Mengapa ada begitu banyak ketakutan di sekitar baterai LiPo?


312

Saya telah mencoba merancang sistem pengisian daya untuk robot kecil yang ditenagai oleh baterai 2S 20C lithium polymer (LiPo). Jika saya mempercayai semua yang saya baca online, saya akan percaya bahwa LiPo akan membunuh saya dalam tidur saya dan mencuri tabungan hidup saya. Saran umum yang saya baca, jika Anda cukup berani untuk menggunakan baterai LiPo, adalah "jangan pernah pergi tanpa pengawasan", "jangan pernah mengisi daya di atas permukaan yang mudah terbakar atau konduktif", dan "jangan pernah mengisi daya dengan laju lebih cepat dari 1?

Saya mengerti mengapa ini bijaksana, tetapi apa risiko sebenarnya dengan baterai LiPo?

Hampir setiap ponsel, baik Android maupun iPhone, berisi baterai LiPo, yang oleh sebagian besar orang, termasuk saya, diisi daya saat tidak dijaga — sering kali ditinggalkan di permukaan yang mudah terbakar atau konduktif. Namun Anda tidak pernah mendengar tentang seseorang yang terbakar karena ponsel mereka meledak. Ya, saya tahu ada kecelakaan aneh, tetapi seberapa berbahayakah baterai LiPo modern? Mengapa begitu banyak komentator online memperlakukan baterai LiPo yang berdiri sendiri seperti bom yang menunggu untuk meledak, tetapi bahkan tidak berpikir dua kali tentang LiPo yang duduk di saku mereka?


4
Desain yang baik berarti bahwa sebagian besar waktu mereka tidak menyebabkan bola api. Sebagian besar waktu. youtube.com/results?search_query=lipo+battery

12
Lihat ini dan ini ; intinya adalah bahwa apa yang membuat baterai "Li-Po" bekerja adalah teknologi yang sama seperti baterai lithium-ion, dan karena itu mereka dapat gagal serempak karena komponen internal sangat reaktif satu sama lain, dan itu relatif mudah untuk merusak mereka karena kami peduli tentang hal-hal seperti kerapatan daya, berat, dan harga. Meskipun begitu, tidak mudah merusaknya jika Anda berhati-hati dengan desainnya, dan jangan mencoba menyalahgunakan sel secara fisik.
helloworld922

Masalah Keamanan dengan Li-ion . Ringkasan teknis mekanisme kegagalan baterai lithium: Kegagalan Baterai Lithium .
Nick Alexeev

6
Semua jawaban tampaknya untuk mengatasi kemungkinan kebakaran dan ledakan, tetapi mereka juga dapat melampiaskan gas yang cukup jahat, yang dapat menyebabkan kerusakan paru-paru permanen
Scott Seidman

72
Oh, tunggu, Po bukan simbol kimia. Itu melegakan.
Tn. Lister

Jawaban:


610

Setiap ponsel (dan juga laptop dan hampir semuanya dengan baterai yang dapat diisi ulang) menggunakan LiIon / LiPo (pada dasarnya setara untuk keperluan diskusi ini). Dan Anda benar: Dalam hal insiden aktual, lithium-ion dan lithium-polimer adalah bahan kimia baterai yang paling aman untuk digunakan secara luas, tidak ada.

Dan satu-satunya alasan mengapa kimia yang sekarang ada di mana-mana ini tidak membunuh Anda dan / atau keluarga Anda beberapa kali adalah karena sel-sel ini tidak diisi tanpa pengawasan. Anda mungkin tidak mengunjunginya secara pribadi, tetapi setiap baterai lithium-ion tersebut memiliki sejumlah besar sirkuit perlindungan dan pemantauan yang terintegrasi secara permanen ke dalam kemasan. Karena bertindak sebagai penjaga gerbang. Ini memonitor setiap sel dalam baterai.

  • Itu memutus terminal output dan mencegah mereka dari pengisian berlebih.
  • Itu memutus output jika mereka habis pada arus yang terlalu tinggi.
  • Ini memutus output jika itu DIISI pada arus yang terlalu tinggi.
  • Jika ada sel yang rusak, output terputus.
  • Jika ada sel yang terlalu panas, itu memutus output.
  • Jika ada sel yang kelebihan muatan, sel akan memutus output (dan secara permanen - jika Anda lupa mengisi baterai lithium-ion terlalu lama, Anda akan menemukan bahwa itu tidak akan lagi terisi. Secara efektif dihancurkan, dan perlindungan sirkuit tidak akan mengizinkan Anda untuk mengisi daya sel).

Memang, setiap baterai telepon, baterai laptop, * baterai apa pun yang merupakan kimia litium yang dapat diisi ulang adalah yang paling dipantau, diteliti, dan dikelola secara aktif, kebalikan diametrik dari 'tanpa pengawasan' seperti yang bisa didapatkan oleh baterai.

Dan alasan begitu banyak masalah ekstra dilakukan adalah karena baterai lithium-ion sebenarnya sangat berbahaya . Mereka membutuhkan sirkuit perlindungan agar aman, dan mereka bahkan tidak aman dari jarak jauh tanpa itu. Kimia lainnya seperti NiMH atau NiCad dapat digunakan secara relatif aman sebagai sel kosong, tanpa pemantauan. Jika terlalu panas, mereka dapat melampiaskan (yang telah terjadi pada saya secara pribadi), dan itu bisa sangat mengejutkan, tetapi itu tidak akan membakar rumah Anda atau membuat Anda tinggal lama di unit pembakaran. Baterai lithium-ion akan melakukan keduanya, dan itu adalah satu-satunya hasil. Ironisnya, baterai lithium-ion telah menjadi baterai yang paling aman dengan menjadi kimia baterai yang paling berbahaya.

Anda mungkin bertanya-tanya apa yang sebenarnya membuat mereka sangat berbahaya.

Kimia baterai lainnya, seperti asam timbal atau NiMH atau NiCad, tidak diberi tekanan pada suhu kamar, meskipun panas memang menghasilkan beberapa tekanan internal. Mereka juga memiliki elektrolit encer yang tidak mudah terbakar. Mereka menyimpan energi dalam bentuk reaksi oksidasi / reduksi yang relatif lambat, yang laju pelepasan energinya terlalu rendah, misalnya, menyebabkan mereka mengeluarkan semburan api 6 kaki. Atau nyala api apa pun, sungguh.

Baterai lithium-ion pada dasarnya berbeda. Mereka menyimpan energi seperti pegas. Itu bukan metafora. Yah, seperti dua mata air. Ion-ion litium dipaksa di antara atom-atom bahan anoda yang terikat secara kovalen, mendorongnya terpisah dan 'meregangkan' ikatan, menyimpan energi. Proses ini disebut interkalasi . Setelah dilepaskan, ion lithium bergerak keluar dari anoda dan masuk ke katoda. Ini sangat elektromekanis, dan baik anoda maupun katoda mengalami tekanan mekanis yang signifikan dari ini.

Faktanya, baik anoda maupun katoda secara alternatif menambah atau mengurangi volume fisik tergantung pada kondisi daya baterai. Namun perubahan volume ini tidak merata, sehingga baterai lithium-ion yang terisi penuh sebenarnya memberikan tekanan nontrivial pada wadahnya atau bagian lain dari itu sendiri. Baterai lithium-ion umumnya di bawah banyak tekanan internal, tidak seperti kimia lainnya.

Masalah lainnya adalah elektrolitnya adalah pelarut yang mudah menguap dan mudah terbakar yang akan terbakar dengan cukup keras dan mudah.

Kimia kompleks sel-sel lithium-ion bahkan tidak sepenuhnya dipahami, dan ada beberapa kimia yang berbeda dengan tingkat reaktivitas yang berbeda dan bahaya yang melekat, tetapi yang dengan kepadatan energi tinggi semua dapat mengalami pelarian termal. Pada dasarnya, jika terlalu panas, ion lithium akan mulai bereaksi dengan oksigen yang tersimpan sebagai oksida logam di katoda dan melepaskan lebih banyak panas, yang mempercepat reaksi lebih lanjut.

Apa yang mau tidak mau dihasilkan adalah baterai yang menyala sendiri, menyemprotkan elektrolit pelarut yang sangat mudah terbakar keluar dari dirinya sendiri, dan segera menyalakan itu juga, sekarang pasokan oksigen segar tersedia. Namun itu hanya bonus api, masih ada satu ton api dari logam lithium yang teroksidasi dengan cadangan oksigen yang cukup banyak.

Jika mereka terlalu panas itu terjadi. Jika mereka dibebani secara berlebihan, mereka menjadi tidak stabil dan kejutan mekanis dapat membuat mereka meledak seperti granat. Jika kelebihan muatan, beberapa logam dalam katoda mengalami reaksi kimia yang tidak dapat diubah dan akan membentuk pirau logam. Pirau ini tidak akan terlihat, sampai pengisian meluaskan bagian baterai yang cukup sehingga membran pemisah tertusuk oleh salah satu pirau ini, menghasilkan lubang pendek, yang tentu saja menghasilkan kebakaran, dll.: Mode kegagalan ion-lithium yang kita ketahui dan cinta.

Jadi, untuk menjadi jelas, tidak hanya pengisian daya yang berlebihan berbahaya, tetapi juga pemakaian baterai yang berlebihan, dan baterai akan menunggu sampai Anda telah memompa satu ton energi kembali ke dalamnya sebelum secara spektakuler gagal pada Anda, dan tanpa peringatan atau tanda-tanda yang dapat diukur .

Itu mencakup baterai konsumen. Namun, semua sirkuit perlindungan ini kurang mampu mengurangi bahaya aplikasi drainase tinggi. Saluran air yang tinggi menghasilkan panas yang tidak sedikit (yang buruk) dan lebih mengkhawatirkan, hal itu menyebabkan tekanan mekanis yang sangat besar pada anoda dan katoda. Celah dapat terbentuk dan melebar, menyebabkan ketidakstabilan jika Anda tidak beruntung, atau hanya memiliki masa manfaat yang lebih pendek jika tidak terlalu parah. Inilah sebabnya mengapa Anda melihat LiPos diberi peringkat dalam 'C', atau seberapa cepat mereka dapat dilepaskan dengan aman. Tolong, perhatikan peringkat itu dengan serius dan turunkan peringkatnya, baik untuk keselamatan maupun karena banyak produsen berbohong tentang peringkat C baterai mereka.

Bahkan dengan semua itu, kadang-kadang RC Lipo hanya akan terbakar tanpa alasan. Anda benar-benar perlu memperhatikan peringatan untuk tidak pernah menagih mereka tanpa pengawasan, dan segala sesuatu lainnya. Anda harus membeli tas pengaman untuk mengisi mereka karena mungkin mencegah rumah Anda terbakar (mungkin dengan Anda atau orang yang dicintai di dalam). Sekalipun risikonya sangat rendah, kerusakan yang ditimbulkannya sangat luas, dan langkah-langkah yang diperlukan untuk mengurangi sebagian besar dari potensi kerusakan itu sepele.

Jangan abaikan semua yang diperintahkan - semuanya tepat. Itu datang dari orang-orang yang telah belajar untuk menghormati LiPos apa adanya, dan Anda juga harus. Hal yang pasti ingin Anda hindari adalah mengajarkan pelajaran ini kepada Anda dengan baterai lithium-ion, bukan rekan online dan offline. Yang terakhir mungkin memecat Anda di forum, tetapi yang pertama benar - benar akan memecat Anda.

Mari kita lihat beberapa video yang meledak!

Biarkan saya sedikit lebih dalam bagaimana mereka gagal. Saya sudah membahas mekanismenya, tetapi apa yang sebenarnya terjadi? Baterai lithium-ion benar-benar hanya memiliki satu mode kegagalan, yang merupakan jenis ledakan kemudian menembakkan sejumlah besar api dalam jet api raksasa selama beberapa detik, dan kemudian melanjutkan kegiatan yang berhubungan dengan pembakaran umum sebentar setelah itu. Ini adalah api kimia, jadi Anda tidak dapat memadamkannya (baterai lithium-ion masih akan menembakkan semburan api besar bahkan dalam ruang hampa udara. Oksidator terkandung di dalamnya, tidak perlu udara atau oksigen untuk membakar). Oh, dan membuang air pada lithium tidak ada gunanya , setidaknya dalam hal pengurangan api.

Berikut adalah daftar 'hit terbaik' dari beberapa contoh kegagalan yang bagus. Perhatikan bahwa hal ini kadang-kadang terjadi pada case RC drain tinggi bahkan dengan langkah-langkah keamanan yang tepat di tempat. Membandingkan aplikasi saluran tinggi dengan arus telepon yang jauh lebih aman dan lebih rendah sama sekali tidak valid. Ratusan ampere ≠ beberapa ratus miliampere.

Kegagalan pesawat RC.

Pisau menusuk baterai seukuran smartphone.

LiPo yang overcharged secara spontan meledak.

Baterai laptop dalam pelarian termal ditekan ringan, membuatnya meledak.


87
Ini jawaban yang bagus. Seandainya saya bisa melakukan upvote dua kali.
Adam Haun

19
Rupanya, hal yang benar untuk dilakukan ketika dihadapkan dengan ledakan baterai / api adalah dengan memasukkan kepala Anda langsung ke dalamnya segera setelah itu, seperti orang di video pertama ...
JBentley

11
Sekarang saya takut baterai. (Juga saya pikir itu lucu karena hanya memiliki satu mode kegagalan, bahkan di ruang angkasa.)
PyRulez

11
@Ron: Secara teori dan praktik, baterai RC memiliki sirkuit perlindungan NOL untuk mereka. Saya ingin menunjukkan bahwa ada perbedaan besar antara baterai RC dan baterai mainan untuk mainan RC (yang memang memiliki perlindungan). Industri hobi RC (berlawanan dengan industri mainan) berasumsi bahwa perlindungan adalah sirkuit eksternal seperti pengisi baterai dan ESC Anda. Bahkan kemudian, sebagian besar pengisi baterai kelas hobi pada dasarnya memungkinkan Anda (mengharuskan?) Untuk mengkonfigurasi "perlindungan" dengan mengatur arus maks yang disediakan. Mereka tidak memiliki sensor untuk secara otomatis merasakan bahwa pengaturannya salah.
slebetman

33
@AdamHaun Ini adalah tindakan pencegahan keselamatan yang dibangun di dalam StackExchange untuk mencegahnya meledak secara spontan karena overupvoting ...
Pavel

73

Untuk menggunakan baterai Lipo dengan aman, Anda harus memperlakukannya dengan rasa hormat yang sama seperti Anda terhadap apa pun yang dapat menyimpan dan dengan cepat melepaskan sejumlah besar energi kimia dan / atau listrik. Semakin besar baterai dan semakin rendah resistansi internalnya (mis. Peringkat C lebih tinggi), semakin Anda harus berhati-hati. Mereka dapat digunakan dengan aman ... sama seperti bensin dapat digunakan dengan aman tetapi untuk melakukannya Anda harus belajar tentang bagaimana mereka beroperasi dan bagaimana mereka bisa gagal.

Ketika Anda memikirkannya, tidak mengherankan bahwa, misalnya, baterai Tesla memiliki tingkat risiko yang sama dengan tangki bensin yang digantikannya ... mereka berdua menyimpan banyak energi yang dapat dilepaskan dengan cepat ketika dibutuhkan. Yah sebenarnya, saya agak berbohong karena baterai Tesla hanya menyimpan energi dari tangki bensin / gas kecil dan memiliki pemeriksaan keamanan lebih lanjut.

Saya telah menggunakan baterai Lipo besar dengan aman di pesawat / helikopter R / C berkinerja tinggi (baterai 90C) selama sekitar 15 tahun (saya adalah pengguna awal). Selain pengalaman saya sendiri, saya juga memiliki yang lain di klub saya. Saya pernah melihat paket gagal di masa lalu, tetapi sekarang sangat jarang, karena kami telah belajar menggunakannya dengan hormat. Inilah yang saya pelajari menjalani kehidupan di ujung tanduk. :)

Mode kegagalan

Mode kegagalan yang paling umum adalah:

  • kerusakan fisik (ini menyebabkan mereka mengalami kekurangan internal)
  • over charging (disebabkan oleh charger yang rusak / rusak)
  • panas berlebih karena debit tinggi saat ini (menyebabkan kembung atau lebih buruk jika panasnya sangat tinggi)

Mode kegagalan paling umum yang pernah saya dengar (tetapi tidak pernah disaksikan) adalah:

  • kegagalan sel spontan karena pembuatan yang buruk yang menyebabkan pendek internal (biasanya diperburuk oleh guncangan fisik tetapi tidak selalu)

Semua mode kegagalan daftar di atas dapat menghasilkan "curhat dengan asap" atau "curhat dengan api". Lipo yang lebih baru dengan elektrolit yang kurang mudah menguap dapat "meluapkan asap" tetapi Anda tidak pernah bisa memastikannya; jadi Anda harus merencanakan untuk kasus yang lebih buruk.

Prosedur Operasi Standar (SOP)

Berikut ini adalah prosedur operasi standar minimal (SOP) untuk menggunakan debit tinggi (paket R / C debit tinggi) paket lipo kosong yang saya gunakan:

Perlindungan Fisik

  • sel harus dilindungi dari kerusakan fisik
  • jika lingkungan Anda kasar, pertimbangkan bungkus mobil R / C (tempat serat karbon di sekitar Lipos yang lembut)
  • sel harus diperiksa kerusakan fisiknya sebelum dan sesudah digunakan
  • jika ada sel yang rusak secara fisik dengan cara apa pun, mereka harus dipindahkan ke area yang aman dari api dan kemudian perlahan-lahan (1C) diturunkan ke 2 volt per sel atau kurang, dan kemudian dibuang dengan aman (tidak ada sel yang rusak harus dianggap aman lagi) )
  • JANGAN mengangkut sel yang rusak; perlakukan mereka dengan hormat yang sama Anda akan memperlakukan kembang api yang sumbu Anda belum yakin keluar dan itu masih bisa meledak kapan saja!

Ngomong-ngomong, tidak seperti apa yang ditulis @metacolin, itu aman untuk melepaskan Lipo ke tegangan rendah dan merupakan hal yang disukai untuk dilakukan sebelum membuang paket. Anda ingin menghilangkan semua energi kimia dari kemasan agar aman. Yang tidak aman adalah membuang sel di bawah 2V dan kemudian mengisi dayanya. Mengisi daya sel bertegangan rendah dapat menyebabkan Lithium keluar sehingga sel tidak stabil.

Pengisian daya (ini adalah waktu paling kritis untuk keselamatan)

  • lakukan ini jauh dari hal-hal yang mudah terbakar dan yang tidak akan menderita kerusakan asap (misalnya di luar)
  • selalu memastikan bahwa setiap sel dipantau secara individual selama pengisian daya; pengisi daya R / C berkualitas dengan pengisian "seimbang" akan melakukan ini
  • periksa voltase sel sebelum mengisi daya (pengisi daya R / C yang berkualitas akan melakukan ini secara otomatis), jika ada sel di bawah 3V, perlakukan paket dengan curiga dan isi saldo perlahan untuk melihat apakah pulih
  • jika ada tegangan sel di bawah 2V, jangan mengisi (pengisi daya berkualitas akan melakukan ini secara otomatis); lepaskan sel lain dan kemudian buang paket dengan aman ... begitu sel masuk di bawah 2V, tidak aman untuk mengisi daya lagi karena logam litium dapat keluar dan membuat sel tidak stabil selama pengisian berikutnya
  • jangan gunakan pengisi daya kelas bawah yang memiliki kalibrasi tegangan yang baik

Pemakaian

  • pemakaian cepat yang menumpuk terlalu banyak panas adalah masalah; lihat diskusi panas di bawah ini
  • pemakaian yang berlebihan aman ... sekali; tapi jangan pernah mengisi ulang lagi; lihat Diskusi pengisian daya di atas

Panas

  • memastikan sel tidak pernah menjadi panas (karena pelepasan cepat, pengisian cepat, duduk di bawah sinar matahari, dll.) 45 Celcius adalah maksimum absolut yang saya toleransi ... tetapi di bawah 35 Celcius jauh lebih baik
  • jangan buang atau isi sel yang terlalu dingin; menghangatkannya terlebih dahulu ... sel bekerja paling baik dari sekitar 10 Celcius hingga 30 Celcius; Pelapisan lithium sekali lagi bisa menjadi masalah jika digunakan saat terlalu dingin

Panjang umur

  • jika Anda ingin sel Anda bertahan lama (kalender) yang terbaik adalah mengikuti aturan 80/20 dengan baterai Lipo; yang tidak membuangnya di bawah kapasitas 20% atau di atas 80% kapasitas; inilah yang dilakukan sistem manajemen baterai modern (BMS) (mis. Tesla, iPhone, dll.)
  • ketika baterai berada dalam penyimpanan selama lebih dari satu minggu, pastikan mereka terisi daya hingga sekitar 60% kapasitas per sel (sekali lagi, pengisi daya R / C yang baik dapat melakukan ini secara otomatis untuk Anda.)

Pikiran terakhir tentang pertanyaan Anda

Jadi, ya, jika Anda mengembangkan SOP yang aman dan mengambil tindakan untuk mengurangi risiko Anda bisa menggunakan Lipo di robot Anda. Sampai Anda sepenuhnya memahami SOP yang aman, saya bahkan tidak akan mempertimbangkan untuk membuat pengisi daya atau BMS Anda sendiri. Orang pintar telah menghabiskan bertahun-tahun hal-hal seperti itu.

Jika tidak, tergantung pada kebutuhan desain Anda, mungkin NiMh sederhana, baterai SLA dapat memenuhi kebutuhan Anda. Namun, bahkan baterai NiMh dan SLA mereka memiliki SOP sendiri untuk diikuti. Sebagai contoh, sel NiMh dapat meledak karena tekanan selama pengisian jika mereka ditagih berlebihan dan katup tekanan mereka gagal. SLA menghasilkan gas hidrogen! selama pengisian ... sehingga mereka perlu ventilasi dengan baik.

Ingat semua yang berguna juga bisa berbahaya. Lipo tidak lebih buruk dari pisau koki, atau sayap pesawat yang penuh dengan minyak tanah. Kuncinya adalah belajar bagaimana menggunakannya dengan bijak.

Sunting: Menghadapi informasi yang salah

Mitos 1

@metacollin, menulis bahwa Lipo "anoda dan katoda mengalami tekanan mekanis yang signifikan"

Salah ... Sel Lithium Polymer tidak berada di bawah tekanan yang berarti selama operasi normal. Inilah sebabnya mengapa mereka bisa dikemas dalam kantong plastik.

Tapi jangan mengambil kata-kata saya untuk itu. Tonton pakar ini mengatakannya pada pukul 10:00. (Peringatan spoiler: ia menyebut pengaruhnya "jinak".)

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

PS Saya sangat merekomendasikan menonton seluruh video jika Anda menginginkan informasi dari dan ahli (daripada seseorang di sini yang berpura-pura menjadi ahli.)

Kimia NiMh atau NiCd sebenarnya lebih berbahaya dalam hal penumpukan tekanan / tekanan. Keduanya dapat menghasilkan oksigen berlebih jika terlalu tinggi. Ini adalah salah satu alasan mengapa sel NiMh dan NiCd terkandung dalam kaleng logam bulat dengan ventilasi pengaman dan bukan wadah plastik seperti LiPo. Baca spesifikasi ini. lembar untuk penjelasan lengkap:

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

Mitos 2

@metacollin, "Mereka membutuhkan sirkuit perlindungan agar aman, dan mereka bahkan tidak aman dari jarak jauh tanpa itu."

Benar . Namun, yang penting adalah bahwa sistem baterai dan pengisian yang lengkap bekerja bersama untuk menjaga semua sel baterai tetap beroperasi dengan spesifikasi. Ada lebih dari satu cara (topologi) untuk dilakukan:

  1. Sertakan sirkuit "perlindungan" per sel dan jangan mengandalkan pengisi daya atau pengguna untuk berada dalam spesifikasi. Rangkaian "perlindungan" melakukan hal-hal ini:
    • matikan sel (sirkuit terbuka) jika arus terlalu tinggi
    • matikan sel jika voltase terlalu rendah
    • matikan sel jika voltase terlalu tinggi

Karena sirkuit "perlindungan" yang dipasang sel hanya bisa berukuran terbatas, umumnya hanya baik untuk skenario saat ini yang rendah.

  1. Bergantian Anda dapat menggunakan sel kosong selama Anda selalu menggunakannya dengan pengisi daya seimbang pintar yang:
    • menolak untuk mengisi jika tegangan terlalu rendah
    • memastikan tegangan muatan tidak pernah terlalu tinggi

Jika Anda menginginkan fuse, Anda dapat menempatkan fuse yang sesuai dengan paket.

Inilah yang dilakukan pengguna R / C karena mereka ingin baterai seringan mungkin dan mampu menghasilkan arus yang tinggi.

  1. Strategi utamanya adalah menggunakan sel-sel telanjang yang ditransfer ke dalam sistem manajemen baterai (BMS) yang lebih lengkap. BMS dapat memiliki banyak topologi berbeda berdasarkan parameter apa yang Anda optimalkan. BMS's juga dapat melakukan hal-hal lain yang tidak terkait keamanan seperti menambahkan fitur (misalnya indikator pengisian daya) dan mencoba meningkatkan masa pakai baterai dengan mengontrol parameter operasi. Mobil listrik modern dan sepeda listrik menggunakan sel BMS (dan bukan sel "terlindungi"). Selain itu, elektronik konsumen modern dengan LiPo bawaan telah beralih dari menggunakan sel yang dilindungi ke menggunakan sel BMS. Misalnya iPhone, iPod, dll.

Dari aspek keamanan, semua pengaturan ini melakukan hal yang sama dengan sistem yang lengkap . Mereka hanya melakukannya dengan cara yang berbeda karena mereka dioptimalkan untuk parameter yang berbeda.


Maksud Anda, Anda bahkan tidak akan mempertimbangkan membuat charger atau BMS Anda sendiri, bukan?
immibis

2
@ MichaelKj?rling menjawab pertanyaan pertama Anda: "bergerak": jalan singkat ke area aman kebakaran berikutnya - "transportasi": apa pun lebih lama, yang melibatkan mobil, kereta api, ...
guntbert

52

Ketika perusahaan besar ingin membuat pengisi daya LiPo, mereka dapat:

A. Mintalah staf ahli dan lakukan pengujian ekstensif untuk memastikan pengisi daya akan bekerja dengan aman di berbagai kondisi pengoperasian.

B. Beli IC atau rakitan yang dibuat sebelumnya yang telah diberikan tingkat perawatan yang sama.

C. Subkontrakkan pekerjaan kepada orang-orang yang tahu apa yang mereka lakukan.

Ketika Anda membangun sirkuit pengisian daya di rumah, Anda tidak melakukan hal-hal itu.

Baterai LiPo pasti bisa terbakar, seperti yang dapat diketahui oleh penelusuran YouTube . Anda akan menemukan orang-orang secara aktif menghancurkan baterai dengan paku atau bahkan kapak , tetapi Anda juga dapat menemukan contoh yang lebih realistis, seperti ini salah satu dari pesawat RC meledak menjadi api karena masalah pengisian daya.

Oleh karena itu peringatan - orang-orang di internet tidak dapat menjamin bahwa sirkuit pengisian daya buatan sendiri akan selalu bekerja dengan aman, dan mode kegagalan LiPo adalah "bom". Lagipula itulah bom, banyak energi yang dilepaskan dengan cepat.


8
Faktor lain adalah bahwa sel-sel Li-Ion dari semua jenis dapat terbakar bahkan jika Anda menaruh semua Is Anda dan melewati semua Ts Anda ketika datang ke perlindungan - kerusakan sel internal menghisap.
ThreePhaseEel

5
Layak disebutkan adalah bahwa mereka dapat A, B, C, dan masih gagal untuk memperbaikinya pertama kali (misalnya Boeing / Thales / Yuasa).
Eugene Ryabtsev

3
Jawaban ini layak mendapatkan lebih banyak cinta karena tidak dicakup oleh yang paling banyak dipilih di atas - orang-orang seperti Apple & Samsung akan kehilangan satu miliar dolar jika produk mereka mulai membakar pelanggan, penjual eBay acak dari Tiongkok mengeluarkan baterai palsu, pengisi daya, dan produk lainnya punya sedikit kehilangan. Saya sangat berhati-hati dalam melakukan proyek dengan pengaturan LiPo buatan sendiri hanya karena saya tahu bahwa saya tidak cukup tahu untuk memastikannya aman, dan dengan sampel 1 baterai Anda tidak akan pernah benar-benar tahu apakah Anda sudah melakukannya dengan benar - dan bahkan jika itu membakar rumah Anda, apakah Anda salah atau apakah itu baterai jahat?
John U

2
Anda menyiratkan bahwa pengisi daya LiPo komersial harus aman karena perusahaan besar yang membuatnya. Saya berharap bahwa sirkuit pengisian daya pada ponsel merek-nama akan baik-baik saja, tetapi saya akan sedikit lebih meyakinkan bahwa pengisi daya yang datang dengan quadcopter mainan murah, katakanlah, lebih baik daripada apa yang dapat saya rancang. Anda hanya perlu membaca beberapa pertanyaan di sini untuk menemukan contoh desain sirkuit yang mengerikan dalam produk komersial.
otomatis

3
@ Otomatis Sangat benar. Komersial tidak menyiratkan kualitas tinggi. Kualitas berasal dari melakukan A, B, dan / atau C, bukan dari menjadi perusahaan besar. OP secara khusus bertanya tentang ponsel Apple dan Android, jadi itulah yang saya pikirkan ketika saya menulis jawaban saya.
Adam Haun

38

[Meskipun jawaban yang terlambat ini mungkin mendapatkan sedikit paparan sekarang karena pertanyaan telah keluar dari daftar-panas, saya pikir sangat penting untuk lebih menekankan kontras antara fitur keamanan yang komprehensif dalam perangkat seperti laptop dan ponsel vs keamanan yang biasanya jauh kurang komprehensif fitur di hobi atau perangkat DIY.]

Konteks sangat penting ketika mengevaluasi peringatan keselamatan mengerikan yang Anda kutip. Mereka tidak ditargetkan pada perangkat seperti laptop dan ponsel (dari produsen terkemuka) yang menggunakan sirkuit manajemen / perlindungan baterai terintegrasi ketat untuk menjaga mereka tetap aman. Sebaliknya, mereka menargetkan perangkat yang kurang aman, misalnya sel LiPo tanpa kondom yang digunakan dalam hobi RC untuk memberi daya pada mobil, pesawat, dan Remote-Controlled, di bawah ini. Kita akan melihat jauh lebih dalam perbedaan keamanan ini.

Tidak seperti kimia baterai lainnya yang akrab bagi konsumen, baterai berbasis pada kimia Li-ion secara inheren jauh lebih mudah berubah. Karena itu, mereka membutuhkan sirkuit manajemen baterai yang dirancang dengan sangat hati-hati untuk melindunginya dari kegagalan yang dahsyat. Ini termasuk mekanisme yang mencegah mereka mencapai keadaan berbahaya (di bawah atau kelebihan harga, suhu berlebih, arus berlebih, dll) dan, lebih lanjut, dapat menonaktifkannya ketika kondisi berbahaya muncul (misalnya melalui FET, PTC atau sekering sekali pakai). Logika semacam itu bahkan dapat mencakup algoritma canggih yang terus-menerus memantau kesehatan sel untuk memprediksi kegagalan serius yang akan terjadi (seperti kekurangan internal, yang dapat menyebabkan pelarian termal).

Tidak seperti kebanyakan perangkat hobi / DIY yang dirakit pengguna, untuk laptop dan ponsel, pabrikan memiliki kendali desain untuk seluruh subsistem daya baterai, oleh karena itu mereka dapat merancang sistem yang terintegrasi dengan sangat ketat termasuk mekanisme perlindungan toleran kesalahan yang canggih. Desain semacam itu mengikuti standar industri yang telah teruji oleh waktu dan menggunakan berbagai tingkat redundansi dan metode analisis kegagalan komprehensif, misalnya analisis pohon kesalahan atau FMEA = mode kegagalan dan analisis efek.

Anda mungkin akan terkejut dengan kelengkapan analisis tersebut, misalnya di bawah ini adalah 2 dari 96 kasus yang dipertimbangkan dalam IEEE 1625 2004 , termasuk kasus yang hewan peliharaan kencing di perangkat (PC). masukkan deskripsi gambar di sini

Anda juga mungkin akan terkejut dengan tingginya tingkat redundansi proteksi kesalahan yang digunakan, misalnya sesuai dengan standar industri tersebut, baterai laptop harus menerapkan setidaknya dua metode independen untuk mematikan FET biaya untuk mencegah pengisian daya yang terlalu besar. Selanjutnya, jika kedua metode gagal, maka sekering kimia yang gagal-aman harus meledak. Ini adalah sekering 3-terminal yang dipicu tegangan khusus yang dapat berfungsi bahkan dalam kondisi ekstrem seperti ketika tegangan baterai turun sangat rendah karena korsleting.

Bandingkan hal-hal di atas dengan proyek DIY atau hobi RC Anda di mana pengguna akhir bertanggung jawab untuk mengintegrasikan komponen subsistem baterai dan memastikan bahwa mereka berfungsi bersama dengan aman (komponennya adalah sel, papan pelindung BMS / PCM, perangkat, dan pengisi daya). Ada banyak kendala yang menghalanginya. Pengguna mungkin tidak memiliki cukup pengetahuan. Pengguna mungkin tidak memiliki akses ke lembar data dan informasi teknis, yang umumnya tidak tersedia untuk konsumen (produsen sel sangat tidak menganjurkan penggunaan konsumen langsung, misalnya baru-baru ini Sony mengirim gencatan dan menghentikan pemesanan ke toko vaping NYC yang menjual Sony 18650 cell - lihat di bawah) . Kurangnya protokol komunikasi standar seperti SBS = Smart Battery System di dunia RC / hobi membatasi komunikasi antara subsistem, yang sangat meningkatkan kesulitan merancang mekanisme keselamatan canggih seperti yang ada di laptop.

Berikut ini adalah contoh kata sebenarnya: sebuah pertanyaan dari forum dukungan pengukur gas baterai TI.

Saya bertanya-tanya apakah Sekring Kimia ini adalah elemen wajib dari paket baterai Lithium-ion. Saya bekerja dengan pemasok paket Li-ion China, dan mereka menghasilkan desain paket berdasarkan IC pengukur bahan bakar bq20z45-R1, tetapi tidak ada sirkuit Fuse Kimia. Juga, tidak ada IC perlindungan sekunder-tegangan-lebih seperti bq29412. Apakah Chemical Fuse dan bq29412 (atau IC serupa) diperlukan untuk aplikasi paket baterai Li-ion komersial? Apakah ada persyaratan peraturan? BTW, saya sedang mengerjakan desain perangkat medis.

Di atas kami memiliki contoh paket baterai yang tidak memiliki tingkat perlindungan harga berlebih 2 dan 3 yang dijelaskan di atas. Kelalaian fitur keselamatan seperti itu biasa terjadi pada banyak sistem manajemen baterai yang lebih murah. Belum lagi beberapa pabrikan China terbang-demi-malam yang sangat membesar-besarkan tingkat perlindungan yang diterapkan. Untuk mengenali kelalaian seperti itu dan untuk memahami konsekuensi mereka, ketika pengguna akhir adalah insinyur, mereka harus memiliki pengetahuan latar belakang yang memadai di lapangan. Kekurangan seperti itu dapat menyebabkan desain dengan cacat keselamatan serius. Itu sebabnya produsen sel terkemuka seperti LG, Panasonic, Samsung, Sanyo dan Sony menolak untuk berhubungan langsung dengan konsumen. Risikonya terlalu besar jika seseorang tidak memiliki pengetahuan yang memadai untuk memastikan desain yang aman.

Di bawah ini adalah surat Sony yang disebutkan di atas. Ini adalah khas dari sikap produsen sel terkemuka tentang risiko keamanan serius yang ditimbulkan oleh penggunaan sel longgar oleh konsumen. masukkan deskripsi gambar di sini

Untuk kenyamanan, di bawah ini adalah tautan yang diberikan dalam surat:

Kebakaran dan Ledakan Rokok Elektronik , US Fire Administration, FEMA, OCtober 2014

Keselamatan Baterai , Asosiasi Teknologi Konsumen.


3

Semua jawaban bagus. Ini singkat. A 7,4 volt. Baterai 5 amp-jam memiliki energi 37 watt-jam, atau 133.200 joule. Bandingkan dengan 873 joule energi moncong Magnum .357. Triknya adalah tidak membiarkannya keluar sekaligus dengan memanaskan atau menghancurkannya.


2

Saya pikir info Anda sudah usang.

Saya punya rekan kerja yang naik pesawat RC. Mereka adalah pengadopsi awal teknologi LiIon karena mereka ringan dan memiliki banyak kekuatan.

Dia menceritakan bagaimana mereka memiliki dua mode kegagalan, salah satunya adalah incindiary. Pesawat benar-benar akan meledak dalam bola api saat dalam penerbangan.

Sel komersial akhirnya, saya kemudian baca, beberapa fitur keselamatan yang berbeda diintegrasikan ke dalam unit yang dapat dijual, yang diharuskan oleh hukum.

Mereka aman sekarang, selama Anda tidak merusak atau menembusnya, atau membiarkannya terlalu panas. Kontrol panas adalah bagian dari desain perangkat jadi: Anda mungkin memiliki ventilasi yang buruk atau sekering termal yang tidak benar dan karenanya memungkinkannya menjadi kritis. Beberapa produk yang lebih baru tidak begitu aman, khususnya "sel tas" yang tidak memiliki daya tahan untuk menangani tanpa terintegrasi dalam perangkat yang dirancang dengan baik .

Jadi, pelajari cara menggunakannya dengan aman, dan pelajari detail spesifik bagian yang Anda pilih untuk desain Anda.


3 tahun berlalu. Saya akan mengatakan itu hanya "kurang lebih benar, cukup sering". Dengan LiIon hal-hal bisa salah cukup spektakuler jika disalahgunakan, dan MUNGKIN melakukannya jika tidak jelas disalahgunakan. Batch yang didesain buruk tidak membantu :-). || Saya hanya punya satu insiden "curhat dengan api" - dan itu karena penyalahgunaan yang parah. Netbook tua dengan kapasitas 0 baterai dibiarkan menyala selama beberapa hari. Dengan baterai yang bagus itu akan baik-baik saja. Setelah beberapa hari meletus dalam nyala api & asap. Itu duduk di sofa (sofa) TETAPI untungnya ada beberapa lapisan kardus mengkilap yang mengambil sebagian besar nyala api. Ini keluar dengan sangat cepat :-).
Russell McMahon
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.
Judi bola <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>|