Lithium-ionbatterijen herstellen: 8 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Als je op mij lijkt, dan ben je altijd op zoek naar een excuus om geld te besparen, te sleutelen of iets te deconstrueren dat interessant lijkt. Ik heb een manier gevonden om aan al het bovenstaande te voldoen! Ik heb affiniteit met lithium-ion batterijen. Ze zijn er in alle soorten en maten, zijn energierijk (houden veel energie vast), hebben een hogere spanning dan NiCad- of NiMH-batterijen en zijn bestand tegen hoge stroomsterktes. Bovendien ontwikkelen ze geen 'geheugen' of hebben ze een hoge zelfontlading, zodat je ze lang kunt bewaren. Ten slotte lenen ze zich voor configuraties met meerdere cellen. Beter nog, ze zijn overal en kunnen gratis worden verkregen. In deze tutorial geef ik je een spoedcursus over het vinden, extraheren en bergen van lithium-ionbatterijen, dus laten we aan de slag gaan! Hieronder staan de links voor enkele van de tools en items die ik heb gebruikt!

iMax B6 LiPo-oplader:

www.ebay.com/itm/New-Imax-B6-RC-Lipo-NiMh-…

Zanflare C4 lader/analysator:

www.amazon.com/gp/aw/d/B07428G1G2/ref=mp_s…

4S batterijbeheer/beschermingskaart:

m.ebay.com/itm/4S-10A-18650-Li-ion-Lithium…

Gereedschap:

Spudger/wrik gereedschapsset

www.amazon.com/gp/aw/d/B00PHNMEMC/ref=mp_s…

Verzonken messen

www.amazon.com/gp/aw/d/B002SZVE8M/ref=mp_s…

Zijsnijders

www.amazon.com/gp/aw/d/B0733NRF2C/ref=mp_s…

Utility mes

www.amazon.com/dp/B00002X203/ref=dp_cerb_1

Stap 1: Lithium-ionbatterij 101

Zoals ik al zei, oplaadbare lithium-ionbatterijen zijn overal! Dit is wat het kopen van deze batterijen goedkoop maakt, omdat mensen de neiging hebben om oude elektronica die kapot gaat of gewoon niet meer werkt weg te gooien, maar de batterij erin te laten. Ik haal de mijne meestal uit de kringloopwinkel voor centen, of van oud speelgoed dat mensen weggeven of kapot gaan en doneren voor de wetenschap. Degene waar je naar moet zoeken zijn de volgende: draagbare apparaten, mobiele telefoons, digitale camera's of camcorders, draagbare dvd- of videospelers en mijn persoonlijke favoriet, laptopbatterijen. Er zijn ook verschillende chemische stoffen die worden geassocieerd met oplaadbare lithium-ioncellen, zoals lithiumkobaltoxide (ICR-type), lithiumijzerfosfaat of LiFePO4 (u zult niet vaak tegenkomen dat deze worden weggegooid), lithiummangaanoxide (IMR), lithium-mangaan-nikkel (INR) en lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxide (NCA of hybride). De MEEST voorkomende die u zult vinden, is het ICR-type lithiumkobaltoxide. Het is het beste voor energiedichtheid en vermogen, maar heeft een gemiddelde tot lage ontlaadstroom en temperatuurdrempel. De maximale ontlaadstroom hiervoor is gelijk aan of minimaal het dubbele van de capaciteit. Bovendien zijn ze minder stabiel (lees: gevaarlijk) dan de andere typen en hebben ze een soort beveiligingscircuit nodig. Laten we lithium-ionbatterijen nu niet verwarren met lithium-ion-polymeerbatterijen of LiPo-batterijen. In LiPo-batterijen zijn de elektrolyt, anode en kathode, positieve en negatieve aansluitingen, ondergebracht in polymeerzakken. De interne chemie is vergelijkbaar met lithium-ioncellen. Afhankelijk van het apparaat zal de batterij verschillend van vorm of grootte zijn, maar ze zijn meestal rechthoekig en dun voor mobiele telefoons of compacte apparaten, of cilindrisch zoals 18650 (gebruikelijk in laptopbatterijen) of 18500 gebruikelijk in bultpacks voor camera's of camcorders.

Voor het geval je het je ooit hebt afgevraagd, de naam van de batterij bevat de afmetingen. "18650" betekent dat de batterij een diameter van 18 mm en een lengte van 65 mm heeft. De "0" hangt gewoon rond. Ongeacht het type of de grootte, deze kunnen een enkele cel of meerdere cellen hebben. Meerdere cellen zijn in serie of parallel, of een combinatie van beide. Zelfs kleine batterijen kunnen twee kleine cellen hebben die in serie of serie/parallel zijn aangesloten. Dit komt door het feit dat sommige apparaten meer spanning nodig hebben dan een enkele cel kan leveren, of om capaciteit toe te voegen. Serieschakelingen verhogen de spanning en parallelle aansluitingen vergroten de capaciteit van het pakket. In tegenstelling tot NiMH- of NiCad-batterijen, hebben lithium-ionbatterijpakketten een soort beschermingsapparaat, zoals een batterijbeheersysteem dat bestaat uit IC's en MOSFET's of weerstanden die stroom, spanning regelen, kortsluiting, omgekeerde polariteit en temperatuur detecteren. Sommige hebben een extra functie om de cellen in evenwicht te brengen als er meerdere cellen zijn. Waarom hebben ze dit nodig? Dat komt omdat de chemie van de lithiumcel hem gevoelig maakt voor overladen, overontladen (leegloop tot de spanning te laag wordt), kortsluiting en zelfs te hoge temperatuur. Elk van deze kan de cel beschadigen, of erger nog, brand veroorzaken. Meerdere celbatterijen in serie hebben de balansfunctie nodig die ervoor zorgt dat elke afzonderlijke cel dezelfde hoeveelheid stroom en spanning ontvangt als de andere cellen. Als de ene cel meer lading krijgt dan de andere, kan deze sneller verslijten of beschadigd raken. De capaciteit van het pakket wordt ook verminderd. Dit soort batterijen vereisen ook speciale oplaadprocedures die NiMH of NiCad's niet hebben. Daarover later meer!

Stap 2: Veiligheid

Voordat we beginnen met het graven in batterijpakketten, wil ik het hebben over enkele veiligheidsitems die specifiek zijn voor lithium-ioncellen. Als je van RC houdt en elektrische voertuigen hebt en ervaring hebt met LiPo-batterijen, kun je dit overslaan, maar als dat niet het geval is, is het belangrijk om te begrijpen dat knoeien met lithium-ionbatterijen gevaarlijk kan zijn. Ik heb dit op de harde manier geleerd!

Waarom? Vanwege hun chemie bevat een enkele 18650-cel veel energie. Riem 6 of meer samen, en je hebt veel opgeslagen energie. De veiligheidsoverweging komt als ze kortgesloten, overladen of te weinig geladen of overontladen zijn, het meest voorkomende type lithiumbatterij warmt op, zwelt op en kan exploderen of een brand veroorzaken die zo heet wordt, wat we niet doen wil niet.

De manier om dit te voorkomen, is door ze op de juiste manier te hanteren en op te laden. Bijna alle lithium-ionbatterijen of enkele batterijen hebben een soort van beschermingscircuit ingebouwd om de cel te beschermen tegen overladen, kortsluiting of overontlading. Meercellige pakketten hebben een extra functie, een batterijbeheersysteem genaamd, met een balansfunctie die de laadstroom en -spanning over elke cel bewaakt en verdeelt, zodat elke cel wordt opgeladen met dezelfde hoeveelheid stroom en spanning. Dat gezegd hebbende, moet u een geschikte oplader gebruiken, hetzij voor enkele cellen of een die meerdere cellen in een pakket ondersteunt, zoals een balansoplader. Het gebruik van een andere oplader kan ertoe leiden dat de lithium-ioncellen overladen en brand veroorzaken.

Stap 3: Gereedschap

Het extraheren van cellen is vrij eenvoudig. U hebt enkele basishulpmiddelen nodig, dus hier zijn de essentiële:

Platte schroevendraaiers. Het is goed om verschillende maten te hebben, maar over het algemeen is 3 mm (1/8") tot 5 mm (of 1/4") alles wat je nodig hebt. Vermijd dikkere messen omdat ze te groot zijn om in kleine ruimtes te passen.

Spudger (optioneel). Een stevige metalen of sterke plastic voor het scheiden van koffers.

Zijsnijders of vlaksnijders. Voor het doorknippen van lipjes of draden, of het openknippen van de batterijhouder. Beide werken, maar ik hou van mijn vlaksnijders omdat ze beter in kleine ruimtes komen.

Utility mes. Werkt beter dan een spudger, maar gevaarlijker! Vraag mijn vingers en handen hoe ik dit weet 8)

Multimeter. Je hebt hier geen Fluke of iets anders voor nodig. Het is alleen om de celspanning te meten om te zien of ze nog te redden zijn.

Handschoenen (optioneel). Ik zeg optioneel omdat praktische handschoenen voor deze taak waarschijnlijk niet zullen stoppen met een scherp schroevendraaierblad of een mes dat met hoge snelheid uit een verbinding is geglipt.

Dat zijn alle tools die je nodig hebt!

Stap 4: Deconstructie

Je hebt de batterij, het gereedschap en nu is het tijd om erin te graven. In deze tutorial haal ik twee batterijpakketten uit elkaar. Een daarvan is een generiek 6-cels pakket voor een HP Pavilion Dv 5 tot Dv 6-serie laptop en een pakket van een oude (2004 vintage) digitale camera met een vermogen van 7,4 volt en 1500 mAh. Ik denk dat er twee cellen in zitten, maar daar komen we wel achter.

Afhankelijk van het type batterij zal het basisontwerp vrijwel hetzelfde zijn, bestaande uit een plastic buitenbehuizing met een voering voor isolatie of demping (schuim, silastic, tape of papier), de cel(len), een beschermingsapparaat/kaart met zijn interne verbindingen, ofwel draden, lipjes, of draden en lipjes. Overigens heb ik weinig tot geen verschil in constructie opgemerkt tussen generiek (zoals de laptopbatterij) en echte OEM (zoals de camerabatterij). Soms is de behuizing gelast of gelijmd, maar andere keren wordt het gewoon bij elkaar gehouden met lipjes. U komt er snel achter welke methode de fabrikant gebruikt. OEM-batterijen worden meestal gelijmd/gelast en goedkopere worden vastgelijmd of vastgeklikt.

Ik begin graag bij de hoeken van de behuizing met het mes eerst. Zoek de naad tussen de twee helften van de behuizing. Plaats het mes langs de rand. Beweeg het heen en weer om het in de koffer op gang te krijgen. Het moet inzakken, dus pas op dat je niet te diep gaat en de cellen doorsnijdt of iets kortsluit. Als je eenmaal aan de gang bent en een kleine opening hebt geopend, is het tijd om voor de schroevendraaier te gaan. Gebruik de kleinere schroevendraaier om de opening verder te openen door eraan te draaien. Zodra je het meer hebt geopend, ga je voor de grotere schroevendraaier en herhaal je. Je zou grote vouwen in de hoes moeten krijgen. Beweeg de schroevendraaier omhoog langs de naad van de behuizing, terwijl u draait. Als je nergens komt, ga dan terug naar het mes en herhaal de eerste stap. Ik denk niet dat ik je eraan hoef te herinneren dat je hier voorzichtig moet zijn.

Als je vastzit, weersta dan de neiging om een hamer te gebruiken of breek je Dremel-gereedschap uit met een doorslijpschijf. Als je net als ik bent en ongeduldig, wees dan super voorzichtig! Batterijen houden er niet van om opengesneden te worden. Voor de goede orde, ik heb de mijne nooit hoeven te gebruiken.

Blijf de schroevendraaier in de naad werken en scheid de helften van de behuizing. Je kunt hier een stevige spudger als wig gebruiken om de helften open te houden terwijl je met de schroevendraaier werkt. Wees geduldig! Het zal voor jou opgeven! Wees niet bang om er fysiek mee bezig te zijn. Wrik de koffer indien nodig uit elkaar en graaf de goodies erin.

Stap 5: Je bent binnen

Na wat prutsen zou je de koffer volledig of grotendeels gescheiden moeten hebben en de goodies erin kunnen aanschouwen! Dit is het andere leuke gedeelte, uitzoeken wat je in huis hebt.

Mijn twee batterijen hebben toevallig cilindrische cellen, maar ik zal een platte toevoegen zodat je het verschil kunt zien.

Het laptoppakket heeft een aantal behoorlijk behoorlijke Moli Energy (nu E-One genoemd) merk ICR-18650J-cellen. Dit is een minder bekend merk dat ooit in Canada (nu in Taiwan) was gevestigd, maar in verschillende apparaten zit. Ik heb het gegevensblad gecontroleerd en ze hebben een capaciteit van 2400 mAh en een maximale ontlaadstroom van 4000 mA, een volledige lading van 4,2 volt en een nominale lading van 3,75 volt en een ontladen van 3 volt. De andere verpakking bevat enkele mysterieuze cellen die zijn gewikkeld in geplastificeerd papier, maar ik heb ze gemeten en ze zijn 49 mm lang en 18 mm breed. Ik denk dat het 18500 lithium-ioncellen zijn. De batterijhouder zei 1500 mAh voor hen en 7,4 volt, dus er zijn twee cellen in serie. Ik kan me voorstellen dat het cellen van goede kwaliteit zijn, aangezien dit een OEM-pakket is, maar wie weet?

In de behuizing hebben we dezelfde basisfuncties. Beide hebben een batterijbeheerbord dat bestaat uit de beschermings- en balanscircuits. De laptopbatterij voegt nog een belangrijke functie toe, een thermistor voor het bewaken van de temperatuur van de batterij. Deze zijn ontworpen voor maximale capaciteit en lage afvoer, dus u zult geen zware componenten vinden zoals bij sommige andere beveiligingscircuits.

Kijkend naar de opstelling van de batterijen, heeft de laptopbatterij 6 cellen in een serie / parallelle opstelling, dus 3 cellen in serie om de 11,1 volt te genereren en 2 cellen parallel om de capaciteit te verdubbelen tot 4800 mAh. De camerabatterij heeft 2 cellen in serie, dus de capaciteit is hetzelfde, maar de spanning is verdubbeld.

Hoewel het prima is om de cellen verbonden te houden, wil je ze scheiden om ze op te laden en te analyseren. Lithiumcellen in accu's zijn altijd verbonden door puntgelaste lipjes die de positieve en negatieve polen met elkaar verbinden en je moet voorzichtig zijn bij het snijden ervan. Gebruik de zijsnijders of de vlaksnijders om de lipjes tussen de cellen voorzichtig af te snijden en kortsluiting over de terminals te voorkomen. Pas op dat u de beschermende wikkel aan de buitenkant van de cel niet beschadigt of verwijdert, aangezien u ook kortsluiting kunt krijgen in de metalen behuizing terwijl u de lipjes doorsnijdt. We willen geen lege batterijen. Gebruik de punttang om de lipjes te verwijderen door ze eraf te trekken. Doe voorzichtig. De snijranden van de tabs zijn vlijmscherp!

Stap 6: bergingsoperatie

Nu heb je je batterijen, was je harde werk het waard? Het probleem met het redden van batterijen is dat je niet weet hoe goed ze werden verzorgd of hoe oud ze zijn. Lithium-ionbatterijen zijn gevoelig voor over- en onderontlading. Elke keer dat ze te diep worden ontladen en vervolgens volledig zijn opgeladen, verliezen ze capaciteit. U kunt de leeftijd van het batterijpakket controleren en de spanning meten (indien mogelijk), of controleren op datumcodes op de printplaat aan de binnenkant. Meestal zijn deze batterijen leeg, en dan bedoel ik dood. Lithium-ioncellen worden niet graag ontladen onder hun overontladingsspanning, meestal tussen 2,5 en maximaal 2,75 volt. Daaronder gaat de cel in "slaapstand" of is zo leeg dat hij niet meer kan worden opgeladen, en als het je lukt om er lading in te krijgen, zal de capaciteit zo laag zijn dat hij onbruikbaar is. Als je de batterij kunt meten voordat je hem uit elkaar haalt (zoals onze camerabatterij met blootliggende polen), ben je op zoek naar 4,2 tot 3 volt voor een enkele cel, dus onze volledig opgeladen laptopbatterij is 12,6 volt en 9 volt ontladen. Ik heb het gemeten nadat ik het had ontleed en het was een vrijwel dode 5,6 volt, waarbij elke cel ongeveer 1,8 volt afleest.

De batterij van de camera is in veel betere staat, met een volledig opgeladen 7,9 volt en elke cel op 3,9 volt, maar we weten niet hoe gezond ze zijn, of hoeveel van hun capaciteit in de loop der jaren verloren is gegaan.

Als uw batterijen minder dan 2 volt lezen, zijn ze "dood". Als ze 0 volt lezen, zijn ze in een soort winterslaaptoestand gekomen en zijn ze waarschijnlijk niet de moeite waard om te bewaren, want zelfs als je ze nieuw leven inblaast, zijn ze beschadigd. Recycle ze op de juiste manier. Je kunt de cellen met zeer lage spanning redden, maar je hebt een speciale oplader nodig die lege batterijen kan 'herleven', of een aantal technieken kan gebruiken die ze weer tot leven kunnen brengen.

Stap 7: Opwekking

Je hebt je batterijen, maar ze zijn leeg. Wat nu? Niet alles is verloren omdat je ze kunt doen herleven. Als u een balanslader heeft die is ontworpen voor het opladen van LiPo-batterijen, is de kans groot dat deze ook uw lithium-ioncellen zal doen herleven. Of, als je een digitale multi-oplader hebt die 'revive'-functionaliteit heeft, zal dat ook werken. Ik gebruik een Chinese kloon van een SkyRC iMax B6-oplader en een Zanflare C4-multioplader. De Zanflare heeft de mogelijkheid om lege batterijen te doen herleven en heeft een analysefunctie, maar de iMax niet.

Om de Zanflare te gebruiken, plaatst u gewoon de lege batterijen en laat u de oplader het werk doen. Begin altijd met de laagst mogelijke laadstroom. De Zanflare zakt naar 300 mAh, dus dat is prima. Het duurt even, maar heb geduld. Laat ze volledig opladen en haal ze van de oplader. Laat ze een nachtje of een paar dagen zitten en kijk of ze hun lading kwijt zijn. Als ze zichzelf aanzienlijk hebben ontladen, gooi ze dan weg, maar als ze nog steeds de lading vasthouden, is de kans groot dat je ze nieuw leven hebt ingeblazen, maar de tijd zal leren als je ze gebruikt of je succesvol bent. Je kunt er enkele testcycli op uitvoeren om te zien hoeveel leven ze hebben verloren door een of twee oplaad-ontlaadcycli uit te voeren en de capaciteit te controleren. Je kunt ook de interne weerstand van de cel meten als je oplader de celanalysefunctie heeft, wat de Zanflare doet. Neem dit met een korreltje zout, want veel variabelen beïnvloeden de interne weerstand, maar over het algemeen is een getal van rond de 230 milliohm een goed cijfer.

Als je geen Zanflare of andere oplader/analyzer met revive-functie hebt, kun je je LiPo-oplader gebruiken. Als veiligheidsvoorziening zullen de meeste van deze laders een cel onder dat bereik van 2,6 tot 2,5 volt niet opladen, maar er is een oplossing. Wees voorzichtig! Het opladen van een lithium-ioncel zoals een NiMH zal leiden tot slechte dingen! Stel de lader in op de NiMH-modus waar u handmatig de laadstroom kunt selecteren. Stel de stroom in op ongeveer 200 mA en begin met opladen. Bewaak de spanning totdat deze boven de 2,8 komt en stop het laadproces. Zet de lader in de LiPo/Li-on modus en laad op met een lage stroomsterkte, bijvoorbeeld 200 tot 300 mA. Laat hem draaien totdat hij volledig is opgeladen. Ontlaad hem dan op een lage stand, 500 mA. Laat hem volledig ontladen en noteer de geladen capaciteit en de hoeveelheid ontladen capaciteit. Laad de cel opnieuw op en noteer de geladen capaciteit en u zou een basislijn moeten hebben van hoeveel leven de cel erin heeft. Een getal dat dichter bij de oorspronkelijke capaciteit ligt, is goed, maar als uw cel snel ontlaadt, warm of heet wordt en een lage capaciteit heeft, is het tijd om hem te recyclen. De laptopcellen waren goed, gemiddeld rond de 2400 mAh, precies op hun oorspronkelijke capaciteit voor alle cellen. De batterij van de camera deed het niet zo goed. De cellen waren ernstig aangetast en hun capaciteit was gedaald tot slechts 550 en 660 mAh volledig opgeladen, minder dan hun nieuwe capaciteit van 1500 mAh. Het is echter logisch, aangezien dit de originele batterij is van 14 jaar geleden! Ik zal ze waarschijnlijk gebruiken in een ander project dat geen apparaat met een hoog energieverbruik is, omdat deze 18500-cellen niet gemakkelijk te vinden zijn.

Stap 8: Laatste gedachten

Ik hoop dat je dit Instructable verhelderend en informatief vond. U moet weten waar u op moet letten bij het zoeken naar batterijen, hoe u ze (veilig!) kunt verwijderen, controleren en herleven van geborgen lithium-ioncellen. Het oogsten van deze batterijen van apparaten of batterijpakketten kan tegelijkertijd leuk, uitdagend en leerzaam zijn! Bovendien bespaar je $$$. U kunt een gebruikte maar nog steeds volledig levensvatbare lithium-ioncel(len) vinden voor een fractie van de nieuwprijs.

Proost!