Jedes Handy (sowie Laptops und fast alles mit wiederaufladbarem Akku) verwendet LiIon /LiPo (im Wesentlichen gleichwertig für die Zwecke dieser Diskussion). Und Sie haben Recht: Gemessen an den tatsächlichen Vorkommen sind Lithium-Ionen und Lithium-Polymer die sicherste Batteriechemie, die weit verbreitet ist, abgesehen von keiner.

Und der einzige Grund, warum diese jetzt allgegenwärtige Chemie Sie und/oder Ihre Familie nicht mehrere Male ermordet hat, ist, dass diese Zellen nicht unbeaufsichtigt aufgeladen werden. Sie sind vielleicht nicht persönlich dabei, aber jeder einzelne dieser Lithium-Ionen-Akkus verfügt über eine beträchtliche Menge an Schutz- und Überwachungsschaltkreisen, die dauerhaft in das Paket integriert sind. Es fungiert als Gatekeeper. Es überwacht jede Zelle in einer Batterie.

• Es trennt die Ausgangsklemmen und verhindert, dass sie überladen werden.
• Es trennt den Ausgang, wenn sie mit einem zu hohen Strom entladen werden.
• Es trennt den Ausgang, wenn er mit einem zu hohen Strom geladen wird.
• Wenn eine der Zellen schlecht wird, wird der Ausgang getrennt.
• Wenn eine Zelle zu heiß wird, trennt sie den Ausgang.
• Wenn eine der Zellen zu stark entladen wird, wird der Ausgang getrennt (und dauerhaft - wenn Sie vergessen, einen Lithium-Ionen-Akku zu lange aufzuladen, werden Sie feststellen, dass er nicht mehr auflädt. Er wird effektiv zerstört und der Schutz Stromkreis erlaubt es Ihnen nicht, die Zellen aufzuladen).

Tatsächlich wird jeder einzelne Telefonakku, Laptop-Akku, *was auch immer ein wiederaufladbarer Lithium-Akku ist, am genauesten überwacht, geprüft und aktiv verwaltet, das diametrale Gegenteil von „unbeaufsichtigt“, wie man es für einen Akku bekommen kann.

Und der Grund, warum so viel zusätzliche Mühe gemacht wird, ist, dass Lithium-Ionen-Batterien tatsächlich so gefährlich sind . Sie brauchen Schutzschaltkreise, um sicher zu sein, und ohne sie sind sie nicht einmal im entferntesten sicher. Andere Chemikalien wie NiMH oder NiCad können ohne Überwachung relativ sicher als reine Zellen verwendet werden. Wenn sie zu heiß werden, können sie ablassen (was mir persönlich passiert ist), und es kann ziemlich erschreckend sein, aber es wird nicht Ihr Haus niederbrennen oder Ihnen einen längeren Aufenthalt in einer Verbrennungseinheit einbringen. Lithium-Ionen-Batterien werden beides tun, 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 eigentlich so gefährlich macht.

Andere Batteriechemien wie Blei-Säure oder NiMH oder NiCad werden bei Raumtemperatur nicht unter Druck gesetzt, 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 gering ist, um beispielsweise 6-Fuß-Flammenstrahlen auszustoßen. Oder wirklich irgendeine Flamme.

Lithium-Ionen-Batterien sind grundlegend anders. Sie speichern Energie wie eine Feder. Das ist keine Metapher. Nun, wie zwei Quellen. Lithiumionen werden zwischen die Atome des kovalent gebundenen Anodenmaterials gedrückt, drücken sie auseinander und „dehnen“ die Bindungen, wodurch Energie gespeichert wird. Dieser Vorgang wird als Interkalation bezeichnet . Beim Entladen bewegen sich die Lithiumionen aus der Anode heraus und in die Kathode hinein. Dies ist sehr stark elektromechanisch, und sowohl die Anode als auch die Kathode erfahren dadurch eine erhebliche mechanische Belastung.

Tatsächlich nehmen sowohl die Anode als auch die Kathode je nach Ladezustand der Batterie abwechselnd im physikalischen Volumen zu oder ab. Diese Volumenänderung ist jedoch ungleichmäßig, sodass eine voll aufgeladene Lithium-Ionen-Batterie tatsächlich einen nicht unerheblichen Druck auf ihren Behälter oder andere Teile ihrer selbst ausübt. Lithium-Ionen-Batterien stehen im Gegensatz zu anderen Chemikalien im Allgemeinen unter starkem Innendruck.

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

Die komplexe Chemie von Lithium-Ionen-Zellen ist noch nicht einmal vollständig verstanden, und es gibt ein paar verschiedene Chemien mit unterschiedlicher Reaktivität und inhärenter Gefahr, aber diejenigen mit hoher Energiedichte können alle thermisch durchgehen. Grundsätzlich beginnen Lithium-Ionen, wenn sie zu heiß werden, mit Sauerstoff zu reagieren, der als Metalloxide in der Kathode gespeichert ist, und geben noch mehr Wärme ab, was die Reaktion weiter beschleunigt.

Das Ergebnis ist zwangsläufig eine Batterie, die sich selbst entzündet, ihr hochentzündliches Lösungsmittelelektrolyt aus sich herausspritzt und dieses sofort ebenfalls entzündet, sobald eine frische Sauerstoffzufuhr verfügbar ist. Das ist nur Bonusfeuer, aber es gibt immer noch eine Tonne Feuer aus dem Lithiummetall, das mit dem reichlichen Sauerstoffvorrat im Inneren oxidiert.

Wenn sie zu heiß werden, passiert das. Wenn sie überladen werden, werden sie instabil und durch mechanische Erschütterungen können sie wie eine Granate hochgehen. Wenn sie zu stark entladen werden, geht ein Teil des Metalls in der Kathode eine irreversible chemische Reaktion ein und bildet metallische Nebenschlüsse. Diese Shunts sind unsichtbar, bis das Laden einen Teil der Batterie so weit ausdehnt, dass die Trennmembran von einem dieser Shunts durchstochen wird, wodurch ein Kurzschluss entsteht, der natürlich zu einem Brand usw. führt: Der Lithium-Ionen-Ausfallmodus, den wir kennen und Liebe.

Um es klar zu sagen, Überladung ist nicht nur gefährlich, sondern auch Überentladung, und die Batterie wartet, bis Sie eine Tonne Energie zurückgepumpt haben, bevor sie spektakulär versagt, und zwar ohne Warnung oder messbare Anzeichen .

Das gilt für Verbraucherbatterien. All diese Schutzschaltungen sind jedoch weniger in der Lage, die Gefahr von High-Drain-Anwendungen zu mindern. Ein hoher Drain erzeugt nicht wenig Wärme (was schlecht ist) und noch besorgniserregender ist, dass er enorme mechanische Belastungen an Anode und Kathode verursacht. Risse können sich bilden und erweitern, was zu Instabilität führt, wenn Sie Pech haben, oder einfach zu einer kürzeren Nutzungsdauer, wenn es nicht zu stark ist. Aus diesem Grund werden LiPos mit „C“ bewertet, oder wie schnell sie sicher entladen werden können. Bitte nehmen Sie diese Bewertungen ernst und reduzieren Sie sie, sowohl aus Sicherheitsgründen als auch, weil viele Hersteller einfach über die C-Bewertung ihrer Batterien lügen.

Trotz alledem geht ein RC Lipo manchmal einfach ohne Grund in Flammen auf. Sie müssen unbedingt die Warnungen beachten, sie niemals unbeaufsichtigt aufzuladen, und alles andere. Sie sollten eine Sicherheitstasche kaufen, um sie aufzuladen, da dies verhindern könnte, dass Ihr Haus abbrennt (möglicherweise mit Ihnen oder Ihren Lieben im Inneren). Selbst wenn das Risiko sehr gering ist, ist der Schaden, den es verursachen kann, enorm, und die Maßnahmen, die erforderlich sind, um den größten Teil dieses Schadenspotenzials zu mindern, sind trivial.

Ignorieren Sie nicht alles, was Ihnen gesagt wird – es ist alles genau richtig. Es kommt von Menschen, die gelernt haben, LiPos für das zu respektieren, was sie sind, und das sollten Sie auch. Was Sie auf jeden Fall vermeiden möchten, ist, dass Ihnen diese Lektion von einem Lithium-Ionen-Akku beigebracht wird, anstatt von Gleichaltrigen online und offline. Letzteres könnte Sie in einem Forum flammen, aber ersteres wird Sie buchstäblich flammen.

Lass uns ein paar Videos von Sachen sehen, die explodieren!

Lassen Sie mich ein wenig mehr darauf eingehen, wie sie scheitern. Ich habe den Mechanismus besprochen, aber was passiert wirklich? Lithium-Ionen-Batterien haben wirklich nur einen Fehlermodus, der darin besteht, zu explodieren, dann einige Sekunden lang eine erstaunlich große Menge Feuer in einem riesigen Flammenstrahl zu verschießen und danach allgemeine brennende Aktivitäten für eine Weile fortzusetzen. Dies ist ein chemisches Feuer, daher können Sie es nicht löschen (Lithium-Ionen-Batterien schießen selbst im Vakuum des Weltraums immer noch riesige Feuerstrahlen ab. Das Oxidationsmittel ist im Inneren enthalten, es braucht weder Luft noch Sauerstoff zum Verbrennen). Oh, und Wasser auf Lithium zu gießen, bringt nichts , zumindest in Bezug auf die Brandbekämpfung.

Hier ist eine „Greatest Hits“-Liste mit einigen guten Beispielen für Fehlschläge. Beachten Sie, dass dies manchmal in RC-Fällen mit hohem Stromverbrauch vorkommt, selbst wenn geeignete Sicherheitsmaßnahmen getroffen wurden. Der Vergleich von High-Drain-Anwendungen mit den viel sichereren und niedrigeren Strömen von Telefonen ist überhaupt nicht gültig. Hunderte von Ampere ≠ einige hundert Milliampere.

Ausfall des RC-Flugzeugs.

Messer sticht in Smartphone-großen Akku ein.

Überladener LiPo explodiert spontan.

Laptop-Akku in einem thermischen Durchgehen wird leicht angedrückt, wodurch er explodiert.

Um Lipo-Batterien sicher zu verwenden, müssen Sie sie mit dem gleichen Respekt behandeln wie alles, was große Mengen an chemischer und/oder elektrischer Energie speichern und schnell abgeben kann. Je größer der Akku und je geringer der Innenwiderstand (z. B. höherer C-Wert) desto mehr Vorsicht ist geboten. Sie können sicher verwendet werden ... genau wie Benzin sicher verwendet werden kann, aber dazu müssen Sie lernen, wie sie funktionieren und wie sie versagen können.

Wenn man darüber nachdenkt, ist es nicht verwunderlich, dass zum Beispiel eine Tesla-Batterie ungefähr das gleiche Risikoniveau hat wie der Gastank, den sie ersetzt. Beide speichern viel Energie, die bei Bedarf schnell freigesetzt werden kann. Nun, eigentlich lüge ich etwas, weil eine Tesla-Batterie nur die Energie eines winzigen Gas-/Benzintanks enthält und mehr Sicherheitskontrollen eingebaut sind.

Ich habe ungefähr 15 Jahre lang sicher große Lipo-Batterien in Hochleistungs-R/C-Flugzeugen und Hubschraubern (bis zu 90C-Batterien) verwendet (ich war ein früher Anwender). Neben meiner eigenen Erfahrung habe ich die von anderen in meinen Clubs. Ich habe in der Vergangenheit Packs versagen sehen, aber das ist jetzt wirklich selten, weil wir gelernt haben, sie mit Respekt zu verwenden. Hier ist, was ich gelernt habe, das Leben am Rande zu leben. :)

Fehlermodi

Die häufigsten Ausfallarten sind:

• physischer Schaden (dies führt dazu, dass sie intern kurzgeschlossen werden)
• Überladung (verursacht durch fehlerhaftes/schlechtes Ladegerät)
• Überhitzung durch hohen Entladestrom (verursacht aufgeblähte Packung oder Schlimmeres, wenn die Hitze sehr hoch ist)

Die am wenigsten verbreiteten Fehlerarten, von denen ich gehört (aber nie gesehen) habe, sind:

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

Alle oben aufgeführten Ausfallarten können zu „Rauchabzug“ oder „Flammenabzug“ führen. Neuere Lipos mit weniger flüchtigen Elektrolyten können „rauchen“, aber Sie können sich nie sicher sein; Sie müssen also für den schlimmsten Fall rechnen.

Standardarbeitsanweisung (SOP)

Hier ist die minimale Standardarbeitsanweisung (SOP) für die Verwendung von nackten Lipo-Packs mit hoher Entladung (jedes R/C-Pack ist eine hohe Entladung), die ich verwende:

Physischer Schutz

• Zellen müssen vor physikalischen Schäden geschützt werden
• Wenn Ihre Umgebung rau ist, ziehen Sie ein RC-Car-Hardpack in Betracht (Kohlefasergehäuse um weiche Lipos).
• Zellen müssen vor und nach jedem Gebrauch auf physische Schäden untersucht werden
• Wenn eine Zelle in irgendeiner Weise physisch beschädigt ist, sollte 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 wie ein Feuerwerk, dessen Docht noch nicht aus ist und das jederzeit explodieren kann!

Übrigens, im Gegensatz zu dem, was @metacolin geschrieben hat, IST es sicher, einen Lipo auf eine niedrige Spannung zu entladen, und es ist das Beste, was Sie tun sollten, bevor Sie eine Packung entsorgen. Sie möchten alle chemische Energie aus einer Packung entfernen, um sie sicher zu machen. Was nicht sicher ist, ist, eine Zelle unter 2 V zu entladen und sie dann aufzuladen. Das Laden einer Niederspannungszelle kann dazu führen, dass Lithium ausplattiert und die Zelle instabil wird.

Aufladen (dies ist die kritischste Zeit für die Sicherheit)

• Tun Sie dies fern von allem, was brennbar ist und das keinen Rauchschaden erleiden würde (z. B. draußen).
• Stellen Sie immer sicher, dass jede Zelle während des Ladevorgangs einzeln überwacht wird; Ein hochwertiges R/C-Ladegerät mit "ausgeglichenem" Laden wird dies tun
• Überprüfen Sie die Zellenspannungen vor dem Aufladen (ein hochwertiges R/C-Ladegerät erledigt dies automatisch). Wenn eine Zelle unter 3 V liegt, behandeln Sie den Akku mit Argwohn und laden Sie ihn langsam aus, um zu sehen, ob er sich erholt
• Wenn eine Zellenspannung unter 2 V liegt, laden Sie nicht auf (ein hochwertiges Ladegerät erledigt dies automatisch); entladen Sie die anderen Zellen und entsorgen Sie dann das Pack sicher ... sobald eine Zelle unter 2 V fällt, ist es nicht mehr sicher, sie weiter aufzuladen, da Lithiummetall ausplattieren und die Zelle während des anschließenden Ladens instabil machen kann
• Verwenden Sie kein Low-End-Ladegerät mit guter Spannungskalibrierung

Entladen

• schnelles Entladen, das zu viel Wärme aufbaut, 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 schnelles Entladen, schnelles Aufladen, Sitzen in der Sonne usw.). 45 ° C ist das absolute Maximum, das ich toleriere ... aber unter 35 ° C ist viel besser
• entladen oder laden Sie keine zu kalten Zellen; wärmen Sie sie zuerst auf ... Zellen funktionieren am besten bei etwa 10 ° C bis 30 ° C; Die Lithiumbeschichtung kann wiederum ein Problem darstellen, wenn sie verwendet wird, wenn sie zu kalt ist

Langes Leben

• Wenn Sie möchten, dass Ihre Zellen lange halten (Kalender), halten Sie sich bei Lipo-Akkus am besten an die 80/20-Regel. das heißt, entladen Sie sie nicht unter 20 % Kapazität oder über 80 % Kapazität; das leisten moderne Batteriemanagementsysteme (BMS) (z. B. Tesla, iPhone etc.)
• Wenn Akkus länger als eine Woche gelagert werden, stellen Sie sicher, dass sie auf etwa 60 % Kapazität pro Zelle aufgeladen sind (auch hier kann ein gutes R/C-Ladegerät dies automatisch für Sie erledigen).

Abschließende Gedanken zu Ihrer Frage

Also, ja, wenn Sie sichere SOPs entwickeln und Maßnahmen ergreifen, um das Risiko zu mindern, könnten Sie einen Lipo in Ihrem Roboter verwenden. Bis Sie sichere SOPs vollständig verstanden haben, würde ich nicht einmal in Betracht ziehen, ein eigenes Ladegerät oder BMS herzustellen. Kluge Leute haben Jahre mit solchen Dingen verbracht.

Andernfalls könnte je nach Ihren Designanforderungen möglicherweise eine einfache NiMh-, SLA-Batterie Ihre Anforderungen erfüllen. Aber auch NiMh- und SLA-Batterien müssen ihre eigenen SOPs befolgen. Beispielsweise können NiMh-Zellen durch Druck beim Laden explodieren, wenn sie überladen werden und ihr Druckventil ausfällt. SLAs erzeugen Wasserstoffgas! während des Ladens ... also müssen sie gut belüftet sein.

Denken Sie daran, dass alles Nützliche auch gefährlich sein kann. Lipos sind nicht schlechter als ein Kochmesser oder eine Flugzeugtragfläche voller Kerosin. Der Trick besteht darin, zu lernen, wie man sie alle sinnvoll einsetzt.

Edit: Fehlinformationen entgegentreten

Mythos 1

@metacollin, schreibt, dass Lipo "Anode und Kathode einer erheblichen mechanischen Belastung ausgesetzt sind"

Falsch ... Lithium-Polymer-Zellen werden im normalen Betrieb keiner nennenswerten Belastung ausgesetzt . Deshalb können sie in Plastiktüten verpackt werden.

Aber nehmen Sie nicht mein Wort dafür. Sehen Sie, wie dieser Experte es um 10:00 Uhr sagt. (Spoiler-Alarm: Er nennt den Effekt „gutartig“.)

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

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

NiMh- oder NiCd-Chemie sind tatsächlich gefährlicher in Bezug auf Dehnungs- / Druckaufbau. Beide können bei Überladung überschüssigen Sauerstoff erzeugen. Dies ist einer der Gründe, warum NiMh- und NiCd-Zellen in runden Metalldosen mit Sicherheitsventilen 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 brauchen Schutzschaltkreise, um sicher zu sein, und ohne sie sind sie nicht einmal im Entferntesten sicher."

Wahr . Was jedoch wichtig ist, ist, dass das komplette System aus Batterien und Ladegerät zusammenarbeitet, um alle Zellen einer Batterie innerhalb der Spezifikation zu betreiben. Dafür gibt es mehr als eine Möglichkeit (Topologie):

1. Bauen Sie eine „Schutz“-Schaltung pro Zelle ein und verlassen Sie sich nicht darauf, dass das Ladegerät oder der Benutzer innerhalb der Spezifikation liegt. Die "Schutz" -Schaltung macht folgende Dinge:
   • Schalten Sie die Zelle aus (offener Stromkreis), wenn der Strom zu hoch wird
   • Schalten Sie die Zelle aus, wenn die Spannung zu niedrig wird
   • Schalten Sie die Zelle aus, wenn die Spannung zu hoch wird

Da auf Zellen montierte „Schutz“-Schaltkreise nur eine begrenzte Größe haben können, eignen sie sich im Allgemeinen nur für Niedrigstromszenarien.

2. Alternativ können Sie nackte Zellen verwenden, solange Sie sie immer mit einem intelligenten, ausgewogenen Ladegerät verwenden, das:
   • weigert sich zu laden, wenn die Spannung zu niedrig ist
   • stellt sicher, dass die Ladespannung nie zu hoch wird

Wenn Sie eine Sicherung wünschen, können Sie eine geeignete Sicherung in Reihe mit dem Paket platzieren.

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

3. Die ultimative Strategie besteht darin, nackte Zellen zu verwenden, die in ein vollständigeres Batteriemanagementsystem (BMS) verdrahtet sind. BMS können viele verschiedene Topologien haben, je nachdem, für welche Parameter Sie optimieren. BMS können auch andere nicht sicherheitsrelevante Dinge tun, wie das Hinzufügen von Funktionen (z. B. eine Ladezustandsanzeige) und versuchen, die Lebensdauer der Batterie durch die Steuerung von Betriebsparametern zu verlängern. Moderne Elektroautos und Elektrofahrräder verwenden BMS (und keine "geschützten" Zellen). Darüber hinaus hat die moderne Unterhaltungselektronik mit eingebauten LiPos von der Verwendung geschützter Zellen auf die Verwendung von BMS umgestellt. Zum Beispiel iPhones, iPods usw.

Aus Sicherheitsaspekten tun all diese Setups dasselbe wie ein komplettes System . Sie tun es nur auf unterschiedliche Weise, weil sie auf unterschiedliche Parameter optimiert sind.

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

A. Setzen Sie Experten ein und führen Sie umfangreiche Tests durch, um sicherzustellen, dass das Ladegerät unter allen Betriebsbedingungen sicher funktioniert.

B. Kaufen Sie vorgefertigte ICs oder Baugruppen, die das gleiche Maß an Sorgfalt erhalten haben.

C. Die Arbeit an Leute vergeben, die wissen, was sie tun.

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

LiPo-Akkus können definitiv in Flammen aufgehen, wie Ihnen eine YouTube-Suche verraten kann. Sie werden Leute finden, die 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 Ladeproblems heftig in Flammen aufgeht.

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

[Obwohl diese späte Antwort jetzt, da die Frage von der Hotlist gestrichen wurde, wenig Beachtung findet, denke ich, dass es wichtig ist, den Kontrast zwischen den umfassenden Sicherheitsfunktionen in Geräten wie Laptops und Mobiltelefonen und der typischerweise weitaus weniger umfassenden Sicherheit weiter hervorzuheben Funktionen in Bastler- oder Heimwerkergeräten.]

Bei der Bewertung der von Ihnen zitierten dringenden Sicherheitswarnungen ist der Kontext von entscheidender Bedeutung. Sie zielen nicht auf Geräte wie Laptops und Mobiltelefone (von namhaften Herstellern) ab, die eng integrierte Batteriemanagement-/Schutzschaltkreise verwenden, um sie zu schützen. Vielmehr zielen sie auf weniger sichere Geräte ab, z. B. ungeschützte LiPo-Zellen, die in RC-Hobbys verwendet werden, um ferngesteuerte Autos, Flugzeuge usw. anzutreiben. Im Folgenden werfen wir einen viel tieferen Blick auf diese Unterschiede in der Sicherheit.

Im Gegensatz zu anderen Batteriechemien, die den Verbrauchern bekannt sind, sind Batterien auf der Basis von Li-Ionen-Chemie von Natur aus viel flüchtiger. Aus diesem Grund benötigen sie eine sehr sorgfältig konzipierte Batteriemanagementschaltung, um sie vor einem katastrophalen Ausfall zu schützen . Dazu gehören Mechanismen, die sie daran hindern, gefährliche Zustände zu erreichen (Unter- oder Überladung, Übertemperatur, Überstrom usw.) und sie ferner deaktivieren können, wenn gefährliche Bedingungen auftreten (z. B. über einen FET, PTC oder eine One-Shot-Sicherung). Eine solche Logik kann sogar ausgeklügelte Algorithmen umfassen, die den Zustand der Zellen kontinuierlich überwachen, um bevorstehende ernsthafte Ausfälle vorherzusagen (z. B. einen internen Kurzschluss, der zu einem thermischen Durchgehen führen kann).

Im Gegensatz zu den meisten vom Benutzer zusammengebauten Hobby-/Heimwerkergeräten hat der Hersteller bei Laptops und Mobiltelefonen die Designkontrolle über das gesamte Batterieleistungs-Subsystem, daher kann er ein sehr eng integriertes System mit ausgeklügelten fehlertoleranten Schutzmechanismen entwerfen. Solche Designs folgen bewährten Industriestandards und verwenden mehrere Redundanzebenen und umfassende Fehleranalysemethoden, z. B. Fehlerbaumanalyse oder FMEA = Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse.

Sie werden von der Vollständigkeit solcher Analysen überrascht sein, z. B. sind unten 2 von 96 Fällen aufgeführt, die in IEEE 1625 2004 berücksichtigt werden , einschließlich des Falls, dass ein Haustier auf das Gerät (einen PC) uriniert.

Sie werden vielleicht auch von der hohen Redundanz des eingesetzten Fehlerschutzes überrascht sein, z. B. müssen Laptop-Akkus gemäß diesem Industriestandard mindestens zwei unabhängige Methoden implementieren, um den Lade-FET abzuschalten, um ein katastrophales Überladen zu verhindern. Wenn beide Methoden versagen, muss außerdem eine ausfallsichere chemische Sicherung durchbrennen. Dies ist eine spezielle spannungsauslösende 3-polige Sicherung, die auch unter extremen Bedingungen funktionieren kann, z. B. wenn die Batteriespannung aufgrund eines Kurzschlusses extrem abfällt.

Vergleichen Sie das Obige mit Ihrem DIY-Projekt oder RC-Hobbys, bei denen der Endbenutzer für die Integration der Komponenten des Batteriesubsystems und die Sicherstellung ihres sicheren Zusammenwirkens verantwortlich ist (die Komponenten sind die Zellen, BMS/PCM-Schutzplatine, Gerät und Ladegerät). Es gibt viele Hindernisse, die dies verhindern. Dem Benutzer kann es an ausreichendem Wissen fehlen. Der Benutzer hat möglicherweise keinen Zugang zu Datenblättern und technischen Informationen, die den Verbrauchern im Allgemeinen nicht zur Verfügung gestellt werden (Zellenhersteller raten dringend von der direkten Verwendung durch den Verbraucher ab, z. B. hat Sony kürzlich eine Unterlassungsverfügung an einen Dampferladen in New York geschickt, der Sony 18650-Zellen verkauft – siehe unten). . Fehlende Standard-Kommunikationsprotokolle wie SBS = Smart Battery Systemin der RC-/Hobby-Welt schränkt die Kommunikation zwischen Subsystemen ein, was die Konstruktion ausgeklügelter Sicherheitsmechanismen wie in Laptops erheblich erschwert.

Hier ist ein Beispiel aus der Praxis: eine Frage aus dem Support-Forum für Batteriestandsanzeige von TI.

Ich frage mich, ob diese chemischen Sicherungen ein obligatorisches Element von Lithium-Ionen-Akkupacks sind. Ich arbeite mit einem chinesischen Lieferanten von Lithium-Ionen-Packs zusammen, und sie haben ein Pack-Design basierend auf einem bq20z45-R1-Tankanzeige-IC erstellt, aber es gab keine chemische Sicherungsschaltung. Außerdem gab es 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 regulatorische Anforderung? Übrigens arbeite ich an einem Design für medizinische Geräte.

Oben haben wir ein Beispiel für einen Akkupack, dem die oben beschriebene 2. und 3. Stufe des Überladeschutzes fehlt. Solche Auslassungen von Sicherheitsfunktionen sind bei vielen billigeren Batteriemanagementsystemen üblich. Ganz zu schweigen von einigen nächtlichen chinesischen Herstellern, die das implementierte Schutzniveau stark übertreiben. Um solche Auslassungen zu erkennen und ihre Auswirkungen zu verstehen, wenn der Endbenutzer der Ingenieur ist, muss er über ausreichendes Hintergrundwissen auf diesem Gebiet verfügen. Das Fehlen solcher könnte zu Konstruktionen mit schwerwiegenden Sicherheitsmängeln führen. Aus diesem Grund weigern sich namhafte Zellenhersteller wie LG, Panasonic, Samsung, Sanyo und Sony, direkt mit den Verbrauchern zu verhandeln. Die Risiken sind viel zu groß, wenn man nicht über ausreichende Kenntnisse verfügt, um eine sichere Konstruktion zu gewährleisten.

Unten ist der oben erwähnte Brief von Sony . Dies ist typisch für die Haltung namhafter Zellhersteller zu den gravierenden Sicherheitsrisiken, die durch die Verwendung loser Zellen durch den Verbraucher entstehen.

Der Einfachheit halber finden Sie im Folgenden die im Schreiben angegebenen Links:

Elektronische Zigarettenbrände und -explosionen, US Fire Administration, FEMA, Oktober 2014

Batteriesicherheit , Consumer Technology Association.

Ich denke, Ihre Informationen sind veraltet.

Ich hatte einen Kollegen, der sich für ferngesteuerte Flugzeuge interessierte. Sie waren Early Adopters der LiIon-Technologie, weil sie leicht sind und viel Leistung haben.

Er erzählte, wie sie zwei Fehlermodi hatten, von denen einer Brandstiftung war. Flugzeuge würden im Flug buchstäblich in einem Feuerball explodieren.

Eventuelle kommerzielle Zellen haben, wie ich später las, mehrere verschiedene Sicherheitsmerkmale, die gesetzlich vorgeschrieben in die verkaufbaren Einheiten integriert sind.

Sie sind jetzt sicher, solange Sie keine zerbrechen oder verletzen oder zulassen, dass sie zu heiß wird. Die Wärmekontrolle ist Teil des fertigen Gerätedesigns: Sie haben möglicherweise eine schlechte Belüftung oder eine falsche thermische Sicherung und lassen es daher kritisch werden. Einige neuere Produkte sind nicht ganz so sicher, insbesondere "Taschenzellen", die nicht die Haltbarkeit haben, um damit umzugehen, ohne in ein richtig konstruiertes Gerät integriert zu werden.

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

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