我一直在尝试为由2S 20C 锂聚合物（LiPo）电池供电的小型机器人设计充电系统。如果我信任我在网上阅读的所有内容，我会相信LiPo会在睡眠中杀死我并窃取我的积蓄。如果您足够勇敢地使用LiPo电池，我读到的常见建议是“切勿无人看管”，“切勿在易燃或导电表面上充电”和“切勿以高于1 C的速率充电  ”。

我知道这是审慎的原因，但是锂聚合物电池的实际风险是什么？

几乎每部手机（包括Android和iPhone）都装有LiPo电池，大多数人（包括我自己）在无人看管的情况下（通常是在易燃或导电的表面上）会充电。但是，您从未听说有人因手机爆炸而起火。是的，我知道会发生意外事故，但是现代LiPo电池有多危险？为什么这么多的在线评论员将独立的LiPo电池当作炸弹等着扔掉，却对口袋里的LiPo没有三思而后行呢？

每个手机（以及笔记本电脑以及几乎所有带有充电电池的手机）都使用LiIon / LiPo（在本次讨论中基本上是等效的）。而且您说对了：就实际发生率而言，锂离子和锂聚合物是被最广泛使用的最安全的电池化学成分，无可匹敌。

现在这种无处不在的化学物质没有多次谋杀您和/或您的家人的唯一原因是，这些电池没有被无人照管。您可能没有亲自参加，但这些锂离子电池中的每一个都有大量保护和监视电路，这些电路永久集成在电池组中。它充当网守。它监视电池中的每个电池。

• 它会断开输出端子的连接，并防止它们过度充电。
• 如果它们以太高的电流放电，它将断开输出。
• 如果在电流过高的情况下充电，它将断开输出。
• 如果任何一个电池坏了，则输出断开。
• 如果任何电池过热，则会断开输出。
• 如果任何一个电池单元过放电，它都会断开输出（并永久断开-如果您忘记给锂离子电池充电太长时间，则会发现它将不再充电。它被有效地破坏了，并且提供了保护电路将不允许您为电池充电）。

实际上，每一个电话电池，笔记本电脑电池，无论是可充电锂化学物质的电池，都受到最密切的监控，仔细检查和积极管理，这与“无人值守”的截然相反，因为它可以买到一个电池。

造成如此多麻烦的原因是锂离子电池实际上是如此危险。他们需要保护电路以确保安全，没有保护电路甚至无法远程保护。NiMH或NiCad等其他化学试剂可以相对安全地用作裸电池，而无需任何监控。如果温度太高，它们会发泄（这是我个人所发生的事情），这可能会令人吃惊，但这不会烧毁您的房屋或使您长期呆在燃烧装置中。锂离子电池将同时实现这两者，而这几乎是唯一的结果。具有讽刺意味的是，锂离子电池已成为最危险的电池化学物质，成为最安全的包装电池。

您可能想知道究竟是什么使它们如此危险。

尽管热量确实会产生一些内部压力，但其他电池化学物质（例如铅酸或NiMH或NiCad）在室温下不会加压。它们还具有水性，不易燃的电解质。它们以相对较慢的氧化/还原反应形式存储能量，这种反应的能量释放速率太低，无法使它们喷射出6英尺高的火焰。或任何火焰，真的。

锂离子电池有根本的不同。他们像春天一样储存能量。那不是一个比喻。好吧，就像两个弹簧。锂离子被压在共价键阳极材料的原子之间，将其推开并“拉伸”键，从而存储能量。此过程称为插层。放电时，锂离子从阳极移出，进入阴极。这是非常机电的，因此阳极和阴极都会承受很大的机械应变。

实际上，取决于电池的充电状态，阳极和阴极的物理体积都会交替增加或减少。但是，这种体积变化是不均匀的，因此充满电的锂离子电池实际上会对容器或容器本身的其他部分施加不小的压力。与其他化学物质不同，锂离子电池通常承受很大的内部压力。

另一个问题是它们的电解质是挥发性的，极易燃的溶剂，会剧烈而容易地燃烧。

锂离子电池的复杂化学甚至还没有被完全理解，并且有几种不同的化学物质具有不同的反应性和固有的危险性，但是具有高能量密度的化学物质都可能遭受热失控。基本上，如果它们变得太热，锂离子将开始与作为金属氧化物存储在阴极中的氧发生反应，并释放出更多的热量，从而进一步加速了反应。

不可避免地会导致电池自燃，将其高度易燃的溶剂电解质喷出自身，并立即点燃，因为现在可以提供新鲜的氧气。那不过是额外的火，然而，由于锂金属被充足的氧气储存所氧化，仍有大量的火。

如果它们变得太热，则会发生。如果它们被过度充电，它们将变得不稳定，机械冲击会使它们像手榴弹一样脱落。如果它们过度放电，则阴极中的一些金属会发生不可逆的化学反应，并会形成金属分流器。这些分流器将是不可见的，直到充电使电池的一部分扩展到足以使隔离膜被这些分流器之一刺穿，造成完全短路为止，这当然会导致起火，等等。爱。

因此，需要明确的是，不仅过度充电有危险，而且过度放电也是如此，电池会等到您向其中注入大量能量后才突然出现故障，并且没有任何警告或可测量的迹象。

涵盖了消费电池。但是，所有这些保护电路都无法减轻高消耗应用的危险。高消耗会产生少量的热量（这是不好的），并且更令人担忧，它会在阳极和阴极上产生大量的机械应力。裂缝会形成并扩大，如果不幸的话会导致不稳定，或者如果寿命不太严重则只会缩短使用寿命。这就是为什么您会看到LiPos等级为“ C”或它们可以安全放电的速度的原因。请出于安全考虑，并认真对待并降低其额定值，这是出于安全考虑，因为许多制造商只是对电池的C等级撒谎。

即使有所有这些，有时RC Lipo也会无缘无故爆炸。您绝对需要注意警告，以免在无人看管的情况下对它们以及其他所有内容进行收费。您应该购买一个安全袋来充电，因为它可能会防止房屋被烧毁（可能与您或您所爱的人在一起）。即使风险很低，它可能造成的破坏也是巨大的，减轻大多数潜在破坏所需的措施是微不足道的。

不要忽略您被告知的所有内容-一切都应有尽有。它来自已经学会尊重LiPos本身的人，您也应该这样做。您绝对要避免的事情是，通过锂离子电池而不是在线和离线的同伴来教您这一课。后者可能会在论坛上激怒您，但前者实际上会激怒您。

让我们看一些爆炸的视频！

让我再多谈谈它们如何失败。我已经讨论了该机制，但是实际上会发生什么？锂离子电池实际上只有一种故障模式：先爆炸，然后用巨大的火焰喷射出惊人的大量火焰，持续几秒钟，然后再继续进行与燃烧有关的活动。这是化学火灾，因此您无法扑灭（即使在真空的空间中，锂离子电池仍会发出巨大的火焰。氧化剂包含在其中，不需要空气或氧气即可燃烧）。哦，至少在减少火灾方面，在锂上洒水无济于事。

这是一些很好的失败例子的“最大成功”列表。请注意，即使采取适当的安全措施，有时也会在高排水RC情况下发生。将高耗电量的应用与手机的更安全，更低的电流进行比较根本不是有效的选择。数百安培≠数百毫安培。

RC飞机故障。

刀刺伤了智能手机大小的电池。

过度充电的LiPo自发爆炸。

轻按热失控中的笔记本电脑电池，使其爆炸。

为了安全使用Lipo电池，您必须像对待任何能够存储并快速释放大量化学和/或电能的东西一样对待它们。电池越大，内部电阻越低（例如，较高的C额定值），您需要格外小心。它们可以安全地使用...就像可以安全地使用汽油一样，但要这样做，您必须了解它们的运行方式和故障方式。

考虑到这一点，毫不奇怪，例如，特斯拉电池的风险与其更换的油箱的风险程度相同……它们都存储大量能量，可在需要时迅速释放。好吧，实际上，我说谎是因为特斯拉电池只能容纳一个很小的汽油/汽油箱的能量，并且内置了更多的安全检查功能。

我已经在高性能R / C飞机和直升机中安全使用大型Lipo电池（最高90C电池）已有15年了（我是早期采用者）。除了我自己的经验之外，我在俱乐部中也有其他经验。我曾经看到过打包失败，但是现在真的很少了，因为我们学会了尊重地使用它们。这就是我在边缘学习的生活。:)

失败模式

最常见的故障模式是：

• 人身伤害（这会导致他们内部短路）
• 充电过度（由充电器故障/损坏引起）
• 由于高放电电流而导致过热（导致发烟的包装或如果发热量很高则更糟）

我听说过（但从未目击过）的最不常见的失败模式是：

• 由于制造不佳而导致内部短路（通常因物理震动而加剧，但并非总是如此）而导致的自发性细胞衰竭

上面列出的所有故障模式都可能导致“冒烟或冒烟”。较新的脂类具有较少的挥发性电解质，可以“冒烟”，但您永远不能确定。因此，您必须为最坏的情况做好计划。

标准操作程序（SOP）

这是我使用的高排放（任何R / C包都是高排放）裸脂包的最低标准操作程序（SOP）：

实物保护

• 必须保护细胞免受物理损坏
• 如果您的环境很恶劣，请考虑使用R / C车载硬包（软Lipos周围的碳纤维保护套）
• 每次使用前后，必须检查电池的物理损坏
• 如果任何电池以任何方式受到物理损坏，则应将其移至防火区域，然后缓慢（1C）放电至每个电池2伏或更低，然后安全处置（不再将损坏的电池视为安全电池） ）
• 不要运输损坏的细胞；以相同的方式对待他们，就像对待烟花一样，您不确定它的灯芯是否已经熄灭，并且随时可能熄灭！

顺便说一句，与@metacolin所写的不同，将Lipo放电至低电压是安全的，并且是处置电池组之前的首选操作。您想从包装中除去所有化学能以确保安全。不安全的是先将2V以下的电池放电，然后再充电。给低压电池充电会导致锂析出，使电池不稳定。

充电（这是确保安全的最关键时间）

• 做到这一点要远离任何易燃且不会受到烟气损害的物品（例如室外）
• 始终确保在充电过程中对每个电池进行单独监控；具有“平衡”充电功能的优质R / C充电器可以做到这一点
• 充电前检查电池电压（优质R / C充电器会自动进行此操作），如果任何电池电压低于3V，请怀疑电池组并缓慢平衡充电，以查看是否恢复
• 如果电池电压低于2V，请不要充电（优质充电器会自动充电）；对其他电池放电，然后安全地丢弃电池组…一旦电池电压低于2V，就不再安全充电，因为锂金属可能会镀出并在随后的充电过程中使电池不稳定
• 不要使用具有良好电压校准功能的低端充电器

卸货

• 快速积聚过多热量是一个问题。见下面的热讨论
• 过度放电是安全的... 但永远不要再充电；参见上面的充电讨论

热

• 确保电池永远不会变热（由于快速放电，快速充电，坐在阳光下等）。45摄氏度是我可以忍受的绝对最大值...但低于35摄氏度要好得多
• 不要给太冷的电池放电或充电；首先将它们预热...电池的最佳工作温度约为10摄氏度至30摄氏度；如果过冷使用锂电镀，可能会再次成为问题

长寿

• 如果您想让电池持续很长时间（日历），最好遵循使用锂电池的80/20规则；就是不要将它们排放到容量不足20％或容量超过80％的位置；这就是现代电池管理系统（BMS）的功能（例如Tesla，iPhone等）
• 当电池存放一周以上时，请确保将其均衡充电至每个电池约60％的容量（同样，一个好的R / C充电器可以自动为您完成此操作。）

关于您问题的最终想法

因此，是的，如果您开发安全的SOP并采取措施降低风险，则可以在机器人中使用Lipo。在您完全理解安全的SOP之前，我什至不会考虑制造自己的充电器或BMS。聪明的人花了很多年的时间。

否则，根据您的设计需求，也许一个简单的NiMh SLA电池就可以满足您的需求。但是，即使NiMh和SLA电池也要遵循自己的SOP。例如，如果NiMh电池过度充电并且其压力阀出现故障，则它们可能会在充电过程中由于压力而爆炸。SLA会产生氢气！在充电过程中...因此它们需要通风良好。

记住，所有有用的东西也可能很危险。Lipo的食物并不比厨师刀或装满煤油的飞机机翼差。诀窍是学习如何明智地使用它们。

编辑：面对错误信息

神话1

@metacollin写道，Lipo的“阳极和阴极承受明显的机械应变”

错误 ...锂聚合物电池在正常运行期间不会承受任何明显的压力。这就是为什么可以将它们包装在塑料袋中的原因。

但是不要相信我。观看该专家在10:00所说的话。（扰流板警报：他称这种影响为“良性”。）

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

附注：如果您想从专家那里获得信息，我强烈建议您观看整个视频（而不是假装自己是专家的人。）

实际上，就应变/压力累积而言，NiMh或NiCd化学物质更为危险。如果它们都过度充电，都会产生过量的氧气。这就是为什么将NiMh和NiCd电池装在带有安全通风孔的圆形金属罐中而不是如LiPo的塑料容器中的原因。阅读此规范。完整说明的表格：

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

神话2

@metacollin，“他们需要保护电路以确保安全，没有保护电路甚至无法远程保护。”

是的。但是，重要的是整个电池和充电系统可以协同工作，以确保电池中的所有电池均按规范运行。有多种方法（拓扑）可以完成此操作：

1. 每个电池单元都包含一个“保护”电路，不要依赖充电器或用户来达到规格范围。“保护”电路执行以下操作：
   • 如果电流过高，则关闭电池（开路）
   • 如果电压太低则关闭电池
   • 如果电压过高则关闭电池

由于单元安装的“保护”电路只能具有有限的尺寸，因此它们通常仅适用于低电流情况。

2. 或者，您可以使用裸电池，只要您始终将其与智能平衡充电器配合使用即可：
   • 如果电压太低，则拒绝充电
   • 确保充电电压永远不会过高

如果需要保险丝，可以将适当的保险丝与电池组串联放置。

这是R / C用户所做的事情，因为他们希望电池尽可能轻并能够提供大电流。

3. 最终策略是使用裸线连接到更完整的电池管理系统（BMS）中。根据要优化的参数，BMS可以具有许多不同的拓扑。BMS还可以做其他与安全无关的事情，例如添加功能（例如电量状态表）并通过控制操作参数来尝试增加电池的使用寿命。现代电动汽车和电动自行车使用BMS（而不是“受保护的”电池）。此外，内置LiPo的现代消费电子产品已从使用受保护的电池转向使用BMS。例如iPhone，iPod等

从安全的角度来看，所有这些设置都与一个完整的系统具有相同的作用。他们只是以不同的方式进行操作，因为它们针对不同的参数进行了优化。

当一家大公司想要制造LiPo充电器时，他们可以：

答：请专业人员进行大量测试，以确保充电器在整个工作条件下都能安全工作。

B.购买经过同样级别维护的预制IC或组件。

C.将工作分包给知道自己在做什么的人。

当您在家中建立充电电路时，您不会做任何事情。

正如YouTube搜索可以告诉您的那样，LiPo电池肯定会爆炸。你会发现人们积极地摧毁用指甲，甚至电池斧头，但你也可以找到更现实的例子，像这一次的遥控飞机猛烈地冲进火焰由于充电问题。

因此，警告-互联网上的人们无法保证自制的充电电路将始终安全工作，并且LiPo的故障模式是“炸弹”。毕竟，这就是炸弹—快速释放大量能量。

[尽管这个问题已经退出了热门话题，但是这个较晚的答案可能很少受到关注，但我认为，有必要进一步强调笔记本电脑和手机等设备的全面安全功能与通常远远不够全面的安全性之间的对比。或DIY设备中的功能。]

在评估您引用的那些可怕的安全警告时，上下文至关重要。它们不适用于笔记本电脑和手机（来自著名制造商）的设备，这些设备采用紧密集成的电池管理/保护电路来确保其安全。相反，它们针对的是不太安全的设备，例如，在RC爱好中使用的不受保护的LiPo电池为远程控制汽车，飞机等提供动力。下面我们将更深入地研究这些安全性差异。

与消费者熟悉的其他电池化学不同，基于锂离子化学的电池固有地易挥发。因此，它们需要非常精心设计的电池管理电路，以保护它们免受灾难性故障的影响。这包括防止它们进入危险状态（过低或过充电，过热，过电流等）的机制，并且还可以在出现危险情况时（例如通过FET，PTC或单发保险丝）将其禁用。这样的逻辑甚至可以包括复杂的算法，这些算法可以连续监视电池的运行状况，以预测即将发生的严重故障（例如内部短路，这可能导致热失控）。

与大多数用户组装的爱好/ DIY设备不同，对于笔记本电脑和手机，制造商可以控制整个电池电源子系统，因此他们可以设计一个非常紧密集成的系统，其中包括复杂的容错保护机制。这样的设计遵循经过时间考验的行业标准，并采用多级冗余和全面的故障分析方法，例如故障树分析或FMEA =故障模式和影响分析。

您可能会对这种分析的全面性感到惊讶，例如，以下是IEEE 1625 2004中考虑的96个案例中的2个，包括宠物在设备（PC）上小便的情况。

您还可能会对故障保护的高冗余度感到惊讶，例如，根据所述行业标准，笔记本电脑电池必须采用至少两种独立的方法来关闭充电FET，以防止灾难性的过度充电。此外，如果两种方法均失败，则必须熔断故障安全的化学保险丝。这是一种特殊的电压触发3端子保险丝，即使在极端条件下（例如，由于短路而使电池电压下降到极低的情况），它也可以工作。

将以上内容与您的DIY项目或RC爱好进行对比，在这些爱好中，最终用户负责集成电池子系统的组件并确保它们安全地一起运行（这些组件是电池，BMS / PCM保护板，设备和充电器）。有许多障碍阻碍了这种情况。用户可能缺乏足够的知识。用户可能无法访问数据表和技术信息，而通常无法向消费者提供这些信息（电池制造商强烈不鼓励直接使用消费者，例如，索尼最近向销售索尼18650电池的NYC vaping商店发出了停产和停产订单-参见下文） 。缺乏标准通讯协议，例如SBS =智能电池系统 在RC /业余爱好世界中，子系统之间的通信受到限制，这极大地增加了设计复杂安全机制（如笔记本电脑中的机制）的难度。

这是一个真实的例子：来自TI电池电量计支持论坛的问题。

我想知道这些化学保险丝是否是锂离子电池组的强制性元素。我正在与一家中国锂离子电池组供应商合作，他们根据bq20z45-R1电量计IC制作了电池组设计，但没有化学保险丝电路。另外，没有bq29412等次级过压保护IC。商用锂离子电池组应用是否需要化学保险丝和bq29412（或类似IC）？有监管要求吗？顺便说一句，我正在从事医疗设备设计。

上面我们有一个缺少上述第二和第三级过充电保护的电池组示例。在许多便宜的电池管理系统中，这种安全功能的遗漏是很常见的。更不用说一些夜间飞行的中国制造商，它们大大夸大了实施的保护水平。为了识别此类遗漏并理解其后果，当最终用户是工程师时，他们必须在现场具有足够的背景知识。缺少这些可能会导致设计存在严重的安全缺陷。因此，LG，松下，三星，三洋和索尼等知名电池制造商拒绝直接与消费者打交道。如果没有足够的知识来确保安全的设计，则风险将太大。

以下是上面提到的Sony信。这是知名电池制造商对于消费者使用松散电池所造成的严重安全风险的典型态度。

为方便起见，以下是信件中给出的链接：

电子烟着火和爆炸，美国消防局，FEMA，2014年10月

电池安全，消费者技术协会。

所有好的答案。这是一个简短的。7.4伏 5安时电池的电量为37瓦时，即133,200焦耳。与.357马格南873焦耳的能量相比。诀窍是不要通过过热或压碎立即将其堆放掉。

我认为您的信息已过时。

我有一个正在遥控飞机上的同事。他们是锂离子技术的早期采用者，因为它们重量轻且拥有很大的力量。

他讲述了他们有两种失败模式，其中一种是焚化模式。飞机在飞行中实际上会在火球中爆炸。

后来我读到，最终商业单元已将多个不同的安全功能集成到法律要求的可售单元中。

只要您不破坏或破坏它，或者让它变得太热，它们现在就很安全。 热量控制是完成的设备设计的一部分：您的通风不良或热熔合可能不适当，因此变得至关重要。一些较新的产品不太安全，尤其是“袋式电池”，如果不将其集成到设计适当的设备中，则无法承受耐久性。

因此，学习如何安全地使用它们，并了解选择用于设计的零件的具体细节。