Ich habe kürzlich eine preiswerte (~ $ 4 USD) Li + 18650-betriebene Taschenlampe von banggood.com bekommen, einer meiner Lieblingsquellen für billige chinesische Elektronik, die ich zum Spaß abreißen und hacken kann :)
Ich wollte seine Sicherheitsschaltung validieren, bevor ich erwäge, ihn in den aktiven Dienst zu stellen. Mir gefällt nicht, was ich gefunden habe, aber ich frage mich, ob ich zu konservativ bin. Es fällt mir schwer, Visionen von einem Li+-Akku zu erschüttern, der auf meiner Theke aufgeladen wird und plötzlich in Flammen aufgeht :)
Die Taschenlampe nimmt eine einzelne 18650 nicht geschützte Li+ Zelle auf. Die Taschenlampe schaltet sich nicht ein (zieht nicht mehr als 10 uA), wenn die Spannung unter 2,37 V liegt. Sobald es jedoch eingeschaltet ist, zieht es weiterhin Strom bis auf etwa 1,95 V. Außerdem wird die Einschalt-"Hysterese" überwunden, bis sie diese Abschaltschwelle erreicht; das ist im Grunde, wie ich Shutdown definiert habe.
Hier mein Testaufbau. Nur der LED-Halter und die Schalteranordnung sind gezeigt; alles andere ist mechanisch (und Masseleiter):
Hier ist eine Tabelle der verschiedenen Spannungen (auf dem Weg nach unten, niedrigere Helligkeitseinstellung):
V+ I (mA)
---- ------
4.2 65.5
3.8 61.4
3.4 45.2
3.0 22.2
2.7 6.3
2.6 2.5
2.5 165uA
2.4 83uA
2.3 60uA
2.2 46uA
2.1 36uA
2.0 28uA
1.95 0.2uA
Und auf dem Weg nach oben:
V+ I (mA)
---- ------
1.5 0.0uA
1.7 0.1uA
1.9 0.1uA
2.0 0.3uA
2.1 0.6uA
2.2 1.1uA
2.3 1.9uA
2.4 70.3uA
2.5 165uA
2.6 2.5mA
Danach stimmen die VI-Eigenschaften auf dem Weg nach oben mit denen auf dem Weg nach unten überein.
Ich stelle also fest, dass der Stromverbrauch auf dem Weg nach unten bei etwa 2,5 V steil abfällt (2500 -> 165 uA) und dass bis 2,4 V auf dem Weg nach oben überhaupt nicht viel passiert. Ich frage mich, ob dies ausreicht, um einen angemessenen Schutz darzustellen.
Das Szenario, das ich mir vorstelle, ist, dass jemand die Taschenlampe vertikal mit dem Objektiv nach unten auf einen Schreibtisch stellt und dann vergisst, dass sie eingeschaltet ist, da das Licht nicht sichtbar ist. Ich denke, wenn der Akku ein paar Wochen so belassen würde, würde er sich auf ein Niveau entladen, das ihn beim Wiederaufladen zu gewalttätigem Fehlverhalten machen würde.
Was ich eher erwartet hatte, war der Stromabfall etwas früher, sagen wir 2,7 V, da die Entladerate nicht groß genug wäre, um eine starke Erholung zu ermöglichen. Nehmen Sie dann auf dem Weg nach oben nicht mehr als einen Schutz-IC-Strom bis zu etwa 3,0 V auf.
Bin ich zu konservativ?
Das wahre Problem ist der unsichtbare Schaden, der innerhalb der Zelle passiert und ein paar Atome kurz vor einem großen Kurzschluss erzeugt, bis eine kleine Vibration, ein Erschütterung oder eine fallen gelassene Taschenlampe sie den Rest des Weges bewegt, den Stromkreis schließt und Sie finden heraus, dass Sie eine römische Kerze halten.
Damit diese Taschenlampe mit diesem Akku sicher ist, müsste sie eine aktivere Abschaltung haben, denn ohne sie erreichen Sie irgendwann den 1,5-Volt-Punkt, und dann passiert Folgendes:
An der Batterieuniversität, unter „ BU-808a: How to Awaken a Sleeping Li-ion “, ist der folgende Abschnitt zu finden:
Erwecken Sie keine Lithium-basierten Batterien wieder zum Leben, die eine Woche oder länger unter 1,5 V/Zelle gehalten wurden. In den Zellen können sich Kupfernebenschlüsse gebildet haben, die zu einem teilweisen oder vollständigen elektrischen Kurzschluss führen können. Beim Aufladen kann eine solche Zelle instabil werden, übermäßige Hitze verursachen oder andere Anomalien aufweisen.
Dann, ebenfalls an der Battery University, auf der Seite „ BU-304b: Making Lithium-ion Safe “, enthält es dieses kleine Juwel dessen, was als gutes Beispiel für ultrabillig hergestellte Doppellautsprecher gelten könnte:
Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien erwähnen das Wort „Explosion“ nicht, sondern verweisen auf „Entlüftung mit Flamme“ oder „schnelle Demontage“. Obwohl es als ein langsamerer und besser kontrollierter Prozess angesehen wird als eine Explosion, kann das Ablassen mit Flammen oder die schnelle Demontage dennoch heftig sein und Personen in unmittelbarer Nähe verletzen.
Was passiert also, wenn Sie den zu stark entladenen Akku aufladen und er Shunts hat, aber sie schwelen oder auf andere Weise kein Problem verursachen, bis Sie den Akku vollständig aufgeladen und in der Taschenlampe festgeschraubt haben? Hast du jetzt eine Granate? Ich würde einfach nicht damit spielen. Konvertieren Sie es, um geschützte Zellen zu verwenden, wenn Sie es einfach nicht verschwenden können. Nehmen wir an, jemand anderes bekommt versehentlich diese Taschenlampe? (Ein Dieb bricht ein und nimmt Ihre Taschenlampe für sein kleines Mädchen). Lassen Sie es nicht zu ... Ich weiß ... Setzen Sie es durch Ihre eigene Version der Inquisition: "Bekehren Sie sich oder sterben Sie!" ;-)
In einem Vortrag von Professor Jeff Dahn von der Dalhousie University mit dem Titel „ Why do Li-ion Batteries die, and how to Improve the Situation “ erfahren wir folgendes: Tiefentladene Zellen sind nicht gefährlich, bis man sie wieder auflädt. Wenn Lithium-Ionen-Zellen hergestellt werden, sind ihre Inhaltsstoffe anscheinend relativ sicher, denn Jeff sagt, dass man sie im Freien zusammenbauen kann. Aber wenn Sie sie aufladen, werden sowohl Anode als auch Kathode (und es ist eine Jellyroll, also haben Sie viel) sehr reaktiv.
Also, basierend auf Jeffs Vortrag, wenn eine Lithium-Ionen-Zelle vollständig entladen ist, dann ist sie nicht mehr gefährlich, sollte aber zu diesem Zeitpunkt nicht mehr verwendet, sondern recycelt werden. Ich fahre meine auf null Volt herunter, dann lege ich sie in eine Gruppe, um sie zusammen zu recyceln. Wenn jemand anderes sie wegwerfen sollte, sollten sie kein Feuerwerk im Müllwagen verursachen, während dieser verdichtet wird, da sie keine gespeicherte Energie haben und das hochreaktive eingelagerte Lithium nicht mehr vorhanden ist.
In demselben Video, das ich für eine der maßgeblichsten Informationen zu diesem Thema halte (ich habe das Video aus diesem Grund viele Male angesehen), sagt Jeff ein paar Dinge, die mir im Gedächtnis bleiben und die ich weitergeben möchte:
"Die Zeit, in der sie während des Ladens oder Entladens hohen Temperaturen ausgesetzt sind, ist das Schlechte." Er spricht über die Elektroautos und einige echte Probleme, in die einige der Hersteller geraten sind, insbesondere ein Hersteller, der sich entschieden hat, seine Zellen NICHT thermisch zu verwalten. (Denken Sie an den Sommer in Arizona und das Entladen von Zellen, um ein Auto zu fahren, was VIEL mehr Wärme produziert, und schlechte chemische Reaktionen, die die Zellen unter diesen Bedingungen schnell töten.)
Wenn Sie sie lagern, lagern Sie sie nicht vollständig aufgeladen. Entladen Sie sie, damit sie nur noch wenig übrig haben. Und lagern Sie sie an einem kühlen Ort, aber nicht im Gefrierschrank. Kühlschrank oder Keller wäre gut. Für mich ist das schwer zu bewerkstelligen, daher besteht mein Kompromiss darin, sie kurz vor dem Gebrauch aufzuladen, mit einer kleinen Abkühlzeit dazwischen. Und ich versuche, meine Akkus nicht im Auto zu lassen!
Aufladen auf nur 4,1 Volt. (Gefunden in den Fragen und Antworten am Ende des Videos). Dann, in Jeffs Worten: „Wenn sie die Zelle in deinen Körper stecken, werden sie halten, bis du tot bist … oder bis ich tot bin …“ Machte seinen Inquisitor sprachlos.
Scott Seidmann
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