¿Por qué las baterías recargables no tienen protección contra cortocircuitos?

Cada vez que leo un manual de usuario de un dispositivo que funciona con una batería recargable, como un teléfono celular o un controlador de energía, el manual siempre dice que debo almacenar y manipular la batería de tal manera que sus terminales no se cortocircuiten con ningún objeto como un clip o un destornillador o cualquier otra cosa que pueda tener en mi bolsillo o bolso. La advertencia dice además que un cortocircuito puede provocar la explosión de una batería.

¿Por qué las baterías no tienen circuitos que solucionen los cortocircuitos y los hagan menos peligrosos?

Mi idea es que debería haber uno, pero el fabricante aún debe advertir al usuario sobre el posible uso incorrecto y las consecuencias, también para estar legalmente cubierto en caso de que esto suceda.
@clabacchio, eso es lo que sé que es cierto. Tienen protección, pero te avisan para que te asegures de que van tapados.
@Kortuk: no siempre tienen protección. Los de NiMH recargables comprados en tiendas no lo hacen.
AFAIK no queda espacio para ninguna protección en esas pequeñas baterías NiHM. Se comería mucha capacidad. Solo hay química, sin circuitos.

Respuestas (2)

Hay dos tipos principales de baterías recargables: de iones de litio y sus hijos (como LiPo) y el resto.

  • Las celdas de LiIon SIEMPRE DEBEN tener electrónica de protección y la gran mayoría la tienen. Si se abusa de ella o, a veces, simplemente porque así lo desea, una celda de LiIon se reducirá a sí misma y al equipo en el que se encuentra a un montón de llamas.

LiIon "Ventilación con llama" ... - autodesmantelamiento espontáneo "incausado" de la computadora portátil porque (incluso) Sony no pudo hacerlo bien.

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La marca sin nombre tampoco siempre puede ;-) ...

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  • Todos los demás tipos pueden causar daños graves cuando se cortocircuitan, pero por lo general no son propensos al autodesmantelamiento explosivo. El cortocircuito puede causar una disipación de energía térmica peligrosamente alta y puede dañar las celdas de forma permanente, pero generalmente no causará una reacción descontrolada.

LiIon (iones de litio) es una "bomba de liberación lenta" que está a punto de suceder. Se puede persuadir a una batería de iones de litio para que se "ventile con llamas" (Gargoyle lo sabe) cargándola demasiado rápido, cargando con un voltaje excesivo, descarga fuerte, penetración de picos o golpes fuertes, cargando a un ritmo normal cuando el voltaje es bajo, cargando en absoluto cuando el voltaje es muy bajo.

Los dispositivos de protección para llamadas LiIon son la norma. Por lo general, se montan DENTRO de la carcasa de la batería para que su presencia no sea obvia. Las celdas de LiIon SIEMPRE deben usar tales dispositivos. La mayoría de los fabricantes no venderán celdas LiIon sin dispositivos de protección internos. Algunos lo harán.

Las celdas de LiIon en condiciones de falla experimentan una fuerte autodescarga en un punto que produce hidrógeno gaseoso y primero metal de litio fundido y luego gaseoso. Las temperaturas suben rápidamente hasta el punto de ignición "y se va". Una vez iniciada, la reacción normalmente se ejecuta hasta su finalización. El agua es bienvenida como un reactivo adicional por el metal de litio.

seguridad de iones de litio

Ácido de plomo, NimH. NiCd, NiFe, LiFePO4...

Todos pueden causar un daño térmico significativo y probablemente dañarán las celdas si las cortas y las dejas en corto. PERO por lo general no explotan y generalmente no se sabe que se autoincineren.

Nunca he visto ninguna de estas baterías equipada con protección interna.

Tenga en cuenta que LiFePO4 = Ferrofosfato de litio, está en esa lista. Una célula LiFePO4 es tan segura como parece. Si es necesario, puedes atravesarle el corazón con una púa plateada. No te lo agradecerá, pero tampoco se desmantelará por sí mismo. Muy brevemente, la razón es que el metal Li se mantiene en una estructura de espinela en la celda propiamente dicha y no migra físicamente cuando las cosas se ponen emocionantes.

Una "batería de automóvil" de plomo ácido se derretirá sobre cualquier cosa metálica que coloque entre sus terminales. Esto incluiría, por ejemplo, llaves inglesas grandes. Si te lastimaron gravemente los pedazos de una llave inglesa fundida, no deberías sorprenderte. La batería probablemente nunca volverá a ser la misma, pero probablemente no se derrita. Literalmente, PUEDE explotar una batería de plomo-ácido al encender el hidrógeno generado durante la carga, pero ese es un problema aparte.

Agregue, digamos, 6 celdas AA Nimh 2000+ mAh, varias monedas y algunas llaves en el bolsillo de un pantalón y continúe con su negocio. En ocasiones, obtendrá un cortocircuito a través de monedas y llaves y celdas misceláneas tan calientes que podrían provocar quemaduras en la piel y el fuego no sería una sorpresa. ¡Si logras hacer esto, eres un idiota! Lo he hecho dos o tres veces :-). ¡¡¡Otra vez no, creo!!!

NiCd en cuanto a Nimh. Probablemente más robusto contra los pantalones cortos.

Un Nimh AA de más de 2000 mAh completamente cargado proporcionará más de 10 amperios en un cortocircuito duro.

El detalle es bueno y vale la pena, pero una respuesta breve sería: debido a que el dinero, el espacio, el peso o la resistencia en serie gastados o aceptados de los dispositivos de protección no producen ni almacenan energía útil, los fabricantes de cualquier tipo de batería no lo hacen. desea incluir más de lo necesario para evitar que la batería cree un peligro a través de medios distintos a su comportamiento de diseño (salida de corriente a su voltaje especificado). Si los cables conectados a la batería de un automóvil se cortocircuitan y se incendian, no será culpa de la batería, que simplemente estaría emitiendo corriente según lo diseñado .
Por el contrario, si la batería de un portátil se incendia, el daño que podría causar a personas y bienes sería consecuencia de un comportamiento no especificado. Es interesante notar que algunos tipos de baterías más pequeñas carecen de los dispositivos de protección que se encuentran en las más grandes. Las pilas de reloj pequeñas pueden explotar si se sobrecalientan, por ejemplo, pero las pilas AAA o más grandes tendrán fugas. Creo que la idea es que si una batería es lo suficientemente pequeña, hay un límite de cuánto daño hará si explota.
@supercat: esa es una respuesta, pero no directamente un resumen mío. Esencialmente dije que la protección LiIon NED y la MAYORÍA la tienen incorporada. Dije que otros tipos no necesitan protección en la forma en que la necesitan LiIon y los fabricantes no la incorporan. Dije poco o nada sobre los factores de costo y no creo son el tema principal. Todos excepto LiIon no los tienen porque generalmente no son necesarios.
Cuando dice protección interna, parece estar hablando de celdas desnudas, mientras que el OP parece estar hablando de paquetes de baterías. Las celdas desnudas pueden tener una protección básica integrada directamente en ellas, como un fusible PTC o un separador fundible, mientras que un paquete puede tener un circuito más elaborado. Algunos de estos mecanismos son reversibles cuando el cortocircuito desaparece y otros no. Si se dispara uno reversible, incluso si el paquete sigue funcionando después, es posible que haya impulsado una corriente alta durante al menos milisegundos y haya sufrido algún daño que se mostrará más adelante como un ciclo de vida más bajo o peor.
@RussellMcMahon, ¿podría explicar qué tipos de circuitos de protección está viendo dentro de los paquetes de baterías Li-ion o LiPo modernos? ¿Qué tan complejos se vuelven en productos más baratos como cámaras? ¿Alguno de ellos se niega a apagar la corriente a menos que pueda hablar con el dispositivo host en un pin separado, o las cosas criptográficas en algunas computadoras portátiles son más una cuestión de que el host se niega a cobrar paquetes "falsificados"? Puedo publicar una pregunta separada si lo desea.
@RussellMcMahon: A veces encuentro útil tener respuestas que comienzan con un resumen muy breve (aunque luego continué en mi comentario para sugerir algo que sería demasiado largo para tal propósito, bueno). El cortocircuito daña la batería: aceptable. La batería se funde suministra suficiente corriente para hacer estallar algo, aceptable. La batería estalla en llamas y quema un orfanato matando a todos los que están dentro, no es aceptable. Los fabricantes agregan protección para protegerse contra riesgos inaceptables, no aceptables.

Una batería ideal es buena si tiene la menor resistencia interna. Cualquier circuito adicional es un desperdicio de energía. La resistencia aumentará por tal circuito protector.

La aplicación tiene que decidir si desperdiciar la energía o no, no el fabricante de la batería.

Las células LiPo(...) tienen un comportamiento extraño. En circunstancias a veces impredecibles, una celda se sobrecalienta en segundos. Se ha desarrollado un nuevo método de prueba que funciona con una corriente alterna débil que mide este cambio y el aumento de temperatura dentro de la celda. Esto es muy complicado en este momento.

Creo que en el futuro se agregarán circuitos integrados a todos los LiPo para evitar peligros. Pero por el momento el precio es la única fuerza que mantiene esto alejado del mercado masivo.

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