Восстановление литий-ионных батарей: 8 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Если вы похожи на меня, то вы всегда ищете предлог, чтобы сэкономить деньги, поработать или разобрать что-то, что кажется интересным. Я нашел способ удовлетворить все вышеперечисленное! Мне нравятся литий-ионные аккумуляторы. Они бывают всех форм и размеров, обладают высокой энергоемкостью (содержат много энергии), имеют более высокое напряжение, чем никель-кадмиевые или никель-металлогидридные батареи, и могут выдерживать большие токи потребления. Кроме того, они не развивают «память» и не обладают высоким саморазрядом, поэтому их можно хранить долгое время. Наконец, они подходят для многоячеечной конфигурации. А еще лучше, они повсюду, и их можно получить бесплатно. В этом уроке я дам вам ускоренный курс по поиску, извлечению и утилизации литий-ионных батарей, так что приступим! Ниже приведены ссылки на некоторые инструменты и предметы, которые я использовал!

Зарядное устройство iMax B6 LiPo:

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

Зарядное устройство / анализатор Zanflare C4:

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

Плата управления / защиты батареи 4S:

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

Инструменты:

Набор инструментов Spudger / pry

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

Фрезы заподлицо

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

Боковые фрезы

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

Универсальный нож

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

Шаг 1: литий-ионный аккумулятор 101

Как я уже сказал, литий-ионные аккумуляторы есть везде! Это то, что делает эти батареи дешевыми, потому что люди склонны выбрасывать старую электронику, которая сломалась или просто перестала работать, но оставить батарею внутри. Я обычно беру свои в благотворительном магазине за гроши или из старых игрушек, которые люди раздают или ломают и жертвуют на науку. Следует искать следующие: портативные устройства, сотовые телефоны, цифровые фотоаппараты или видеокамеры, портативные DVD- или видеоплееры и мой личный фаворит - аккумуляторы для ноутбуков. Существуют различные химические составы, связанные с перезаряжаемыми литий-ионными элементами, такие как оксид лития-кобальта (типа ICR), фосфат лития-железа или LiFePO4 (вы не столкнетесь с тем, что их часто выбрасывают), оксид лития-марганца (IMR), никель-литий-марганец (INR) и оксид лития-марганца-кобальта (NCA или гибрид). САМЫЕ распространенные, которые вы найдете, - это оксид лития-кобальта ICR-типа. Он лучший по плотности энергии и мощности, но имеет средний или низкий ток разряда и температурный порог. Максимальный ток разряда для них равен или, по крайней мере, в два раза больше емкости. Кроме того, они менее стабильны (читай: опасны), чем другие типы, и должны иметь какую-то схему защиты. Теперь давайте не будем путать литий-ионные батареи с литий-ионными полимерными батареями или батареями LiPo. В аккумуляторах LiPo электролит, анод и катод, положительная и отрицательная клеммы размещены в полимерных пакетах. Внутренняя химия аналогична литий-ионным элементам. В зависимости от устройства, аккумулятор может быть разным по форме или размеру, но обычно они прямоугольные и тонкие для сотовых телефонов или компактных устройств, или цилиндрические, как 18650 (обычно используются в аккумуляторах ноутбуков), или 18500, распространенные в горбатых пакетах для фотоаппаратов или видеокамер.

Если вы когда-нибудь задумывались, в названии батареи указаны ее размеры. «18650» означает, что батарея имеет диаметр 18 мм и длину 65 мм. «0» просто болтается. Независимо от типа или размера, они могут иметь одну или несколько ячеек. Несколько ячеек либо включены последовательно, либо параллельно, либо являются сочетанием того и другого. Даже маленькие батареи могут иметь внутри две маленькие ячейки, соединенные последовательно или последовательно / параллельно. Это связано с тем, что для некоторых устройств требуется повышенное напряжение, большее, чем может обеспечить одна ячейка, или для увеличения емкости. Последовательное соединение увеличивает напряжение, а параллельное соединение увеличивает емкость батареи. В отличие от никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторные батареи будут иметь какое-то защитное устройство, такое как система управления батареями, состоящая из микросхем и полевых МОП-транзисторов или резисторов, которые регулируют ток, напряжение, обнаруживают короткие замыкания, обратную полярность и температуру. У некоторых есть дополнительная функция балансировки ячеек, если ячеек несколько. Зачем им это нужно? Это связано с тем, что химический состав литиевого элемента делает его чувствительным к перезарядке, переразряду (слив до тех пор, пока напряжение не станет слишком низким), короткому замыканию и даже перегреву. Любой из них может повредить клетку или, что еще хуже, вызвать пожар. Многоэлементные батареи, соединенные последовательно, нуждаются в функции баланса, которая гарантирует, что каждая отдельная ячейка получает такое же количество тока и напряжения, что и другие ячейки. Если одна ячейка получает больше заряда, чем другая, она может изнашиваться быстрее или повредиться. Емкость упаковки также уменьшена. Эти типы аккумуляторов также требуют специальных процедур зарядки, в отличие от никель-металлгидридных или никель-кадмиевых аккумуляторов. Подробнее об этом позже!

Шаг 2: Безопасность

Теперь, прежде чем мы начнем копаться в аккумуляторных батареях, я хочу коснуться некоторых вопросов безопасности, характерных для литий-ионных элементов. Если вы увлекаетесь радиоуправлением, у вас есть электромобили и у вас есть опыт работы с LiPo батареями, вы можете пропустить это, но если нет, важно понимать, что возиться с литий-ионными батареями может быть опасно. Я усвоил это на собственном горьком опыте!

Почему? Из-за своего химического состава одна ячейка 18650 содержит много энергии. Соедините вместе 6 или более ремней, и у вас будет много накопленной энергии. Соображения безопасности возникают, если они закорочены, чрезмерно заряжены, недостаточно заряжены или чрезмерно разряжены, наиболее распространенный тип литиевых батарей нагревается, разбухает и может взорваться или вызвать возгорание из-за перегрева, что мы не делаем. не хочу.

Способ избежать этого - правильно обращаться с ними и заряжать их. Почти все литий-ионные аккумуляторные батареи или отдельные батареи имеют встроенную схему защиты для защиты элемента от перезаряда, короткого замыкания или чрезмерной разрядки. Многоэлементные блоки имеют дополнительную функцию, называемую системой управления батареями с функцией баланса, которая отслеживает и распределяет зарядный ток и напряжение по каждой ячейке, гарантируя, что каждая ячейка заряжается одинаковым количеством тока и напряжения. Тем не менее, вы должны использовать соответствующее зарядное устройство либо для одиночных ячеек, либо такое, которое поддерживает несколько ячеек в упаковке, например, балансировочное зарядное устройство. Использование любого другого зарядного устройства может вызвать перезарядку литий-ионных элементов и привести к возгоранию.

Шаг 3: Инструменты

Извлечь ячейки довольно просто. Вам понадобятся некоторые базовые инструменты, поэтому вот основные из них:

Отвертки с плоским лезвием. Хорошо иметь разные размеры, но обычно от 3 мм (1/8 дюйма) до 5 мм (или 1/4 дюйма) - это все, что вам нужно. Избегайте более толстых лезвий, поскольку они слишком велики, чтобы поместиться в небольшом пространстве.

Spudger (необязательно). Прочный металлический или прочный пластиковый для разделения корпусов.

Бокорезы или фрезы заподлицо. Для разрезания выступов или проводов или вскрытия корпуса батареи. Оба работают, но мне нравятся мои резаки заподлицо, потому что они лучше подходят для небольших помещений.

Универсальный нож. Работает лучше лопатки, но опаснее! Спросите мои пальцы и руки, откуда я это знаю 8)

Мультиметр. Для этого не нужен Fluke или что-нибудь особенное. Это просто для измерения напряжения элементов, чтобы увидеть, можно ли их восстановить.

Перчатки (по желанию). Я говорю «необязательно», потому что практичные перчатки для этой задачи, вероятно, не остановят острое лезвие отвертки или лезвия универсального ножа, которое выскользнет из сустава на большой скорости.

Это все необходимые инструменты!

Шаг 4: Деконструкция

У вас есть аккумулятор, инструменты, и теперь пришло время покопаться. В этом уроке я разбираю два аккумуляторных блока. Один из них представляет собой стандартный комплект из 6 элементов для ноутбуков серии HP Pavilion Dv 5 - Dv 6 и комплект от старинной цифровой камеры (год выпуска 2004 года), рассчитанной на 7,4 В и 1500 мАч. Думаю, внутри две ячейки, но мы узнаем.

В зависимости от типа батареи, базовая конструкция будет почти такой же, состоящей из пластикового внешнего кожуха, содержащего прокладку для изоляции или амортизации (пенопласт, силикат, ленту или бумагу), элемента (ов), защитное устройство / плата со своими внутренними соединениями, либо проводами, выводами или проводами и выводами. Между прочим, я почти не заметил разницы в конструкции между обычным (например, аккумулятор ноутбука) и оригинальным (например, аккумулятором камеры). Иногда корпус приварен или приклеен, а иногда просто скреплен язычками. Вы быстро узнаете, какой метод использует производитель. OEM-аккумуляторы обычно склеиваются / свариваются, а более дешевые - приклеиваются или защелкиваются.

Я предпочитаю начинать с углов корпуса канцелярским ножом. Найдите шов между двумя половинками корпуса. Вставьте нож по краю. Раскачивайте его взад и вперед, чтобы он заработал в футляре. Он должен утонуть, поэтому будьте осторожны, чтобы не зайти слишком глубоко и не порезать клетки или что-то закоротить. Как только вы начнете работать и откроете небольшой зазор, пора заняться отверткой. Используйте меньшую отвертку, чтобы открыть зазор, повернув его. Как только вы откроете его еще больше, возьмите отвертку побольше и повторите. У вас должны появиться большие складки на чехле. Переместите отвертку вверх по шву корпуса, поворачивая ее по ходу движения. Если вы никуда не денетесь, вернитесь к ножу и повторите первый шаг. Я не думаю, что мне нужно напоминать вам, что здесь нужно быть осторожным.

Если вы застряли, не поддавайтесь желанию использовать молоток или сломайте инструмент Dremel с помощью отрезного круга. Если вы похожи на меня и нетерпеливы, то будьте супер-осторожны! Батареи не любят, когда их разрезают. Для справки, мне никогда не приходилось использовать свою.

Продолжая работать отверткой по шву, разделите половинки корпуса. Вы можете использовать здесь прочную лопатку в качестве клина, чтобы половинки оставались открытыми, пока вы работаете отверткой. Потерпи! Он сдастся перед вами! Не бойтесь обращаться с этим физически. При необходимости подденьте корпус и извлеките из него вкусности.

Шаг 5: Вы зашли

После некоторых изысков у вас должен быть полностью или почти полностью отделен корпус, и вы сможете увидеть все, что находится внутри! Это еще одна интересная часть - выяснить, что у вас внутри.

У моих двух батарей цилиндрические элементы, но я добавлю и плоский, чтобы вы могли увидеть разницу.

В комплекте с ноутбуком есть довольно приличные элементы Moli Energy (теперь называемые E-One) ICR-18650J. Это менее известный бренд, который когда-то располагался в Канаде (теперь на Тайване), но используется в различных устройствах. Я проверил данные, и они имеют емкость 2400 мАч и максимальный ток разряда 4000 мА, полную зарядку 4,2 В, номинальную зарядку 3,75 В и разряженную батарею 3 В. Другой пакет содержит несколько загадочных ячеек, завернутых в бумагу с пластиковым покрытием, но я измерил их, и они оказались равными 49 мм в длину и 18 мм в ширину. Я думаю, что это литий-ионные элементы размером 18500 штук. В батарейном отсеке указано 1500 мАч для них и 7,4 вольт, так что есть два последовательно соединенных элемента. Я мог бы предположить, что это элементы хорошего качества, поскольку это OEM-пакет, но кто знает?

Внутри корпуса у нас те же основные функции. Оба имеют плату управления батареями, которая состоит из схем защиты и баланса. Аккумулятор ноутбука добавляет еще одну важную функцию - термистор для контроля температуры аккумулятора. Они рассчитаны на максимальную пропускную способность и малый сток, поэтому вы не найдете никаких тяжелых компонентов, как в некоторых других схемах защиты.

Взглянув на расположение батарей, батарея ноутбука имеет 6 ячеек в последовательном / параллельном расположении, так что 3 ячейки последовательно для генерирования 11,1 вольт и 2 ячейки параллельно, чтобы удвоить емкость до 4800 мАч. Батарея камеры состоит из двух последовательно соединенных ячеек, поэтому емкость такая же, но напряжение увеличено вдвое.

Хотя ячейки могут оставаться подключенными, вы можете разделить их для зарядки и анализа. Литиевые элементы в аккумуляторных батареях всегда соединяются с помощью точечной сварки, которые соединяют положительную и отрицательную клеммы, и вы должны быть осторожны при их резке. Используйте боковые или плоские кусачки, чтобы аккуратно разрезать выступы между ячейками и избежать короткого замыкания на клеммах. Будьте осторожны, чтобы не повредить и не удалить защитную пленку на внешней стороне ячейки, так как вы можете закоротить металлический корпус, разрезая язычки. Нам не нужны голые батареи. Используйте плоскогубцы, чтобы удалить язычки, потянув их. Будь осторожен. Обрезанные края язычков острые как бритва!

Шаг 6: Спасательная операция

Теперь у вас есть батарейки, стоил ли ваш тяжелый труд? Проблема с утилизацией батарей в том, что вы не знаете, насколько хорошо за ними ухаживали и сколько им лет. Литий-ионные аккумуляторы чувствительны к чрезмерной и недостаточной разрядке. Каждый раз, когда они разряжаются слишком глубоко, а затем полностью заряжаются, они теряют емкость. Вы можете проверить возраст аккумуляторной батареи и измерить напряжение (если возможно) или проверить коды даты на печатной плате внутри. В большинстве случаев эти батареи будут разряжены, я имею в виду, что они разряжены. Литий-ионные элементы не любят, когда их разряжают при напряжении ниже предела разрядки, обычно между 2,5 и 2,75 вольт максимум. Ниже этого и ячейка переходит в «спящий режим» или настолько мертва, что больше не будет заряжаться, и если вам удастся получить в ней заряд, емкость будет настолько низкой, что ее нельзя будет использовать. Если вы можете измерить батарею, прежде чем разбирать ее (например, батарея нашей камеры с открытыми клеммами), вам нужно от 4,2 до 3 вольт на одну ячейку, поэтому полностью заряженная батарея нашего ноутбука составляет 12,6 вольт и разряжена 9 вольт. Я измерил его после того, как вскрыл его, и это было почти мертвое напряжение 5,6 вольт, а каждая ячейка показывала около 1,8 вольт.

Батарея камеры находится в гораздо лучшей форме: батарея показывает полностью заряженные 7,9 вольт и каждую ячейку на 3,9 вольт, но мы не знаем, насколько они здоровы или какая часть их емкости была потеряна за эти годы.

Если ваши батареи читают ниже 2 вольт, то они "мертвые". Если они показывают 0 вольт, значит, они вошли в своего рода состояние гибернации и, вероятно, их не стоит держать, поскольку даже если вы их оживите, они будут повреждены. Утилизируйте их должным образом. Вы можете спасти элементы с очень низким напряжением, но вам понадобится специальное зарядное устройство, которое может «оживить» разряженные батареи, или использовать некоторые методы, которые могут вернуть их к жизни.

Шаг 7: Возрождение

У вас есть батарейки, но они разряжены. Что теперь? Не все потеряно, потому что вы можете их оживить. Если у вас есть зарядное устройство, предназначенное для зарядки LiPo аккумуляторов, скорее всего, оно оживит и ваши литий-ионные элементы. Или, если у вас есть цифровое зарядное устройство с функцией «оживления», оно тоже подойдет. Я использую китайский клон зарядного устройства SkyRC iMax B6 и мультизарядное устройство Zanflare C4. Zanflare может восстанавливать разряженные батареи и имеет функцию анализатора, а iMax - нет.

Чтобы использовать Zanflare, просто вставьте разряженные батареи и дайте зарядному устройству сделать свою работу. Всегда начинайте с минимально возможного тока заряда. Zanflare опустился до 300 мАч, так что это нормально. Это займет некоторое время, но наберитесь терпения. Дайте им полностью зарядиться и снимите их с зарядного устройства. Пусть посидят на ночь или пару дней и посмотрят, не потеряли ли они заряд. Если они значительно разряжаются, то выбросьте их, но если они все еще держат заряд, то есть вероятность, что вы их оживили, но время покажет, когда вы их используете, добьетесь ли вы успеха. Вы можете запустить на них несколько циклов тестирования, чтобы узнать, сколько они потеряли, выполнив цикл или два заряда-разряда и проверив емкость. Вы также можете измерить внутреннее сопротивление ячейки, если ваше зарядное устройство имеет функцию анализатора ячеек, что и делает Zanflare. Воспринимайте это с недоверием, потому что на внутреннее сопротивление влияет множество переменных, но обычно число около 230 миллиомов является хорошим показателем.

Если у вас нет Zanflare или другого зарядного устройства / анализатора с функцией восстановления, вы можете использовать зарядное устройство LiPo. Теперь в качестве меры безопасности большинство этих зарядных устройств не заряжают элементы ниже этого диапазона от 2,6 до 2,5 вольт, но есть обходной путь. Просто будь осторожен! Зарядка литий-ионного элемента, такого как NiMH, приведет к плохим вещам! Установите зарядное устройство в режим NiMH, где вы можете вручную выбрать ток заряда. Установите ток примерно на 200 мА и начните зарядку. Следите за напряжением, пока оно не станет выше 2,8, и остановите процесс зарядки. Установите зарядное устройство в режим LiPo / Li-on и заряжайте при слабом токе, например, от 200 до 300 мА. Дайте ему поработать, пока он полностью не зарядится. Затем разрядите его на низком уровне, 500 мА. Дайте ему полностью разрядиться и отметьте заряженную емкость и количество разряженной емкости. Зарядите батарею еще раз и отметьте заряженную емкость, и у вас должно быть базовое значение того, сколько жизни в ней есть. Число, близкое к исходной емкости, - это хорошо, но если ваша ячейка быстро разряжается, нагревается или нагревается и имеет низкую емкость, то пора ее утилизировать. Ячейки ноутбука были хорошими, в среднем около 2400 мАч, что соответствует их первоначальной емкости для всех ячеек. Батарея камеры не очень хорошо себя зарекомендовала. Элементы были сильно изношены, и их емкость упала до 550 и 660 мАч при полной зарядке, по сравнению с их новой емкостью 1500 мАч. Это имеет смысл, поскольку это оригинальный аккумулятор 14-летней давности! Я, вероятно, буду использовать их в другом проекте, который не является устройством с высоким энергопотреблением, потому что эти ячейки размером 18500 нелегко найти.

Шаг 8: Заключительные мысли

Я надеюсь, что вы нашли это Руководство поучительным и информативным. Вы должны знать, на что обращать внимание при поиске батарей, как их извлекать (безопасно!), Проверять и восстанавливать утилизированные литий-ионные элементы. Извлечение этих батарей из устройств или батарейных блоков может быть одновременно увлекательным, сложным и познавательным занятием! Кроме того, вы экономите $$$. Вы можете найти использованный, но все еще полностью жизнеспособный литий-ионный элемент (-ы) за небольшую часть стоимости, купив новый.

Ваше здоровье!