¿Por qué hay tanto miedo en torno a las baterías LiPo?

He estado tratando de diseñar un sistema de carga para un pequeño robot alimentado por una batería de polímero de litio (LiPo) 2S 20C. Si tuviera que confiar en todo lo que leo en línea, creería que el LiPo me matará mientras duermo y me robará los ahorros de toda mi vida. El consejo común que leo, si es lo suficientemente valiente como para usar baterías LiPo, es "nunca lo deje sin vigilancia", "nunca cargue sobre una superficie inflamable o conductora" y "nunca cargue a una velocidad superior a 1  C ".

Entiendo por qué esto es prudente, pero ¿cuál es el riesgo real con las baterías LiPo?

Casi todos los teléfonos celulares, tanto Android como iPhone, contienen una batería LiPo, que la mayoría de las personas, incluyéndome a mí, carga sin supervisión, a menudo sobre una superficie inflamable o conductora. Sin embargo, nunca escuchas sobre alguien que estalló en llamas porque su teléfono celular explotó. Sí, sé que hay accidentes extraños, pero ¿qué tan peligrosas son las baterías LiPo modernas? ¿Por qué tantos comentaristas en línea tratan las baterías LiPo independientes como bombas a punto de estallar, pero ni siquiera se lo piensan dos veces antes de tener la LiPo en el bolsillo?

Un buen diseño significa que la mayoría de las veces no provocan bolas de fuego. La mayor parte del tiempo. youtube.com/results?search_query=lipo+batería
Ver esto y esto ; la esencia básica es que lo que hace que una batería "Li-Po" funcione es una tecnología similar a la de una batería de iones de litio y, como tal, pueden fallar catastróficamente porque los componentes internos son altamente reactivos entre sí y es relativamente fácil dañarlos. porque nos preocupamos por cosas como la densidad de potencia, el peso y el precio. Dicho esto, no es demasiado fácil dañarlos si tiene cuidado con el diseño y no intenta abusar físicamente de la celda.
Preocupaciones de seguridad con Li-ion . Resumen técnico de los mecanismos de falla de la batería de litio: Fallas de la batería de litio .
Todas las respuestas parecen abordar las posibilidades de incendio y explosión, pero también pueden ventilar un gas bastante desagradable, que puede causar daño pulmonar permanente.
Oh espera, Po no es el símbolo químico. Eso es un alivio.
Como evidencia anecdótica, los incendios de LiPo ocurren y ya no son tan raros. En los últimos dos años en Finlandia, recuerdo dos casos: un incendio en un club de buceo debido a los cargadores LiPo de las lámparas de buceo; un incendio en un edificio de apartamentos debido al cargador LiPo de una bicicleta eléctrica. En ambos casos, el dispositivo barato se deja cargar desatendido.
Como ejemplo secundario, se cree que el vuelo 6 de UPS Airlines se estrelló debido a un incendio causado por baterías de litio [( en.wikipedia.org/wiki/UPS_Airlines_Flight_6 )]. Busque "Air Crash Investigation Fatal Delivery" si está interesado en el documental.
El comentario sobre "carga por encima de 1C" necesita pensarse. Los fabricantes tienen una tasa de carga nominal C para sus celdas. Si desea superarlo, debe estar seguro de los posibles resultados. La mayoría de las personas no tienen los recursos para caracterizar las baterías en áreas fuera de las especificaciones, por lo que la mayoría de las personas deberían ceñirse a las especificaciones, si les importan los resultados.

Respuestas (6)

Todos los teléfonos celulares (así como las computadoras portátiles y casi todo lo que tenga una batería recargable) usan LiIon /LiPo (esencialmente equivalente a los fines de esta discusión). Y tiene razón: en términos de incidencias reales, el ion de litio y el polímero de litio son la química de batería más segura para ser de uso generalizado, sin excepción.

Y la única razón por la que esta química ahora omnipresente no lo ha asesinado a usted y/oa su familia varias veces es que estas celdas no se cargan sin supervisión. Es posible que no asista personalmente, pero cada una de esas baterías de iones de litio tiene una cantidad significativa de circuitos de protección y monitoreo que están permanentemente integrados en el paquete. Actúa como el portero. Supervisa cada celda de una batería.

  • Desconecta los terminales de salida y evita que se sobrecarguen.
  • Desconecta la salida si se descargan a una corriente demasiado alta.
  • Desconecta la salida si se CARGA a una corriente demasiado alta.
  • Si alguna de las celdas se estropea, la salida se desconecta.
  • Si alguna celda se calienta demasiado, desconecta la salida.
  • Si alguna de las celdas se descarga en exceso, desconecta la salida (y de forma permanente; si olvida cargar una batería de iones de litio durante demasiado tiempo, descubrirá que ya no se cargará. Se destruye efectivamente y la protección circuito no le permitirá cargar las celdas).

De hecho, cada batería de teléfono, batería de computadora portátil, *cualquiera que sea la batería que es una química de litio recargable es la más monitoreada, analizada y administrada activamente, lo opuesto diametralmente a "desatendida" como se puede obtener para una batería.

Y la razón por la que se crean tantos problemas adicionales es porque las baterías de iones de litio son realmente peligrosas . Necesitan circuitos de protección para estar seguros, y no están ni remotamente seguros sin ellos. Otras químicas, como NiMH o NiCad , se pueden usar de manera relativamente segura como celdas desnudas, sin ningún tipo de monitoreo. Si se calientan demasiado, pueden ventilarse (lo que me ha sucedido personalmente), y puede ser bastante alarmante, pero no quemará su casa ni lo llevará a una estadía prolongada en una unidad de quemados. Las baterías de iones de litio harán ambas cosas, y ese es prácticamente el único resultado. Irónicamente, las baterías de iones de litio se han convertido en la batería empaquetada más segura al ser la química de la batería más peligrosa.

Tal vez se pregunte qué los hace realmente tan peligrosos.

Otras químicas de batería, como las de plomo-ácido o NiMH o NiCad, no están presurizadas a temperatura ambiente, aunque el calor genera algo de presión interna. También tienen electrolitos acuosos no inflamables. Almacenan energía en forma de una reacción de oxidación/reducción relativamente lenta, cuya tasa de liberación de energía es demasiado baja para, por ejemplo, hacer que expulsen chorros de llama de 6 pies. O cualquier llama, en realidad.

Las baterías de iones de litio son fundamentalmente diferentes. Almacenan energía como un resorte. Eso no es una metáfora. Bueno, como dos resortes. Los iones de litio son forzados entre los átomos del material del ánodo unido covalentemente, separándolos y 'estirando' los enlaces, almacenando energía. Este proceso se llama intercalación . Tras la descarga, los iones de litio salen del ánodo y entran en el cátodo. Esto es muy electromecánico, y tanto el ánodo como el cátodo experimentan una tensión mecánica significativa debido a esto.

De hecho, tanto el ánodo como el cátodo aumentan o disminuyen alternativamente en volumen físico dependiendo del estado de carga de la batería. Sin embargo, este cambio de volumen es desigual, por lo que una batería de iones de litio completamente cargada en realidad ejerce una presión no trivial sobre su contenedor u otras partes de sí misma. Las baterías de iones de litio generalmente están bajo mucha presión interna, a diferencia de otros productos químicos.

El otro problema es que su electrolito es un solvente volátil y extremadamente inflamable que se quemará con bastante fuerza y ​​facilidad.

La química compleja de las celdas de iones de litio ni siquiera se comprende por completo, y hay algunas químicas diferentes con diferentes niveles de reactividad y peligro inherente, pero las que tienen una alta densidad de energía pueden sufrir un desbordamiento térmico. Básicamente, si se calientan demasiado, los iones de litio comenzarán a reaccionar con el oxígeno almacenado como óxidos metálicos en el cátodo y liberarán aún más calor, lo que acelerará aún más la reacción.

Lo que inevitablemente resulta es una batería que se enciende sola, rocía su electrolito solvente altamente inflamable y lo enciende rápidamente también, ahora que hay disponible un nuevo suministro de oxígeno. Sin embargo, eso es solo fuego adicional, todavía hay una tonelada de fuego del metal de litio que se oxida con la amplia reserva de oxígeno en el interior.

Si se calientan demasiado, eso sucede. Si se sobrecargan, se vuelven inestables y los golpes mecánicos pueden hacerlos estallar como una granada. Si se descargan en exceso, parte del metal del cátodo sufre una reacción química irreversible y forma derivaciones metálicas. Estas derivaciones serán invisibles, hasta que la carga expanda parte de la batería lo suficiente como para que una de estas derivaciones perfore la membrana de separación, creando un cortocircuito total, que por supuesto resulta en un incendio, etc.: El modo de falla de iones de litio que conocemos y amar.

Entonces, para ser claros, no solo es peligrosa la sobrecarga, sino también la descarga excesiva, y la batería esperará hasta que haya bombeado una tonelada de energía antes de fallar espectacularmente, y sin ninguna advertencia o señal medible. .

Eso cubre las baterías de consumo. Sin embargo, todo este circuito de protección es menos capaz de mitigar el peligro de las aplicaciones de alto consumo. El drenaje alto genera una gran cantidad de calor (lo cual es malo) y, lo que es más preocupante, provoca una gran cantidad de estrés mecánico en el ánodo y el cátodo. Las fisuras pueden formarse y ensancharse, provocando inestabilidad si no tiene suerte, o simplemente una vida útil más corta si no es demasiado grave. Es por eso que ve LiPos calificados en 'C', o qué tan rápido se pueden descargar de manera segura. Por favor, tómese esas clasificaciones en serio y redúzcalas, tanto por seguridad como porque muchos fabricantes simplemente mienten sobre la clasificación C de sus baterías.

Incluso con todo eso, a veces un RC Lipo simplemente se incendiará sin motivo alguno. Es absolutamente necesario prestar atención a las advertencias para nunca cargarlos sin supervisión, y todo lo demás. Debe comprar una bolsa de seguridad para cargarlos porque podría evitar que su casa se queme (posiblemente con usted o sus seres queridos adentro). Incluso si el riesgo es muy bajo, el daño que puede causar es enorme y las medidas necesarias para mitigar la mayor parte de ese daño potencial son triviales.

No ignores todo lo que te digan, todo es perfecto. Proviene de personas que han aprendido a respetar las LiPo por lo que son, y tú también deberías hacerlo. Lo que definitivamente quiere evitar es que una batería de iones de litio le enseñe esta lección, en lugar de sus compañeros en línea y fuera de línea. Este último podría insultarte en un foro, pero el primero literalmente te insultará.

¡Veamos algunos videos de cosas explotando!

Déjame profundizar un poco más en cómo fallan. He discutido el mecanismo, pero ¿qué sucede realmente? Las baterías de iones de litio en realidad solo tienen un modo de falla, que es una especie de explosión y luego dispara una cantidad asombrosamente enorme de fuego en un chorro gigante de llamas durante varios segundos, y luego continúa con las actividades generales relacionadas con la quema por un tiempo después de eso. Se trata de un incendio químico, por lo que no puede extinguirlo (las baterías de iones de litio seguirán disparando enormes chorros de fuego incluso en el vacío del espacio. El oxidante está contenido en el interior, no necesita aire ni oxígeno para arder). Ah, y echarle agua al litio no sirve de nada , al menos en términos de reducción del fuego.

Aquí hay una lista de "grandes éxitos" de algunos buenos ejemplos de fallas. Tenga en cuenta que esto sucede a veces en casos RC de alto consumo, incluso con las medidas de seguridad adecuadas. La comparación de aplicaciones de alto consumo con las corrientes mucho más seguras y más bajas de los teléfonos no es válida en absoluto. Cientos de amperios ≠ unos pocos cientos de miliamperios.

Fallo del avión RC.

El cuchillo apuñala una batería del tamaño de un teléfono inteligente.

LiPo sobrecargado explota espontáneamente.

La batería de la computadora portátil en una fuga térmica se presiona ligeramente y hace que explote.

Esta es una respuesta genial. Ojalá pudiera votarlo dos veces.
En realidad, las baterías de NiMH de carga rápida también producen cantidades significativas de presión interna. Las hojas de especificaciones que analizan cómo funciona la química y lo que debe hacer para hacer un cargador rápido seguro son... interesantes... de lectura. La gente quiere mucha energía almacenada en un espacio pequeño rápidamente; eso siempre es una cuestión de averiguar qué tan fuerte puedes empujar la química mientras la mantienes (razonablemente) segura.
@keshlam ¿Tiene algún enlace a dichas hojas de especificaciones?
No es práctico. Los encontré buscando notas de diseñadores de fabricantes...
¿Las baterías de litio están bajo presión? Tengo un montón de baterías de LiCoO2 que son básicamente bolsas de plástico. Si generan algún tipo de presión interna ("puff"), eso es malo. Pensé que el 99% del problema es que el electrolito reacciona con el agua/aire.
¡No se olvide de los defectos celulares internos! Pueden hacer que un Li-Ion se desboque incluso si se ha manejado con cuidado durante toda su vida.
Aparentemente, lo correcto cuando te enfrentas a una explosión/incendio de batería es meter la cabeza directamente en ella inmediatamente después, como el chico del primer video...
Ahora me aterrorizan las pilas. (También creo que es divertido que solo tenga un modo de falla, incluso en el espacio).
Indeed, every single phone battery, laptop battery, *whatever battery that is a rechargeable lithium chemistry is the most closely monitored, scrutinized, and actively managed diametric opposite of 'unattended' as one can get for a battery. ¿Desmontaste alguna batería RC recientemente? Lo pregunto porque he visto varios que no tienen ningún tipo de circuito de protección. Cuando combina eso con el entorno hostil de, por ejemplo, aviones RC, creo que hay lugar para cierta preocupación y eso puede explicar los numerosos videos de vehículos RC que explotan y se queman.
@AndrejaKo En TEORÍA, incluso las baterías RC deberían tener protección. En términos generales, las celdas tienen un pequeño circuito de protección adjunto, además el cargador debe ser inteligente para evitar la sobrecarga. lygte-info.dk/info/battery%20protection%20UK.html
@NickT: LiCoO2 se desgasificará y soplará cuando se sobrecargue o sobredescargue (básicamente cualquier operación que aumente significativamente su temperatura). No es raro que este inflado supere la fuerza del sellado de las bolsas de plástico. Una vez que se abre el sello, el litio casi puro ahora está expuesto a las moléculas de agua en el aire y se sabe que se quema (hay varios casos documentados de casas que se queman como este tipo: rcgroups.com/forums/showthread.php?t= 1201043 )
@Aron: En teoría y práctica, las baterías RC tienen CERO circuitos de protección. Me gustaría señalar que hay una gran diferencia entre las baterías RC y las baterías de juguete para juguetes RC (que tienen protección). La industria de los pasatiempos RC (a diferencia de la industria de los juguetes) ha asumido que la protección pertenece a los circuitos externos como el cargador de batería y el ESC. Incluso entonces, la mayoría de los cargadores de batería de grado aficionado básicamente le permiten (¿requiere?) Configurar la "protección" configurando la corriente máxima suministrada. No tienen sensores para detectar automáticamente que la configuración es incorrecta.
@Aron Aquí hay una foto de cómo se ve un cierto tipo de batería RC LiPo en el interior. Depende completamente del cargador/balanceador y del ESC proporcionar seguridad aquí.
+1 pregunta relacionada: he tenido una batería de iones de litio en mi armario durante años. ¿Es seguro dejarlo allí por más años? ¿Cuánto tiempo puedo mantenerlo allí? No me importa si va a dejar de cargar, pero me importa si va a incendiar mi casa...
Tu respuesta me puso muy nerviosa, es como si todos lleváramos cajitas de vidrio frágil que suspenden en su centro una gota de antimateria aislada que volaría la caja si se hiciera añicos.
Una respuesta asombrosa y experta, no tenía idea de que las "baterías que todos usamos todo el tiempo" son inherentemente "increíblemente peligrosas" y solo se protegen a través, básicamente, de protectores de software. Asombroso.
@AdamHaun Es una precaución de seguridad integrada en StackExchange para evitar que explote espontáneamente debido a un exceso de votos...
Leí este hilo anoche y, literalmente, tuve pesadillas en las que mi teléfono y mi computadora explotaban y prendían fuego a mi cama conmigo dentro.
¿Por qué aparentemente las LiFePO4 son mucho más estables que otras variantes de iones de litio?
Por cierto, el agua ayuda a apagar los incendios de las baterías de iones de litio. Es el hielo lo que no funciona.
"Almacenan energía como un resorte. Eso no es una metáfora". Pero es un símil. :-D Excelente respuesta, por cierto. Es uno de los mejores que he leído en meses.
¡Respuesta aterradora pero brillante! Y dicen que no use un teléfono celular durante el despegue del vuelo. Me pregunto por qué no tienen regulaciones para teléfonos inteligentes a bordo de aviones. ¿No vale la pena considerar las probabilidades de explotar una batería LiPo en un avión?
@VinitShandilya Se supone que las baterías dentro del equipo están suficientemente protegidas (pero vea el Samsung Galaxy Note 7). Las baterías "desnudas" no están permitidas a menos que tengan un tamaño inferior a cierto y se almacenen en bolsas ignífugas en el equipaje de mano.
Debe haber una sección de respuesta destacada en este sitio y esta respuesta debe estar en el primer lugar. +infinito
¿Cómo se puede cuantificar cuánto miedo existe? ¿Cómo se compara la tasa de mortalidad de LiPo con otras causas de accidentes o muertes diarias? ¿Cuántas causas fueron causadas por un error humano? ¿Es adecuada la mejora de la calidad y la sensibilización del público?
cada celular? Mi teléfono celular usa una batería de NiCd. Sí, es viejo.
¿Las baterías LiFePO4 tienen los mismos modos de falla?
@slebetman ¡Vaya! Eso DEBERÍA estar prohibido por la ley, pero lamentablemente no hay estatutos que lo cubran.
@Demi LiFePO4 tiene los mismos modos de falla pero tienden a emitir humo en lugar de llamas. En otras palabras, las baterías LiFe generan significativamente menos calor cuando fallan. Aún así, generan calor. Entonces se convierte en una cuestión probabilística: la probabilidad de provocar un incendio es mucho menor pero sigue ahí.
"Ah, y echarle agua al litio no sirve de nada". Ese video muestra litio de una celda de batería primaria de litio (metal). En las celdas secundarias de iones de litio hay muy poco litio. Todavía es cierto que el agua no es la forma más eficaz de extinguir un incendio de una batería de iones de litio, pero no por este motivo, y el uso de agua no empeorará un incendio de iones de litio.
@BrtH De hecho, según fuentes acreditadas, se recomienda que el agua sea un método eficaz para extinguir incendios de baterías de iones de litio . Esto a menudo se pasa por alto y / o se malinterpreta debido a dicha confusión (generalmente común) entre las baterías de litio primarias y secundarias.
¿Sería problemático cargar una batería que todavía está caliente al tacto por el uso (un LiPo de una sola celda de un pequeño helicóptero rc) durante un minuto antes de desconectar la batería del cargador, por ejemplo, para la vida útil y la seguridad (lo hice exactamente una vez por error) ?

Para usar las baterías Lipo de manera segura, debe tratarlas con el mismo respeto que cualquier cosa que pueda almacenar y liberar rápidamente una gran cantidad de energía química y/o eléctrica. Cuanto más grande sea la batería y menor sea la resistencia interna (por ejemplo, mayor clasificación C), más deberá tener cuidado. Se pueden usar de manera segura... al igual que la gasolina se puede usar de manera segura, pero para hacerlo debe aprender cómo funcionan y cómo pueden fallar.

Cuando lo piensa, no sorprende que, por ejemplo, una batería Tesla tenga aproximadamente el mismo nivel de riesgo que el tanque de gasolina que reemplaza... ambos almacenan mucha energía que puede liberarse rápidamente cuando sea necesario. Bueno, en realidad, miento un poco porque una batería Tesla solo contiene la energía de un pequeño tanque de gasolina y tiene más controles de seguridad incorporados.

He usado baterías Lipo grandes de forma segura en aviones y helicópteros R/C de alto rendimiento (baterías de hasta 90C) durante aproximadamente 15 años (fui uno de los primeros en adoptarlas). Además de mi propia experiencia, tengo la de otros en mis clubes. He visto paquetes fallar en el pasado, pero ahora es muy raro, porque hemos aprendido a usarlos con respeto. Esto es lo que aprendí viviendo la vida al límite. :)

Modos de fallo

Los modos de falla más comunes son:

  • daño físico (esto hace que se produzca un cortocircuito interno)
  • sobrecarga (causada por un cargador defectuoso/malo)
  • sobrecalentamiento debido a una alta corriente de descarga (provoca un paquete hinchado o peor si el calor es muy alto)

Los modos de falla menos comunes de los que he oído hablar (pero nunca he presenciado) son:

  • falla espontánea de la celda debido a una fabricación de mala calidad que causó un cortocircuito interno (generalmente agravado por una descarga física, pero no siempre)

Todos los modos de falla enumerados anteriormente pueden resultar en "ventilación con humo" o "ventilación con llamas". Las liposucciones más nuevas con electrolitos menos volátiles pueden "ventilarse con humo", pero nunca se puede estar seguro; así que tienes que planear para el peor de los casos.

Procedimiento operativo estándar (POE)

Este es el procedimiento operativo estándar mínimo (SOP) para usar paquetes de lipo desnudos de descarga alta (cualquier paquete R/C es de descarga alta):

Protección Física

  • las células deben protegerse del daño físico
  • si su entorno es duro, considere un paquete rígido de automóvil R / C (estuche de fibra de carbono alrededor de Lipos blandos)
  • las celdas deben ser inspeccionadas por daño físico antes y después de cada uso
  • Si alguna celda se daña físicamente de alguna manera, debe trasladarse a un área segura contra incendios y luego descargarse lentamente (1C) a 2 voltios por celda o menos, y luego desecharse de manera segura (ninguna celda dañada debe considerarse segura nuevamente) )
  • NO transporte células dañadas; trátelos con el mismo respeto que trataría a un fuego artificial cuya mecha no está seguro de que se haya apagado todavía y que aún podría estallar en cualquier momento.

Por cierto, a diferencia de lo que escribió @metacolin, ES seguro descargar una Lipo a bajo voltaje y es lo mejor que se puede hacer antes de desechar un paquete. Desea eliminar toda la energía química de un paquete para que sea seguro. Lo que no es seguro es descargar una celda por debajo de 2V y luego cargarla. Cargar una celda de bajo voltaje puede hacer que el litio se acumule y haga que la celda sea inestable.

Carga (este es el momento más crítico para la seguridad)

  • haga esto lejos de cualquier cosa inflamable y que no sufra daños por humo (por ejemplo, afuera)
  • asegúrese siempre de que cada celda esté siendo monitoreada individualmente durante la carga; un cargador R/C de calidad con carga "equilibrada" hará esto
  • verifique los voltajes de las celdas antes de cargar (un cargador R/C de calidad lo hará automáticamente), si alguna celda está por debajo de 3 V, trate el paquete con sospecha y equilibre la carga lentamente para ver si se recupera
  • si el voltaje de alguna celda es inferior a 2 V, no cargue (un cargador de calidad lo hará automáticamente); descargue las otras celdas y luego deseche el paquete de manera segura... una vez que una celda baja de 2 V, ya no es seguro cargarla porque el metal de litio puede acumularse y hacer que la celda sea inestable durante la carga posterior
  • no use un cargador de gama baja que tenga una buena calibración de voltaje

Descarga

  • la descarga rápida que acumula demasiado calor es un problema; ver la discusión de calor a continuación
  • la descarga excesiva es segura... una vez; pero nunca vuelvas a cargar; ver la discusión de carga arriba

Calor

  • asegúrese de que las celdas nunca se calienten (debido a una descarga rápida, carga rápida, exposición al sol, etc.) 45 Celsius es el máximo absoluto que tolero... pero menos de 35 Celsius es mucho mejor
  • no descargue ni cargue celdas que estén demasiado frías; caliéntelos primero... las células funcionan mejor entre 10 y 30 grados centígrados; el revestimiento de litio puede volver a ser un problema si se usan cuando están demasiado fríos

Larga vida

  • si quieres que tus celdas duren mucho tiempo (calendario) lo mejor es seguir la regla del 80/20 con las baterías Lipo; es decir, no los descargue por debajo del 20 % de su capacidad o por encima del 80 % de su capacidad; esto es lo que hacen los modernos sistemas de gestión de baterías (BMS) (por ejemplo, Tesla, iPhone, etc.)
  • cuando las baterías estén almacenadas durante más de una semana, asegúrese de que estén cargadas equilibradamente al 60 % de su capacidad por celda (una vez más, un buen cargador R/C puede hacer esto automáticamente por usted).

Pensamientos finales sobre su pregunta

Entonces, sí, si desarrolla SOP seguros y toma medidas para mitigar el riesgo, podría usar un Lipo en su robot. Hasta que comprenda completamente los SOP seguros, ni siquiera consideraría hacer su propio cargador o BMS. La gente inteligente lleva años haciendo cosas así.

De lo contrario, dependiendo de sus necesidades de diseño, tal vez una simple batería NiMh, SLA podría satisfacer sus necesidades. Sin embargo, incluso las baterías NiMh y SLA tienen sus propios SOP a seguir. Por ejemplo, las celdas de NiMh pueden explotar debido a la presión durante la carga si se sobrecargan y su válvula de presión falla. ¡Los SLA generan gas de hidrógeno! durante la carga... por lo que necesitan estar bien ventilados.

Recuerda que todo lo útil también puede ser peligroso. Las liposucciones no son peores que un cuchillo de cocina o un ala de avión llena de queroseno. El truco es aprender a usarlos sabiamente.

Editar: Enfrentando la desinformación

Mito 1

@metacollin, escribe que Lipo "ánodo y cátodo experimentan una tensión mecánica significativa"

Falso ... Las celdas de polímero de litio no están sometidas a ningún estrés significativo durante el funcionamiento normal. Por eso se pueden envasar en bolsas de plástico.

Pero no confíes en mi palabra. Mira a este experto decirlo a las 10:00. (Alerta de spoiler: llama al afecto "benigno").

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

PD: Recomiendo encarecidamente ver el video completo si desea información de un experto (en lugar de alguien aquí que pretende ser un experto).

La química de NiMh o NiCd es, de hecho, más peligrosa en lo que respecta a la acumulación de tensión/presión. Ambos pueden generar un exceso de oxígeno si se sobrecargan. Esta es una de las razones por las que las celdas de NiMh y NiCd están contenidas en latas redondas de metal con ventilaciones de seguridad y no en recipientes de plástico como los LiPo. Lea esta especificación. hoja para una explicación completa:

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

mito 2

@metacollin, "Necesitan circuitos de protección para estar seguros, y no están ni remotamente seguros sin ellos".

cierto _ Sin embargo, lo importante es que el sistema completo de baterías y carga funcionen juntos para mantener todas las celdas de una batería funcionando dentro de las especificaciones. Hay más de una forma (topología) para hacer esto:

  1. Incluya un circuito de "protección" por celda y no confíe en que el cargador o el usuario estén dentro de las especificaciones. El circuito de "protección" hace estas cosas:
    • apague la celda (circuito abierto) si la corriente sube demasiado
    • apague la celda si el voltaje es demasiado bajo
    • apague la celda si el voltaje sube demasiado

Debido a que los circuitos de "protección" montados en celdas solo pueden tener un tamaño limitado, generalmente solo son buenos para escenarios de baja corriente.

  1. Alternativamente, puede usar celdas desnudas siempre que las use siempre con un cargador balanceado inteligente que:
    • se niega a cargar si el voltaje es demasiado bajo
    • asegura que el voltaje de carga nunca suba demasiado

Si desea fusionar, puede colocar un fusible apropiado en línea con el paquete.

Esto es lo que hacen los usuarios de R/C porque quieren que las baterías sean lo más livianas posible y capaces de entregar alta corriente.

  1. La estrategia definitiva es utilizar celdas desnudas conectadas a un sistema de gestión de batería (BMS) más completo. Los BMS pueden tener muchas topologías diferentes según los parámetros para los que esté optimizando. Los BMS también pueden hacer otras cosas no relacionadas con la seguridad, como agregar funciones (por ejemplo, un indicador de estado de carga) e intentar aumentar la vida útil de la batería mediante el control de los parámetros operativos. Los autos eléctricos y las bicicletas eléctricas modernas usan BMS (y no celdas "protegidas"). Además, la electrónica de consumo moderna con LiPo incorporado ha dejado de usar celdas protegidas para usar BMS. Por ejemplo, iPhone, iPod, etc.

Desde un aspecto de seguridad, todas estas configuraciones hacen lo mismo que un sistema completo . Simplemente lo hacen de diferentes maneras porque están optimizados para diferentes parámetros.

Quiere decir que ni siquiera consideraría hacer su propio cargador o BMS, ¿verdad?
@MichaelKjörling con respecto a su primera pregunta: "movimiento": camino corto a la siguiente área segura contra incendios - "transporte": cualquier cosa más larga, que involucre automóviles, trenes, ...
¿Sería problemático cargar una batería que todavía está caliente al tacto por el uso (un LiPo de una sola celda de un pequeño helicóptero rc) durante un minuto antes de desconectar la batería del cargador, por ejemplo, para la vida útil y la seguridad (lo hice exactamente una vez por error) ?

Cuando una gran empresa quiere hacer un cargador LiPo, puede:

R. Tenga expertos en el personal y realice pruebas exhaustivas para asegurarse de que el cargador funcione de manera segura en toda la gama de condiciones de funcionamiento.

B. Compre circuitos integrados o conjuntos prefabricados que hayan recibido el mismo nivel de atención.

C. Subcontratar el trabajo a personas que saben lo que están haciendo.

Cuando construyes un circuito de carga en casa, no haces ninguna de esas cosas.

Las baterías LiPo definitivamente pueden estallar en llamas, como lo puede decir una búsqueda en YouTube . Encontrarás personas destruyendo activamente las baterías con clavos o incluso con un hacha , pero también puedes encontrar ejemplos más realistas, como este de un avión RC que se incendia violentamente debido a un problema de carga.

De ahí las advertencias: las personas en Internet no pueden garantizar que un circuito de carga casero siempre funcione de manera segura, y el modo de falla de LiPo es "bomba". Después de todo, eso es una bomba: se libera mucha energía rápidamente.

Otro factor es que las celdas de iones de litio de todos los tipos pueden incendiarse incluso si puntúa todas sus I y cruza todas sus T cuando se trata de protección: los defectos internos de las celdas apestan.
Vale la pena mencionar que pueden hacer A, B, C y aun así no hacerlo bien la primera vez (por ejemplo, Boeing/Thales/Yuasa).
Esta respuesta merece más amor, ya que no está cubierta por la más votada arriba: los gustos de Apple y Samsung tienen mil millones de dólares que perder si sus productos comienzan a inmolar a los clientes, vendedores aleatorios de eBay de China que producen baterías, cargadores y otros productos falsos. tiene muy poco que perder. Soy muy cauteloso de hacer proyectos con configuraciones caseras de LiPo simplemente porque sé que no sé lo suficiente para estar seguro de que es seguro, y con una muestra de 1 paquete de baterías nunca se puede saber realmente si lo hizo bien. e incluso si incendia su casa, ¿se equivocó o fue una batería defectuosa?
Usted da a entender que los cargadores LiPo comerciales deberían ser seguros porque los fabrican las grandes empresas. Esperaría que el circuito de carga en un teléfono móvil de marca estuviera bien, pero me convencería un poco más de que el cargador que viene con un cuadricóptero de juguete barato, por ejemplo, fuera mejor que lo que yo podría diseñar. Solo tiene que leer algunas preguntas aquí para encontrar ejemplos de diseños de circuitos terribles en productos comerciales.
@nekomatic Muy cierto. Comercial no implica alta calidad. La calidad proviene de hacer A, B y/o C, no de ser una gran empresa. El OP preguntó específicamente sobre los teléfonos Apple y Android, así que eso es lo que estaba pensando cuando escribí mi respuesta.
@ThreePhaseEel Mirando hacia atrás en ese comentario posterior a Galaxy-Note7...
¿Sería problemático cargar una batería que todavía está caliente al tacto por el uso (un LiPo de una sola celda de un pequeño helicóptero rc) durante un minuto antes de desconectar la batería del cargador, por ejemplo, para la vida útil y la seguridad (lo hice exactamente una vez por error) ?

[Aunque esta respuesta tardía puede tener poca exposición ahora que la pregunta ha salido de la lista caliente, creo que es esencial enfatizar aún más el contraste entre las características de seguridad integrales en dispositivos como computadoras portátiles y teléfonos celulares versus la seguridad típicamente mucho menos integral características en dispositivos para aficionados o bricolaje.]

El contexto es esencial al evaluar esas terribles advertencias de seguridad que cita. No están dirigidos a dispositivos como computadoras portátiles y teléfonos celulares (de fabricantes acreditados) que emplean circuitos de protección/administración de batería estrechamente integrados para mantenerlos seguros. Más bien, apuntan a dispositivos menos seguros, por ejemplo, células LiPo desprotegidas utilizadas en pasatiempos de RC para impulsar automóviles, aviones, etc. a control remoto. A continuación, analizamos con mayor profundidad estas diferencias en seguridad.

A diferencia de otras químicas de batería familiares para los consumidores, las baterías basadas en la química de iones de litio son inherentemente mucho más volátiles. Debido a esto, requieren un circuito de administración de batería diseñado con mucho cuidado para protegerlos de fallas catastróficas. Esto incluye mecanismos que evitan que alcancen estados peligrosos (baja carga o sobrecarga, exceso de temperatura, sobrecorriente, etc.) y, además, pueden desactivarlos cuando surgen condiciones peligrosas (por ejemplo, a través de un FET, PTC o un fusible de un disparo). Tal lógica puede incluso incluir algoritmos sofisticados que monitorean continuamente la salud de las celdas para predecir fallas graves inminentes (como un cortocircuito interno, que puede conducir a un descontrol térmico).

A diferencia de la mayoría de los dispositivos de hobby/bricolaje ensamblados por el usuario, para computadoras portátiles y teléfonos celulares, el fabricante tiene el control del diseño de todo el subsistema de energía de la batería, por lo tanto, puede diseñar un sistema muy integrado que incluya sofisticados mecanismos de protección tolerantes a fallas. Dichos diseños siguen estándares de la industria probados en el tiempo y emplean múltiples niveles de redundancia y métodos integrales de análisis de fallas, por ejemplo, análisis de árbol de fallas o FMEA = análisis de efectos y modos de falla.

Puede que le sorprenda la exhaustividad de dichos análisis, por ejemplo, a continuación se muestran 2 de 96 casos considerados en IEEE 1625 2004 , incluido el caso de que una mascota orine en el dispositivo (una PC).ingrese la descripción de la imagen aquí

También puede sorprenderle el alto nivel de redundancia de la protección contra fallas empleada, por ejemplo, de acuerdo con dicho estándar de la industria, las baterías de las computadoras portátiles deben implementar al menos dos métodos independientes para apagar el FET de carga para evitar una sobrecarga catastrófica. Además, si ambos métodos fallan, entonces debe fundirse un fusible químico a prueba de fallas. Este es un fusible especial de 3 terminales activado por voltaje que puede funcionar incluso en condiciones extremas, como cuando el voltaje de la batería cae extremadamente bajo debido a un cortocircuito.

Compare lo anterior con su proyecto de bricolaje o pasatiempos RC donde el usuario final es responsable de integrar los componentes del subsistema de la batería y garantizar que funcionen juntos de manera segura (los componentes son las celdas, la placa de protección BMS/PCM, el dispositivo y el cargador). Hay muchos obstáculos que lo impiden. El usuario puede carecer de conocimientos suficientes. Es posible que el usuario no tenga acceso a hojas de datos e información técnica, que generalmente no está disponible para los consumidores (los fabricantes de celdas desaconsejan encarecidamente el uso directo por parte del consumidor, por ejemplo, recientemente, Sony envió una orden de cese y desistimiento a una tienda de vapeo de Nueva York que vende celdas Sony 18650; consulte a continuación) . Falta de protocolos de comunicación estándar como SBS = Smart Battery Systemen el mundo RC/hobby limita la comunicación entre subsistemas, lo que aumenta enormemente la dificultad de diseñar mecanismos de seguridad sofisticados como los de los portátiles.

Aquí hay un ejemplo de palabras reales: una pregunta del foro de soporte de medidor de gas de batería de TI.

Me pregunto si estos fusibles químicos son un elemento obligatorio de los paquetes de baterías de iones de litio. Estoy trabajando con un proveedor chino de paquetes de iones de litio y produjeron un diseño de paquete basado en un IC de indicador de combustible bq20z45-R1, pero no había un circuito de fusible químico. Además, no había un circuito integrado de protección contra sobrevoltaje secundario como el bq29412. ¿Se requieren el fusible químico y el bq29412 (o un IC similar) para aplicaciones comerciales de paquetes de baterías de iones de litio? ¿Existe un requisito reglamentario? Por cierto, estoy trabajando en el diseño de un dispositivo médico.

Arriba tenemos un ejemplo de un paquete de baterías que carece del segundo y tercer nivel de protección contra sobrecarga descrito anteriormente. Tales omisiones de características de seguridad son comunes en muchos sistemas de administración de baterías más económicos. Por no hablar de algunos fabricantes chinos improvisados ​​que exageran enormemente el nivel de protección implementado. Para reconocer tales omisiones y comprender sus ramificaciones, cuando el usuario final es el ingeniero, debe tener un conocimiento previo adecuado en el campo. Su falta podría dar lugar a diseños con graves defectos de seguridad. Es por eso que los fabricantes de celulares de renombre como LG, Panasonic, Samsung, Sanyo y Sony se niegan a tratar directamente con los consumidores. Los riesgos son demasiado grandes si uno no tiene los conocimientos adecuados para garantizar un diseño seguro.

A continuación se muestra la carta de Sony mencionada anteriormente. Esto es típico de la actitud de los fabricantes de celdas acreditados con respecto a los graves riesgos de seguridad que plantea el uso de celdas sueltas por parte de los consumidores.ingrese la descripción de la imagen aquí

Para mayor comodidad, a continuación se encuentran los enlaces que figuran en la carta:

Incendios y explosiones de cigarrillos electrónicos , Administración de Incendios de EE. UU., FEMA, octubre de 2014

Seguridad de la batería , Asociación de Tecnología del Consumidor.

¿Sería problemático cargar una batería que todavía está caliente al tacto por el uso (un LiPo de una sola celda de un pequeño helicóptero rc) durante un minuto antes de desconectar la batería del cargador, por ejemplo, para la vida útil y la seguridad (lo hice exactamente una vez por error) ?
@Aqqqq Probablemente muy poco o nada. Pero si lo hizo muchas veces, puede tener efectos acumulativos que podrían sumarse a una degradación no trivial. En general, cuanto más tiempo pasa la batería a voltajes y temperaturas extremas, más acelera (¡exponencialmente!) los procesos de degradación interna, por lo que cuanto más pueda superar esto, mejor para la longevidad.
@Aqqqq Consulte estas diapositivas para obtener un buen resumen de los procesos de desratación primaria en las baterías de iones de litio.

Creo que tu información está desactualizada.

Tenía un compañero de trabajo al que le gustaban los aviones RC. Fueron los primeros en adoptar la tecnología LiIon porque son livianos y tienen mucha potencia.

Relató cómo tenían dos modos de falla, uno de los cuales era incindiario. Los aviones explotarían literalmente en una bola de fuego durante el vuelo.

Las celdas comerciales eventuales tienen, leí más tarde, múltiples características de seguridad diferentes integradas en las unidades vendibles, requeridas por la ley.

Ahora están a salvo, siempre y cuando no rompas o rompas uno, o permitas que se caliente demasiado. El control del calor es parte del diseño del dispositivo terminado: es posible que tenga una ventilación deficiente o una fusión térmica incorrecta y, por lo tanto, permita que se vuelva crítico. Algunos productos más nuevos no son tan seguros, en particular las "celdas de bolsa" que no tienen la durabilidad para manipularse sin estar integradas en un dispositivo diseñado correctamente .

Por lo tanto, aprenda a usarlos de manera segura y conozca los detalles específicos de las piezas que elige para su diseño.

3 años después. Yo diría que eso es solo "más o menos cierto, con bastante frecuencia". Con LiIon, las cosas pueden salir mal espectacularmente si se abusa de ellas, y PUEDEN hacerlo si no se abusa de ellas de forma evidente. Los lotes mal diseñados no ayudan :-). || Solo he tenido un incidente de "ventilación con llama", y se debió a un abuso grave. Una netbook vieja con 0 capacidad de batería se dejó en chg durante días. Con una buena batería hubiera estado bien. Después de algunos días estalló en llamas y humo. Estaba sentado en un sofá (sofá) PERO, afortunadamente, había varias capas de cartón brillante que absorbieron la mayor parte de la llama. Salió muy rápido :-).
¿Sería problemático cargar una batería que todavía está caliente al tacto por el uso (un LiPo de una sola celda de un pequeño helicóptero rc) durante un minuto antes de desconectar la batería del cargador, por ejemplo, para la vida útil y la seguridad (lo hice exactamente una vez por error) ?
@Aqqqq eso suena como una nueva pregunta. ¿Qué tal publicarlo como tal? Puede hacer referencia a esta pregunta y respuesta como relevante pero no como una respuesta. Publicar una nueva pregunta en un comentario a una pregunta anterior solo será notado por un pequeño número de personas y no responderá, ya que este no es el lugar para hacer preguntas.
Veo que también publicaste la pregunta idéntica como un comentario justo arriba. Eso no es bueno, aquí.

Todas las grandes respuestas. Aquí hay uno corto. Uno de 7,4 voltios. La batería de 5 amperios por hora tiene 37 vatios por hora de energía, o 133,200 julios. Compare con los 873 julios de energía de boca de un .357 Magnum. El truco es no dejar que se salga un montón de una sola vez por sobrecalentamiento o aplastamiento.

Otro "truco" tampoco es, en un intento de proteger al cliente de los fuegos artificiales de "vela romana", colocar la batería en un contenedor "robusto" sellado y hacer un petardo, ¡o incluso una granada! Asegúrese de no sellar los orificios de ventilación ni bloquearlos, y asegúrese de que cada nivel de contención no comprometa la ventilación para obtener un resultado peor. ¡Cada contenedor de arriba a abajo hasta la batería debe poder ventilarse! Si usted es un fabricante, probablemente debería probar qué sucede cuando se apaga una batería en su producto.