenblättern und technischen Informationen, die den Verbrauchern im Allgemeinen nicht zur Verfügung gestellt werden. (Die Hersteller raten von der direkten Nutzung durch den Verbraucher dringend ab. Sony hat beispielsweise kürzlich eine Unterlassungsverfügung an ein Vaping-Geschäft in NYC gesendet, in dem Sony 18650-Zellen verkauft werden - siehe unten). . Fehlende Standard-Kommunikationsprotokolle wie SBS = Smart Battery System In der RC- / Hobby-Welt ist die Kommunikation zwischen Subsystemen begrenzt, was die Schwierigkeit beim Entwerfen ausgefeilter Sicherheitsmechanismen wie in Laptops erheblich erhöht.

Hier ist ein richtiges Beispiel: Eine Frage aus dem TI-Forum zur Unterstützung von Batteriegasmessgeräten.

Ich frage mich, ob diese chemischen Sicherungen ein obligatorischer Bestandteil von Lithium-Ionen-Akkus sind. Ich arbeite mit einem chinesischen Li-Ion-Pack-Lieferanten zusammen, der ein Pack-Design auf der Grundlage eines IC mit der Kraftstoffanzeige bq20z45-R1 herstellte, aber es gab keinen Stromkreis für chemische Sicherungen. Es gab auch keinen sekundären Überspannungsschutz-IC wie den bq29412. Sind die chemische Sicherung und der BQ29412 (oder ein ähnlicher IC) für kommerzielle Li-Ionen-Akkupack-Anwendungen erforderlich? Gibt es eine gesetzliche Anforderung? Übrigens arbeite ich an einem Design für medizinische Geräte.

Oben haben wir ein Beispiel für einen Akku, dem die oben beschriebene 2. und 3. Stufe des Überladeschutzes fehlt. Solche Auslassungen von Sicherheitsmerkmalen sind bei vielen billigeren Batteriemanagementsystemen üblich. Ganz zu schweigen von einigen chinesischen Herstellern, die nachts fliegen und das implementierte Schutzniveau stark übertreiben. Um solche Auslassungen zu erkennen und ihre Auswirkungen zu verstehen, müssen die Endbenutzer als Ingenieure über ausreichende Hintergrundkenntnisse auf dem Gebiet verfügen. Das Fehlen solcher könnte zu Konstruktionen mit schwerwiegenden Sicherheitsmängeln führen. Aus diesem Grund lehnen namhafte Mobilfunkhersteller wie LG, Panasonic, Samsung, Sanyo und Sony den direkten Umgang mit Verbrauchern ab. Die Risiken sind viel zu groß, wenn man nicht über ausreichende Kenntnisse verfügt, um ein sicheres Design zu gewährleisten.

Unten ist der oben erwähnte Sony-Buchstabe . Dies ist typisch für die Haltung seriöser Zellhersteller in Bezug auf die schwerwiegenden Sicherheitsrisiken, die durch die Verwendung loser Zellen durch den Verbraucher entstehen.

Der Einfachheit halber sind im Folgenden die im Brief angegebenen Links aufgeführt:

Elektronik-Zigarettenbrände und Explosionen , US Fire Administration, FEMA, Oktober 2014

Batteriesicherheit , Consumer Technology Association.

Alles tolle Antworten. Hier ist eine kurze. A 7,4 Volt. 5-A-Stunden-Batterie hat 37 Wattstunden Energie oder 133.200 Joule. Vergleichen Sie mit einer .357 Magnum 873 Joule Mündungsenergie. Der Trick besteht darin, nicht gleich einen Haufen davon durch Überhitzung oder Quetschen herauszulassen.

Ich denke, Ihre Informationen sind veraltet.

Ich hatte einen Kollegen, der RC-Flugzeuge mochte. Sie waren frühe Anwender der LiIon-Technologie, weil sie leicht sind und viel Kraft besitzen.

Er erzählte, wie sie zwei Ausfallarten hatten, von denen eine nicht zutreffend war. Flugzeuge explodierten im Flug buchstäblich in einem Feuerball.

Letztendlich, so habe ich später gelesen, sind in die verkaufbaren Einheiten mehrere verschiedene Sicherheitsmerkmale integriert, die gesetzlich vorgeschrieben sind.

Sie sind jetzt in Sicherheit, solange Sie einen nicht brechen oder durchbrechen oder ihn zu heiß werden lassen. Die Wärmeregelung ist Teil des fertigen Gerätedesigns: Möglicherweise haben Sie eine schlechte Entlüftung oder eine unzureichende thermische Absicherung und können es daher kritisch werden lassen. Einige neuere Produkte sind nicht ganz so sicher, insbesondere "Beutelzellen", die nicht die Haltbarkeit haben, ohne in ein ordnungsgemäß gestaltetes Gerät integriert zu sein.

Lernen Sie also, wie Sie sie sicher verwenden, und lernen Sie die spezifischen Details der Teile kennen, die Sie für Ihr Design auswählen.