Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
PCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?

magic9 17 Maj 2019 12:10 1659 8
  • Akumulatory Li-ION mają wiele zalet.

    Przede wszystkim mają dużą gęstość energetyczną, dzięki temu są lżejsze i mniejsze w porównaniu z akumulatorami o podobnym napięciu i pojemności w technologii Ni-MH, Ni-CD, czy Lead-Acid. Kolejnymi zaletami są płaska charakterystyka napięciowa rozładowania, relatywnie duże prądy ładowania, brak „efektu pamięci”, co oznacza, że można doładować akumulator bez konieczności jego rozładowania do końca, małe samorozładowanie.

    Wszystkie te zalety sprawiają, że akumulatory Li-ION są powszechnie stosowanie i można je spotkać w wielu urządzeniach zasilanych akumulatorowo. Prawidłowo zaprojektowane i eksploatowane akumulatory Li-ION są pewnym źródłem energii. Mają one jednak ciemną stronę swojej natury, która może się objawić w przypadku, gdy zostaną przekroczone parametry i warunki pracy określone przez producenta.

    W celu zapewnienia sobie bezpieczeństwa i długiej bezproblemowej eksploatacji akumulatora Li-ION należy przestrzegać kliku zasad oraz stosować do ładowania tylko sprawdzony sprzęt (ładowarka XTAR OVER 4 SLIM).

    Pierwsza i podstawowa zasada to przestrzeganie parametrów pracy zawartych w karcie katalogowej.

    Przeładowanie akumulatora może doprowadzić do wzrostu temperatury i ciśnienia w jego wnętrzu, oraz zmiany struktury chemicznej akumulatora, a co za tym idzie, do jego wybuchu i pożaru.

    Ładowanie prądem o zbyt dużej wartości jest równie niebezpieczne.
    Należy zatem stosować ładowarki dedykowane do tej technologii i odpowiednie pod kątem napięcia i prądu.

    Zbyt głębokie rozładowanie jest destrukcyjne dla chemii akumulatora, który traci możliwość przyjmowania energii. Próba ładownia akumulatora Li-ION, który został zbyt głęboko rozładowany może być niebezpieczne.

    Nie wolno zwierać biegunów akumulatora (może okazać się, iż nie będzie możliwości rozwarcia zwartych biegunów, ponieważ zwora może się przyspawać do biegunów). W najlepszym przypadku akumulator zostanie zniszczony przez prąd zwarciowy. Należy jednak liczyć się również z pożarem.

    Kolejnym zagrożeniem jest przegrzanie akumulatora Li-ION.
    Może to mieć miejsce, gdy temperatura pracy ogniwa zostanie przekroczona, czy to w wyniku obciążenia zbyt dużym prądem, czy to w wyniku warunków zewnętrznych lub kombinacji obu tych czynników. I tak jak poprzednio, najmniejszy wymiar kary to utrata parametrów pracy, a najwęższy to pożar.

    Zbyt niska temperatura również może doprowadzić do chemicznej degradacji akumulatora tak, że utraci on swoje parametry.
    Próba ładowania tak uszkodzonego akumulatora może być również niebezpieczna.

    Akumulatory zabezpieczone

    W celu ograniczenia możliwość wystąpienia wspomnianych zagrożeń, akumulatory Li-ION powinny być wyposażane w elektroniczne układy zabezpieczeń PCM lub BMS.

    Układy te pełnią jedynie funkcje bezpieczeństwa i w nie powinny brać udziału w prawidłowej pracy aplikacji.

    W przypadku ładowania, to ładowarka ma zapewnić co najmniej odpowiednią charakterystykę prądową i napięciową procesu, bywa też, że ładowarka również kontroluje temperaturę procesu.

    Przy rozładowaniu, to zasilana aplikacja powinna rozłączyć się przy napięciu bezpiecznym dla akumulatora i nie pobierać prądów nadmiarowych dla ogniwa oraz uniemożliwiać pracę poza możliwym zakresem temperatur.

    Oprócz wspomnianych układów PCM i BMS akumulatory Li-ION są również wyposażane w niezależnie od nich bezpieczniki, stanowiące kolejną linię obrony przed sytuacją krytyczną, jaką jest zwarcie. Stosuje się też wyłączniki temperaturowe lub termistory.

    Uszkodzenia akumulatorów

    Wszystkie te zabezpieczania nie chronią niestety przed uszkodzeniami mechanicznymi, które są bardzo groźne i mogą mieć tragiczne następstwa.

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?


    Uszkodzenie mechaniczne

    Najgorszy przypadek to uszkodzenie mechaniczne akumulatora Li-ION podczas ładowania lub próba ładowania uszkodzonego mechanicznie akumulatora (patrz zdjęcia poniżej). Pożar w takim przypadku jest bardzo prawdopodobny. Oczywiście uszkodzenie mechaniczne, nawet w trakcie transportu czy rozładowywania może skutkować gwałtownym pożarem. Czasami wystarczy upadek ogniwa, aby uszkodzić go wewnętrznie lub spowodować deformację połączeń wewnątrz pakietu akumulatorów. Wszystko zależy od skali defektu.

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?



    Poniższe zdjęcie przedstawia pakiet, w którym zamontowano mechanicznie wgniecione ogniwa. Jest to niedopuszczalne.

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?


    Jak widać poniżej grozi to poważnymi konsekwencjami.

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?


    Przed użyciem należy dokonać dokładnej oceny wizualnej akumulatora Li-ION. Mechaniczne uszkodzenia zewnętrzne, jak wgniecenia czy pęknięcia, powinny być sygnałem do wyłączenia akumulatora Li-ION z dalszej eksploatacji.

    Znaczenia tutaj nabierają odpowiednio zaprojektowanie obudowy, miejsca montażu akumulatora w aplikacji i pojemniki transportowe.

    Zdarza się, że pakiety akumulatorów Li-ION przeznaczonych do wymagających aplikacji, mają, oprócz sztywnych obudów w włókien węglowych, szklanych lub metalu, dodatkowe wkłady wewnętrzne z kevlaru, aby zabezpieczyć ogniwa przed skutkami przebicia obudowy.

    Podsumowując, akumulator Li-ION jest bardzo wydajnym i szeroko stosowanym źródłem energii, lecz trzeba zadbać o jego bezpieczeństwo i prawidłowe warunki pracy.

    W przeciwnym razie można narazić się, w najlepszym przypadku, na koszty związanie z koniecznością nabycia nowego akumulatora, a w najgorszym przypadku na pożar akumulatora, mogący mieć daleko idące konsekwencje.

    Akumulatory z rozbiórki

    Ważne jest również, by nie używać akumulatorów pochodzących z rozbiórki oraz by nie tworzyć z nich kolejnych pakietów. Nie znając ich historii oraz pochodzenia, korzystanie z takowych jest bardzo ryzykowne. Poza niewiedzą dotyczącą stanu takiego akumulatora, podczas demontażu powstają na biegunie ujemnym mikropęknięcia i dziurki, które w trakcie pracy ogniwa będą się powiększać i powodować co najmniej niestabilną pracę akumulatora, a w skrajnym przypadku destrukcję i pożar.

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?


    Ogniwo po demontażu. Widać wyraźne ślady oderwanego łącznika.

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?


    Po oszlifowaniu wyraźnie widać, że po jednym zgrzewie pozostał otwór. Reszty uszkodzeń „gołym” okiem nie widać, ale z całą pewnością one są. Ponadto, po zgrzewaniu i szlifowaniu struktura kubka ogniwa jest na tyle uszkodzona, że nie mamy żadnej pewności, jak takie ogniwo się zachowa.


    Pokusiliśmy się o eksperyment wykonania takiego pakietu z kilkoma ogniwami po demontażu. Już przy pierwszym teście dla maksymalnego obciążenia nastąpił wyciek elektrolitu:

    Jak bezpiecznie użytkować akumulatory Li-ION?


    Wyraźnie pokazuje to, że stosowanie ogniw po demontażu jest bardzo poważnym zagrożeniem bezpieczeństwa użytkowania o parametrach tak skonstruowanego pakietu nawet nie warto wspominać.

    Bezpieczne akumulatory oraz pakiety ogniw wykonywane pod konkretne wymagania projektu Klienta można zamówić na stronie https://www.bto.pl/
    Konfigurator pakietów znajdziesz tutaj: https://www.bto.pl/konfigurator/krok1.aspx

    Ekspert Elektroda.pl

    [Artykuł sponsorowany]

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    Zajmuję się głównie publikacją tekstów sponsorowanych. Redaguję i koryguję artykuły. Odpowiadam przede wszystkim za ich poprawność językową - sprawdzam, czy nie zawierają błędów ortograficznych, językowych i typograficznych.
    Specjalizuje się w: redaktor treści elektroda
    magic9 napisał 357 postów o ocenie 125, pomógł 6 razy. Mieszka w mieście Kielce. Jest z nami od 2010 roku.
  • PCBway
  • #2
    grawastar1986
    Poziom 13  
    Najbardziej niebezpieczne według mnie są ogniwa w miękkiej obudowie, cienkie jak w tabletach, telefonach itp. Kiedyś podczas demontażu ogniwa uznanego za uszkodzone i rozładowane, skaleczyłem je niechcący skalpelem. Momentalnie zrobiło się gorące, zaczął lecieć biały gryzący dym. Wrzuciłem je do wody, jeszcze z 20 minut się w wodzie "kotłowało".
  • #3
    Kraniec_Internetów
    Poziom 42  
    magic9 napisał:
    Ładowanie prądem o zbyt dużej wartości jest równie niebezpieczne.

    A w sumie czemu? Bo coś w stylu szybkiego ładowania ogniw byłoby dosyć ciekawe, dbając tylko o to by ogniwa nie przekroczyły pewnej temperatury.
    magic9 napisał:
    Ważne jest również, by nie używać akumulatorów pochodzących z rozbiórki oraz by nie tworzyć z nich kolejnych pakietów. Nie znając ich historii oraz pochodzenia, korzystanie z takowych jest bardzo ryzykowne.

    Oj widać że artykuł sponsorowany przez sklep z ogniwami :P W życiu nie kupiłem żadnego nowego ogniwa 18650, za to kupiłem dziesiątki ogniw z rozbiórek. Może przekroczyłem już setkę. I nigdy nie miałem żadnego problemu, za to masa kasy została w portfelu.
  • PCBway
  • #4
    OldSkull
    Poziom 27  
    grawastar1986 napisał:
    Wrzuciłem je do wody, jeszcze z 20 minut się w wodzie "kotłowało".

    Li + H2O = LiOH + H2
    Lit jest bardzo reaktywny z wodą.

    Lepiej zasypać piaskiem.
    Wodą z solą można pozbawiać ładunku ogniwa nieuszkodzone mechanicznie (ale lepiej moim zdaniem włożyć rezystor między bieguny).
  • #5
    fotomh-s
    Poziom 20  
    Kraniec_Internetów napisał:
    W życiu nie kupiłem żadnego nowego ogniwa 18650, za to kupiłem dziesiątki ogniw z rozbiórek. Może przekroczyłem już setkę. I nigdy nie miałem żadnego problemu, za to masa kasy została w portfelu.


    Nic dziwnego skoro można mieć wysokoprądowe ogniwa z rozbiórki na Alle kilka razy taniej niż takie "przeciętniaki" o prądzie rozładowania 6A w sklepie. Jak ktoś ma za dużo kasy w portfelu to niech kupi sobie dev boarda dla FPGA zamiast wydawać na nowe LI-IONy ;-)
  • #6
    CMS
    Administator HydePark
    Ja również używam ogniw z odzysku, tyle, że sam rozbieram baterie laptopowe, następnie każde ogniwo poddaję testom pod kątem pojemności i rezystancji wewnętrznej. Pomiaru dokonuje zawsze dwa razy, raz przy prądzie rozładowania 500mA a drugi raz przy 1A.

    Nigdy nie miałem żadnych problemów z ogniwami, które odzyskałem, niezależnie czy było to cylindryczne 18650 czy pryzmatyczne.
  • #7
    prosiak_wej
    Poziom 27  
    magic9 napisał:
    stosować do ładowania tylko sprawdzony sprzęt (ładowarka XTAR OVER 4 SLIM).


    Czyli nie mogę ładować i mierzyć ładowarką Imax B6 ogniw, które sam wyciągnąłem z baterii laptopa? ;)
  • #8
    Kraniec_Internetów
    Poziom 42  
    prosiak_wej napisał:
    Czyli nie mogę ładować i mierzyć ładowarką Imax B6 ogniw, które sam wyciągnąłem z baterii laptopa?

    Możesz jeżeli kupisz tą ładowarkę na stronie BTO :P
  • #9
    prosiak_wej
    Poziom 27  
    To moja oryginalna ładowarka z hologramem jest ZŁA, bo kupiłem tam gdzie była tańsza niż w BTO :lol: