Взрывы аккумуляторов на мобильных устройствах. Почему взрываются аккумуляторы в смартфонах и как этого избежать? Механическое повреждение батареи
Почему аккумулятор взрывается?
При несоблюдении правил обслуживания, главное из которых заключается в своевременной доливке дистиллированной воды в банки аккумуляторных батарей для поддержания уровня электролита над пластинами (10-20 мм. в корпусах старых конструкций и 20-40 мм. - в новых), у автомобильных аккумуляторов снижается работоспособность в режиме пуска двигателя и уменьшается надёжность их работы.
Из теории работы свинцовых автомобильных аккумуляторов известно, что процесс их заряда (на автомобиле или на стационарном стенде) сопровождается разложением воды, находящейся в электролите, на газ - водород и кислород. Часть выделяемого кислорода (в атомарном состоянии имеет отрицательный заряд) оседает на жилах решёток положительных пластин, окисляя их и сокращая ресурс аккумуляторной батареи. Другая часть выделяющегося кислорода и водорода выходят из электролита на поверхность, создавая видимость его «кипения», скапливаются под крышками в каждой банке автомобильного аккумулятора.
Если отверстия в пробках не забиты грязью и нет препятствий, то газ легко рассеивается в окружающей среде через эти отверстия. Газ, состоящий в основном из смеси кислорода и водорода (в некотором количестве в этой смеси присутствуют и другие газы) при наличии искры (открытого пламени) горит во взрывном режиме. Сила взрыва и его последствия целиком зависят от количества (объема) газа, скопившегося к этому моменту в закрытом пространстве.
Например, при повышенном значении зарядного напряжения от генератора (при сбоях в работе регулятора напряжения) увеличивается интенсивность газообразования внутри аккумуляторной батареи и, следовательно, возрастает его выделение. При низком уровне электролита (нет регулярных доливок) увеличивается газовый объём под крышками банок внутри корпуса автомобильного аккумулятора, что пропорционально увеличивает силу возможного взрыва.
Скоплению газа около батареи может способствовать применяемое утепление аккумуляторной батареи в зимнее время с целью поддержания её теплового баланса. В описанных условиях любое появление искры (от неисправной электропроводки, либо наличие открытого огня, к примеру - сигареты) опасно для автомобильного аккумулятора - происходит взрыв и разрушение корпуса аккумуляторной батареи.
Детали корпуса при разрушении могут причинять повреждения окружающим предметам и людям. Возникновение искры возможно также от проводов в местах соединения их с полюсными выводами в момент возникновения нагрузки на автомобильный аккумулятор или при тряске (когда длительное время полюсные выводы аккумуляторной батареи и внутренняя поверхность наконечников не очищаются от окислов, нарушается нормальный электрический контакт).
Образование искры возможно также между деталями внутри самой аккумуляторной батареи, когда уровень электролита значительно ниже верхних кромок пластин. Вот так, нарушения техники безопасности и режима обслуживания аккумуляторной батареи, отклонение технических показателей компонентов электрооборудования от установленных норм, служат причиной скопления выделяющегося «гремучего» газа внутри банок, возникновения взрыва и разрушения корпуса автомобильного аккумулятора.
Если внутренние соединения в батарее после взрыва газа сохраняют работоспособность (проверяется разрядом на вилку-пробник), то можно полагать, что дефекта в батарее нет и не было, а причина взрыва связана с несоблюдением правил эксплуатации и внешней искрой. Наличие трещин на боковых стенках корпуса аккумуляторной батареи и повреждения внутренних перегородок между банками автомобильного аккумулятора свидетельствуют о низком уровне электролита.
В банках с нормальным уровнем жидкости стенки корпуса защищены ею от давления взрыва и не получают повреждений - трещины в таком случае могут быть только на крышке. Такой случай является негарантийным и не может являться основанием для бесплатной замены аккумуляторной батареи или возмещения её стоимости, даже если он имел место в момент действующего гарантийного срока, определённого изготовителем.
Справедливости ради, надо отметить, что автоматические системы заливки на производстве автомобильных аккумуляторов иногда, очевидно, из-за сбоев автоматики, недоливают электролит в аккумуляторные батареи и в некоторых случаях они выходят в продажу с неполным объёмом заполнения банок, что создаёт опасность скопления газов и взрыва. Такое на практике встречается. Поэтому важно при установке новой аккумуляторной батареи на автомобиль проводить контроль за наличием нормального уровня электролита в каждой банке (при наличии пробок, конечно). Иногда это позволяет избежать неприятностей.
Сам по себе телефон никогда не взорвется, взорваться может питающий его аккумулятор, который сейчас чаще всего является ионно-литиевoй батареей.
Кoличествo случаев взрыва гаджетoв, в кoтoрых нахoдятся такие батареи, увеличилoсь за пoследние гoды настoлькo, чтo ионно-литиевые и прoстo литиевые аккумулятoры признали oпасным грузoм, и с начала 2016 гoда Междунарoдная oрганизация гражданскoй авиации запретила перевoзить такие батареи в грузoвых oтсеках пассажирских самoлетoв. При этoм аккумулятoры гаджетoв мoжнo везти с сoбoй в салoне, правда, oни дoлжны oтвечать некoтoрым услoвиям: иметь сoдержание лития дo двух граммoв и мощность не бoлее 100 Вт/час.
Как этo происходит?
Канадские ученые из компании CLS задались вопросом, что же происходит внутри аккумуляторной батареи в момент взрыва? Они сумели заглянуть внутрь аккумулятора и опубликовали свои наблюдения в Журнале «Электротехническое сообщество»в Канаде. Оказалось, что все случается из-за замыкания внутри источника питания: литий анода (положительного электрода батареи) реагирует с электролитом. Аккумулятор начинает разогреваться, к процессу подключается материал, из которого сделан катод (отрицательный электрод), а после того как батарея разогревается до двухсот градусов, происходит резкое выделение кислорода, углекислоты и других газов. Аккумулятор раздувается. Часто этим дело и ограничивается, но в некоторых случаях процесс заходит дальше: к ислород воспламеняется из-за температуры, происходит небольшой взрыв. Для человека это опасно прежде всего ожогами и небольшими травмами, а для окружающей обстановки - пожаром. Бывали случаи, когда из-за взрыва телефона горели машины и мебель в квартирах. Очевидцы говорят, что телефоны не только горят, но и «кипят химией» и могут повредить другие устройства или провода, которые находятся рядом. Но почему они взрываются?
Зарядное устройство
Ученые из Института химии твердого тела Сибирскoгo oтделения РАН (Нoвoсибирск) считают, чтo взрыв ионно-литиевoгo аккумулятoра мoжет прoизoйти пo нескoльким причинам, в тoм числе из-за заряднoгo устрoйства.
Батарея мoжет пoвредиться, если при зарядке телефона вы используете неподходящее зарядное. Разные производители делают электроды батарей из различных материалов и скорость зарядки у них разная. Одни аккумуляторы могут выдерживать зарядку на повышенной скорости, другие, увы, нет. Если вы подключаете батарею к розетке с помощью более мощного «зарядника», может произойти её частичное разрушение: при большей силе тока неподходящий материал нагревается, аккумулятор выходит из строя. Внешне это может никак не проявляться, но позже батарея взрывается.
Выход из строя чипа
Еще одна причина - выход из строя устройства, которое обязано следить за уровнем заряда на гаджете. Это крохотный чип, который контролирует уровень зарядки и не дает батарее ее превышать: в случае превышения он просто ее отключает. То же самое он сделает при перегреве телефона. Но если чип вышел из строя, ждите беды.
Механическое повреждение батареи
Исследователи пришли к выводу, что чаще всего телефоны или смартфоны взрываются по причине механической поломки батареи. Поломка может произойти незаметно - вы уронили батарею на пол, разбирая устройство, или же с ним «поиграл» ваш ребенок. Чтобы нарушить целостность батареи внутри, достаточно попытаться ее согнуть – и поломка гарантирована. По статистике, несколько смартфонов загорелось после того, как их хозяева попали в ДТП или даже просто упали с велосипеда. Известен случай, когда смартфон загорелся в салоне самолета: владелец урoнил егo на пoл в прoход и наступил.
О повреждениях предупреждают и канадские ученые: при экспериментах они видели, что разрушение аккумулятора начинается с тех мест, где было хотя бы малейшее нарушение целостности электродов.
Производственный брак
Чаще всего потребители не знают где, кто и на каком именно заводе делает батареи, которыми укомплектованы гаджеты, а производитель иногда стремиться сэкономить и покупает дешевую продукцию. Крохотные повреждения, нанесенные некомпетентным работником, нарушение технологии, мелкие частицы металла или других компонентов, попавшие в электролит, - все это может стать причинной чрезвычайного происшествия.
Как этого избежать?
Меры просты: нужно использовать только то зарядное устройство, которое идет вместе с телефоном, бережно обращаться с батареей, не ронять телефон, обращать внимание на скорость зарядки: если она вдруг убыстрилась - значит, аккумулятор выходит из строя.
Надо обращать внимание на температуру телефона: если он сильно нагревается за короткое время, то это плохой знак.
Необходимо внимательно ставить крышку аккумуляторного отсека на место: если она входит в пазы с трудом, может статься, что ваша батарея уже распухла и пользоваться ей опасно.
К сожалению, эволюция в сфере аккумуляторных батарей идет очень медленно. Наиболее безопасными российские ученые считают литий-железo-фoсфатные аккумулятoры, нo маленькими такие батареи пoчему-тo не делают.
Самые серьезные прoисшествия с телефoнами в нашей стране прoисхoдили в Примoрье, где в руках у шкoльницы прямo на урoках загoрелся телефoн (ребенoк пoлучил oжoги руки и нoг и был гoспитализирoван) и в Нoвoсибирске, где телефoн взoрвался в кабине у кранoвщика, нахoдившегoся высoкo над землей.
В начале сентября пользователи нового флагмановского смартфона Samsung Galaxy Note 7 начали массово жаловаться взрывы батарей телефонов. Samsung приостановил производство и обещает всем покупателям замену. Взрывались и смартфоны компании Xaomi: владельцы получили ожоги.
«Бумага» поговорила с кандидатом технических наук и ведущим научным сотрудником Политехнического университета Максимом Максимовым, который работает над созданием литий-ионных аккумуляторов, о том, почему в 2016 году батареи смартфонов всё еще взрываются, и как владельцам не пострадать от собственной техники.
За две недели стало известно о 35 случаях взрыва Samsung Galaxy Note 7. Из-за подобных инцидентов уже сгорела машина , а шестилетний ребенок получил ожоги. По предварительным данным компании, причиной взрывов стал производственный дефект батареи. Несколько авиакомпаний, в том числе и «Аэрофлот», владельцам Galaxy Note 7 пользоваться устройствами на борту самолетов.
Почему взрываются литий-ионные аккумуляторы?
Взрывоопасность аккумулятора зависит от разных факторов, в частности - от материалов, применяемых компаниями-производителями. Сегодня имеется широкий ряд материалов для аккумуляторов, которые отличаются как по техническим характеристикам, так и по цене. Производители сами решают, какие для них оптимальны.
Проблема взрыва актуальна, потому что материалы, возможно, не прошли полную аттестацию по имеющимся стандартам. В итоге при перегрузках происходят процессы, которые способствуют выделению энергии и газов в аккумуляторах, то есть в замкнутом пространстве, после чего происходит взрыв.
Одна из основных причин взрыва аккумулятора - это его перезаряд. Во избежание этого на них ставят специальные чипы (контроллеры), которые позволяют заряжать телефон только до определенного напряжения: аккумулятор отключается от зарядки, даже если смартфон все еще подключен к сети. Если электроника не срабатывает, вероятность перезаряда велика.
Разгерметизация аккумуляторов также может быть одной их причин возгорания.
Максим Максимов , кандидат технических наук:
В уже имеющихся случаях необходимо смотреть, как и при каких обстоятельствах телефоны взрывались. Возможно, причина даже не в батарее, а в микроэлектронике. Например, неправильно регулируется напряжение заряда-разряда. В таких случаях может произойти перезаряд.
Про модель моего телефона написали, что она взрывается. Что мне делать?
Такой телефон нужно утилизировать, желательно, в специально предназначенном для этого месте: аккумуляторы содержат тяжелые металлы, такие как кобальт и другие, которые плохо влияют окружающую среду.
Как проверить, может ли мой телефон взорваться?
Проверка телефона в бытовых условиях представляется маловозможной. Но если у вас перегревается батарея телефона, это всегда плохо. Если в течение выполнения каких-то процессов, например, игры на телефоне, батарея нагревается так, что вы не можете до нее дотронуться и температура достигает 30–40 градусов, нужно обращаться к специалистам.
Еще можно оставить смартфон заряжаться на сутки и посмотреть, нагреется он или нет. При разогреве аккумулятор быстро теряет зарядку, поэтому, если телефон стал быстрее разряжаться, это тоже говорит о том, что аккумулятор устаревает и его нужно заменить. Кроме того, при опасном нагреве меняется внешнее состояние аккумулятора: если у смартфона «вздутие» (ваш плоский смартфон перестал таким быть), необходимо обратить на это внимание.
Могут ли причиной взрыва смартфонов стать попытки производителей увеличить мощность аккумуляторов?
Производительность увеличивается за счет установки более мощных процессоров. При неправильной оптимизации процессов энергопотребления процессору нужно больше энергии. При высоких скоростях отдачи энергии происходит ее нагрев. То есть нагрев может быть связан с увеличением производительности. А неконтролируемый нагрев действительно может привести к возгоранию и даже взрыву.
Что делать, чтобы снизить перегрев аккумулятора?
Рекомендации по обращению стандартные: полностью заряжать и полностью разряжать раз в неделю или раз в месяц. И использовать смартфон в диапазоне от 30–80 % его емкости. Стопроцентных правил, которые могут помочь определить, взорвется ваш телефон или нет, к сожалению, не существует.
Аккумуляторы являются одними из главных составляющих современных электронных гаджетов. За последние годы инженеры добились значительного увеличения их ёмкости при неизменном или даже меньшем размере. Это было достигнуто благодаря применению сложных технологий, которые обеспечивают самую высокую плотность заряда батарей. Однако сейчас, похоже, производители упёрлись в барьер, пересекать который может быть опасно.
Из чего сделан ваш аккумулятор
В настоящее время в большинстве электронных гаджетов используются литий-ионные аккумуляторы. Они состоят из электродов, размещённых в герметичном корпусе с клеммами-токосъёмниками. Переносчиком заряда здесь является положительно заряженный ион лития, что отображено в названии батареи.
Характеристики и эксплуатационные качества литий-ионных аккумуляторов в значительной мере зависят от химического состава используемых материалов. Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем стал использоваться каменноугольный кокс. Сейчас чаще всего применяется графит.
Кроме чисто «химической» начинки в батарее есть и электронные компоненты. В её корпус встраивают контроллер заряда, который защищает аккумулятор от превышения напряжения при зарядке. Этот же компонент способен отслеживать температуру аккумулятора, чтобы отключить его при перегреве.
Почему батареи взрываются
Самым опасным элементом в конструкции аккумулятора является электролит, который чрезвычайно химически активен. Если в конструкции батареи есть ошибки или технологический брак, то корпус батареи может не выдержать. Тогда горячий электролит попадёт наружу, что, в свою очередь, приведёт к воспламенению гаджета. Давайте разберём основные причины, почему это может произойти.
Перегрев и перезаряд
Совсем недавно это была одна из наиболее распространённых причин, из-за которой батареи выходили из строя. Из-за поломки контроллера ток продолжает идти даже тогда, когда аккумулятор уже заряжен. Происходит нагрев батареи с последующим её возгоранием.
Стоит заметить, что перегрев и возгорание батареи в результате «теплового пробоя» могут произойти очень быстро, буквально за несколько минут. К счастью, системы контроля состояния батареи становятся всё более совершенными. Если вы будете избегать откровенно дешёвых изделий, то этот вид повреждений вам практически не грозит.
Механические повреждения
Современные гаджеты становятся всё более тонкими и лёгкими, поэтому в некоторых батареях используются специальные облегчённые конструкции, которые, к сожалению, не всегда могут обеспечить достаточную прочность. Если в аккумуляторе произойдёт повреждение перегородки между электродами, то возникнет короткое замыкание, которое приведёт к мгновенному нагреву и воспламенению батареи.
Тонкая внешняя оболочка батареи тоже может быть причиной неприятностей. Дело в том, что при заряде аккумулятора в нём может возникать довольно большое давление. Если производитель в погоне за снижением веса пренебрёг правилами безопасности, то такая батарея тоже может рано или поздно взорваться.
Как избежать проблем с аккумулятором
Никто, разумеется, не сможет на сто процентов дать гарантию, что вам не попадётся бракованный или плохо сконструированный аккумулятор. Однако выполнение приведённых ниже правил может в значительной мере снизить риск воспламенения или взрыва батареи в вашем смартфоне.
- Старайтесь избегать откровенно бюджетных моделей и неизвестных производителей. В стремлении выиграть ценовую гонку они стараются экономить буквально на всём, в том числе и на батарее. Несоответствие фактической и заявленной ёмкости - это ещё далеко не самое страшное. Гораздо хуже, когда в батарее отсутствует термодатчик или используется контроллер заряда из прошлого века.
- Используйте только комплектное зарядное устройство. В случае его потери или повреждения не покупайте копеечные китайские зарядки, а предпочтите изделие проверенного производителя. Обращайте внимание при этом на рекомендуемый ток заряда для своего гаджета.
- В случае необходимости замены ищите оригинальный аккумулятор. Да, совместимые батареи могут стоить в несколько раз дешевле, но эта экономия может в результате в буквальном смысле сжечь ваш смартфон.
- Во время зарядки смартфона старайтесь, чтобы он не перегревался. Освободите его от чехла, вытащите из-под подушки и не накрывайте одеялом. Особенно это касается новых смартфонов с функцией быстрой зарядки.
- Старайтесь оберегать батарею от механических повреждений. Совершенно ясно, что вы не станете играть ею в футбол, но даже банальное падение на пол может стать для аккумулятора фатальным. При обнаружении признаков деформации (вздутие, перекос) замените аккумулятор на новый.
А у вас когда-нибудь загорался или закорачивал аккумулятор? Может быть, даже взрывался? Расскажите об этом в комментариях.
Чем больше в продажу выходит устройств с литий-ионными батареями, тем чаще в сети появляются сообщения о взрывающихся смартфонах или загорающихся портах зарядки. Такая проблема стала актуальной снова после того, как компания Samsung сообщила об в связи с сообщениями и жалобами на проблемы со взрывающейся батареей. Почему это случается - читайте в нашей статье.
Прежде всего стоит отметить, что шанс взрыва или воспламенения аккумулятора в электронном устройстве крайней мал, за исключением тех случаев, когда в конструкции устройства или самой батареи допущены серьезные ошибки. Даже в редких случаях, когда это случается, сама батарея - это зачастую не главная проблема. Также отметим, что в статье речь идет в основном только об опасностях литий-ионных аккумуляторов.
Причины взрыва или возгорания
Всего есть две основные причины, по которым батарея устройства может взорваться или загореться. Одна из них - деформация в результате падения или намеренного повреждения . Например, если сильно ударить по смартфону в ту часть, где находится батарея, то с большей долей вероятности стенки аккумулятора будут сломаны. Это приводит к утечке внутренностей и в последствии к короткому замыканию и возможно взрыву. Зачастую вы могли видеть это при забавных краш-тестах, где на видео записывается как человек издевается над смартфоном всеми возможными способами и в конце просто дубасит его молотком.GIF-анимация - что будет, если по аккумулятору ударить молотком
При простом падении с высоты человеческого роста такой исход маловероятен - слишком мала сила удара. Но если уронить аппарат с высоты нескольких этажей, то батарея скорее всего загорится или взорвется.
Сейчас - время, когда телефоны малоизвестных китайских производителей максимально популярны. Это еще одна проблема, связанная с батареями. Мелкие компании не покупают качественные батареи у Samsung или LG, так как они слишком дороги. Чтобы добиться низкой стоимости китайцам приходится закупать аккумуляторы не самого высокого качества . Зачастую в таких батареях нет так называемого предохранителя, который отключает зарядку при слишком высоком напряжении. Либо в таких батареях из-за дефектов производства встречаются микроскопические элементы металла. Они вступают в реакцию с содержимым батареи, в следствие чего происходит короткое замыкание.
Было зафиксировано не менее 35 случаев взрыва батареи у Galaxy Note 7
Третья и самая частая проблема - выделение слишком большого количества тепла при зарядке . Так как производители смартфонов постоянно хотят уменьшить время зарядки, то им приходится устанавливать контроллеры, которые подают большее количество тока в батарею. Конечно, побочным эффектом этого является выделение дополнительного тепла. Температура повышается не только в самой батарее, но также в контроллере, который находится рядом с аккумулятором. Перегрев приводит к эффекту, когда определенная область батареи не может быстро остыть. В итоге там образуется реакция, когда тепло накапливается до тех пор, пока не произойдет взрыв или возгорание.
При соблюдении всех норм быстрая зарядка с выдачей большого количества тепла не приведет к каким-то серьезным последствиям. Однако в случае с Galaxy Note 7 - это взрывы и возгорания. Компания Samsung уже признала, что в этих смартфонах установлены батареи разных партий. Видимо, одна из них была произведена с дефектами, что и приводит к проблемам.
Не оригинальная зарядка и переходники - вторая причина перегрева при зарядке. В случае с Galaxy Note 7, если верить официальным данным, взрывы вызваны дефектными аккумуляторами, то при использовании не оригинальных зарядных устройств и переходников может выйти из строя даже хорошая батарея.
Как избежать проблем с батареей
Чтобы ваш смартфон не расплавился при зарядке, нужно следовать простым правилам:- Используйте только оригинальное зарядное устройство, включая сам блок и кабель, если они разделены. Если «вилка» зарядки не подходит (китайская или британская), то лучше купите именно переходник, а не другое зарядное устройство.
- Используйте только оригинальные батареи. Если ваше устройство достаточно старое и вы решили заменить в нем аккумулятор, то покупайте только оригинальные. Альтернативные предложения могут быть дешевле, но потом они обойдутся вам дороже.
- Не обязательно заряжать аккумулятор на полную - достаточно 50 %, если вам этого хватит. Литий-ионные аккумуляторы не обладают так называемой памятью, поэтому их можно заряжать часто и не полностью. Но заряжать надо подходящим устройством, так как литий-ионные батареи уязвимы к низкому вольтажу.
- Не используйте устройство во время зарядки и не оставляйте аппарат в жарком месте. Играть или работать в браузере во время зарядки - не самая хорошая идея, так как это и без того повышает температуру внутри корпуса. Также не стоит оставлять на зарядке смартфон в жарком месте.
