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.
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.
Poniższe zdjęcie przedstawia pakiet, w którym zamontowano mechanicznie wgniecione ogniwa. Jest to niedopuszczalne.
Jak widać poniżej grozi to poważnymi konsekwencjami.
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.
Ogniwo po demontażu. Widać wyraźne ślady oderwanego łącznika.
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:
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]
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.
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.
Poniższe zdjęcie przedstawia pakiet, w którym zamontowano mechanicznie wgniecione ogniwa. Jest to niedopuszczalne.
Jak widać poniżej grozi to poważnymi konsekwencjami.
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.
Ogniwo po demontażu. Widać wyraźne ślady oderwanego łącznika.
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:
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]
Cool? Ranking DIY
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.
