Recupero delle batterie agli ioni di litio: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Se sei come me, sei sempre alla ricerca di una scusa per risparmiare denaro, armeggiare o decostruire qualcosa che sembra interessante. Ho trovato un modo per soddisfare tutto quanto sopra! Ho un'affinità per le batterie agli ioni di litio. Sono disponibili in tutte le forme e dimensioni, sono ad alta densità energetica (trattengono molta energia), hanno un voltaggio più elevato rispetto alle batterie NiCad o NiMH e possono sopportare un elevato assorbimento di corrente. Inoltre, non sviluppano una "memoria" o hanno un'elevata autoscarica, quindi puoi conservarli a lungo. Infine, si prestano a configurazioni multicella. Meglio ancora, sono ovunque e si possono avere gratuitamente. In questo tutorial, ti darò un corso accelerato su come trovare, estrarre e recuperare le batterie agli ioni di litio, quindi iniziamo! Di seguito sono riportati i collegamenti per alcuni degli strumenti e degli oggetti che ho usato!

Caricabatterie iMax B6 LiPo:

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Caricatore/analizzatore Zanflare C4:

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Scheda di protezione/gestione batteria 4S:

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Utensili:

Kit di attrezzi per spudger/leva

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Taglierine a filo

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Tronchesi laterali

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Coltello multiuso

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Passaggio 1: batteria agli ioni di litio 101

Come ho detto, le batterie ricaricabili agli ioni di litio sono ovunque! Questo è ciò che rende queste batterie economiche perché le persone tendono a buttare via i vecchi dispositivi elettronici che si rompono o semplicemente smettono di funzionare, ma lasciano la batteria all'interno. Di solito prendo i miei dal negozio dell'usato per pochi centesimi, o da vecchi giocattoli che le persone regalano o si rompono e donano per la scienza. Quelli da cercare sono i seguenti: dispositivi portatili, telefoni cellulari, fotocamere o videocamere digitali, lettori DVD o video portatili e le mie batterie preferite per laptop. Esistono diverse sostanze chimiche associate alle celle ricaricabili agli ioni di litio, come l'ossido di litio e cobalto (tipo ICR), il litio ferro fosfato o LiFePO4, (non li incontrerai spesso gettati via), l'ossido di litio manganese (IMR), litio manganese nichel (INR) e litio nichel manganese cobalto ossido (NCA o ibrido). I PI comuni che troverai sono l'ossido di cobalto di litio di tipo ICR. È il migliore per densità di energia e potenza, ma ha una corrente di scarica da media a bassa e una soglia di temperatura. La corrente di scarica massima per questi è uguale o almeno il doppio della capacità al massimo. Inoltre, sono meno stabili (leggi: pericolosi) rispetto agli altri tipi e necessitano di un qualche tipo di circuito di protezione. Ora, non confondiamo le batterie agli ioni di litio con le batterie ai polimeri di litio o le batterie LiPo. Nelle batterie LiPo l'elettrolita, l'anodo e il catodo, i terminali positivo e negativo, sono alloggiati in sacchetti di polimero. La chimica interna è simile alle celle agli ioni di litio. A seconda del dispositivo, la batteria sarà diversa per forma o dimensioni, ma di solito sono rettangolari e sottili per telefoni cellulari o dispositivi compatti, o cilindriche come 18650 (comune nelle batterie dei laptop) o 18500 comuni nelle gobbe per fotocamere o videocamere.

Nel caso te lo fossi mai chiesto, il nome della batteria contiene le sue dimensioni. "18650" significa che la batteria ha un diametro di 18 mm e una lunghezza di 65 mm. Lo "0" è appena uscito. Indipendentemente dal tipo o dalla dimensione, questi possono avere una singola cella o più celle. Più celle sono in serie o in parallelo o un mix di entrambi. Anche batterie piccole possono avere all'interno due piccole celle collegate in serie o in serie/parallelo. Ciò è dovuto al fatto che alcuni dispositivi hanno esigenze di tensione maggiori di quelle che una singola cella può fornire o per aggiungere capacità. I collegamenti in serie aumentano la tensione e i collegamenti in parallelo aumentano la capacità del pacco. A differenza delle batterie NiMH o NiCad, le batterie agli ioni di litio avranno al loro interno una sorta di dispositivo di protezione come un sistema di gestione della batteria composto da circuiti integrati e MOSFET o resistori che regolano corrente, tensione, rilevano cortocircuiti, inversione di polarità e temperatura. Alcuni hanno una funzione aggiuntiva di bilanciare le celle se ci sono più celle. Perché hanno bisogno di questo? È perché la chimica della cella al litio la rende sensibile a sovraccarica, sovrascarica (scarico fino a quando la tensione diventa troppo bassa), cortocircuito e persino sovratemperatura. Ognuno di questi può danneggiare la cella o, peggio, causare un incendio. Le batterie a più celle in serie necessitano della funzione di bilanciamento che assicura che ogni singola cella riceva la stessa quantità di corrente e tensione delle altre celle. Se una cella riceve più carica di un'altra, può consumarsi più velocemente o danneggiarsi. Anche la capacità del pacco è ridotta. Questi tipi di batterie richiedono anche procedure di ricarica speciali che NiMH o NiCad non richiedono. Ne parleremo più avanti!

Passaggio 2: sicurezza

Ora, prima di iniziare a scavare nei pacchi batteria, voglio toccare alcuni elementi di sicurezza specifici per le celle agli ioni di litio. Se ti piace l'RC e hai veicoli elettrici e hai esperienza con le batterie LiPo, puoi saltare questo, ma in caso contrario, è importante capire che scherzare con le batterie agli ioni di litio può essere pericoloso. L'ho imparato a mie spese!

Come mai? A causa della loro chimica, una singola cella 18650 contiene molta energia. Lega 6 o più insieme e avrai molta energia immagazzinata. La considerazione sulla sicurezza arriva se sono in cortocircuito, sovraccarichi o sottocaricati o sovrascaricati, il tipo più comune di batteria al litio si surriscalda, si gonfia e può esplodere o causare un incendio dal diventare così caldo, cosa che non non voglio.

Il modo per evitarlo è gestirli e caricarli correttamente. La maggior parte di tutti i pacchi batteria agli ioni di litio o le batterie singole hanno un qualche tipo di circuito di protezione integrato per proteggere la cella da sovraccarica, cortocircuito o scaricamento eccessivo. I pacchi multi-cella hanno una funzionalità aggiuntiva chiamata sistema di gestione della batteria con una funzione di bilanciamento che monitora e distribuisce la corrente di carica e la tensione su ciascuna cella, assicurandosi che ciascuna venga caricata con la stessa quantità di corrente e tensione. Detto questo, è necessario utilizzare un caricabatterie appropriato, per celle singole o uno che supporta più celle in un pacchetto come un caricatore di bilanciamento. L'utilizzo di qualsiasi altro caricabatterie potrebbe causare il sovraccarico delle celle agli ioni di litio e provocare un incendio.

Passaggio 3: strumenti

L'estrazione delle cellule è piuttosto semplice. Hai bisogno di alcuni strumenti di base, quindi ecco quelli essenziali:

Cacciaviti a lama piatta. È utile avere varie dimensioni, ma in genere sono sufficienti 3 mm (1/8") fino a 5 mm (o 1/4"). Evita le lame più spesse perché sono troppo grandi per stare in piccoli spazi.

Spudger (opzionale). Uno robusto in metallo o uno in plastica resistente per separare le valigie.

Tronchesi laterali o tronchesi a filo. Per tagliare linguette o fili o aprire il vano batteria. Funzionano entrambi, ma mi piacciono i miei tagliasiepi perché entrano meglio in piccoli spazi.

Coltello multiuso. Funziona meglio di uno spudger, ma è più pericoloso! Chiedi alle mie dita e alle mie mani come lo so 8)

Multimetro. Non c'è bisogno di un Fluke o qualcosa di speciale per questo. È solo per misurare la tensione delle celle per vedere se sono recuperabili.

Guanti (opzionale). Dico facoltativo perché i guanti pratici per questo compito probabilmente non fermeranno una lama affilata di un cacciavite o una lama di un coltello multiuso che è scivolata fuori da un giunto ad alta velocità.

Questi sono tutti gli strumenti di cui hai bisogno!

Passaggio 4: decostruzione

Hai la batteria, gli strumenti e ora è il momento di scavare. Sto smontando due batterie in questo tutorial. Uno è un pacchetto generico a 6 celle per un laptop HP Pavilion serie Dv 5 a Dv 6 e un pacchetto proveniente da un'antica fotocamera digitale (annata 2004) da 7,4 volt e 1500 mAh. Penso che abbia due celle all'interno, ma lo scopriremo.

A seconda del tipo di batteria, il design di base sarà più o meno lo stesso, costituito da un involucro esterno in plastica contenente un rivestimento per l'isolamento o l'imbottitura (schiuma, silicone, nastro o carta), le celle, un dispositivo/scheda di protezione con le sue connessioni interne, fili, linguette o fili e linguette. A proposito, ho notato poca o nessuna differenza nella costruzione tra generico (come la batteria del laptop) e originale OEM (come la batteria della fotocamera). A volte la custodia è saldata o incollata, ma altre volte è semplicemente tenuta insieme da linguette. Scoprirai rapidamente quale metodo utilizza il produttore. Le batterie OEM sono generalmente incollate/saldate e quelle più economiche sono incollate o agganciate.

Mi piace iniziare prima dagli angoli della valigetta con il taglierino. Trova la cucitura tra le due metà della custodia. Inserisci il coltello lungo il bordo. Scuotilo avanti e indietro per farlo funzionare nella custodia. Dovrebbe affondare, quindi fai attenzione a non andare troppo in profondità e tagliare le celle o cortocircuitare qualcosa. Una volta che l'hai fatto funzionare e hai aperto un piccolo spazio, è tempo di andare a prendere il cacciavite. Usa il cacciavite più piccolo per aprire ulteriormente lo spazio ruotandolo. Una volta aperto di più, prendi il cacciavite più grande e ripeti. Dovresti iniziare a ottenere grandi pieghe nella custodia. Sposta il cacciavite lungo la cucitura della custodia, ruotando mentre procedi. Se non vai da nessuna parte, torna al coltello e ripeti il primo passaggio. Non credo di doverti ricordare di stare attento qui.

Se sei bloccato, resisti alla tentazione di usare un martello o di rompere il tuo strumento Dremel con un disco da taglio. Se sei come me e sei impaziente, fai molta attenzione! Alle batterie non piace essere aperte. Per la cronaca, non ho mai dovuto usare il mio.

Continua a lavorare il cacciavite lungo la cucitura e separa le metà della custodia. Puoi usare uno spudger robusto qui come un cuneo per tenere aperte le metà mentre lavori con il cacciavite. Essere pazientare! Si arrenderà prima di te! Non aver paura di essere fisico con esso. Se necessario, fai leva sulla custodia e estrai le chicche all'interno.

Passaggio 5: sei dentro

Dopo un po' di tentativi dovresti avere la custodia completamente o per lo più separata e puoi vedere le chicche all'interno! Questa è l'altra parte divertente, capire cosa hai dentro.

Le mie due batterie hanno celle cilindriche, ma ne includerò una piatta così puoi vedere la differenza.

Il pacchetto del laptop ha alcune celle ICR-18650J di marca Moli Energy (ora chiamate E-One) piuttosto decenti. Si tratta di un marchio meno noto che un tempo si trovava in Canada (ora a Taiwan), ma sono presenti in una varietà di dispositivi. Ho controllato la scheda tecnica e hanno una capacità di 2400 mAh e una corrente di scarica massima di 4000 mA, una carica completa di 4,2 volt e una carica nominale di 3,75 volt e una scarica di 3 volt. L'altra confezione contiene alcune celle misteriose avvolte in carta plastificata, ma le ho misurate e risultano lunghe 49 mm e larghe 18 mm. Penso che siano celle agli ioni di litio di 18500 dimensioni. La custodia della batteria diceva 1500 mAh per loro e 7,4 volt, quindi ci sono due celle in serie. Immagino che siano celle di buona qualità poiché si tratta di un pacchetto OEM, ma chi lo sa?

All'interno del case abbiamo le stesse caratteristiche di base. Entrambi hanno una scheda di gestione della batteria composta dai circuiti di protezione e bilanciamento. La batteria del laptop aggiunge un'altra importante caratteristica, un termistore per il monitoraggio della temperatura della batteria. Questi sono progettati per la massima capacità e basso consumo, quindi non troverai componenti pesanti come con altri circuiti di protezione.

Dando un'occhiata alla disposizione delle batterie, la batteria del laptop ha 6 celle in serie/parallelo, quindi 3 celle in serie per generare gli 11,1 volt e 2 celle in parallelo per raddoppiare la capacità a 4800 mAh. La batteria della fotocamera ha 2 celle in serie, quindi la capacità è la stessa, ma la tensione è raddoppiata.

Anche se va bene mantenere le celle collegate, ti consigliamo di separarle per la ricarica e l'analisi. Le celle al litio nei pacchi batteria sono sempre collegate da linguette saldate a punti che collegano i terminali positivo e negativo ed è necessario prestare attenzione durante il taglio. Utilizzare le tronchesi laterali o le tronchesi a filo per tagliare con cura le linguette tra le celle ed evitare cortocircuiti tra i terminali. Fare attenzione a non danneggiare o rimuovere l'involucro protettivo all'esterno della cella poiché si può cortocircuitare anche il corpo metallico mentre si tagliano le linguette. Non vogliamo batterie nude. Usa le pinze ad ago per rimuovere le linguette tirandole via. Stai attento. I bordi tagliati delle linguette sono affilatissimi!

Passaggio 6: operazione di salvataggio

Ora che hai le batterie, ne è valsa la pena il tuo duro lavoro? Il problema con il recupero delle batterie è che non sai quanto sono state curate o quanti anni hanno. Le batterie agli ioni di litio sono sensibili a sovra e sottoscarica. Ogni volta che vengono scaricati troppo profondamente, quindi completamente carichi, perdono capacità. È possibile controllare l'età della batteria e misurare la tensione (se possibile) o controllare i codici della data sulla scheda del circuito all'interno. La maggior parte delle volte, queste batterie saranno scariche, e intendo morte. Le celle agli ioni di litio non amano essere scaricate al di sotto della loro sovratensione di scarica, di solito tra 2,5 e 2,75 volt al massimo. Al di sotto di questo e la cella va in "dormire" o è così morta che non richiederà più una carica, e se riesci a caricarla, la capacità sarà così bassa che è inutilizzabile. Se riesci a misurare la batteria prima di smontarla (come la nostra batteria della fotocamera con terminali esposti), stai cercando da 4,2 a 3 volt per una singola cella, quindi la nostra batteria del laptop completamente carica è 12,6 volt e 9 volt scarica. L'ho misurato dopo averlo sezionato ed era un 5,6 volt praticamente morto con ogni cella che leggeva circa 1,8 volt.

La batteria della fotocamera è in condizioni molto migliori, con il pacco che mostra 7,9 volt completamente carica e ogni cella a 3,9 volt, ma non sappiamo quanto siano in salute o quanta capacità sia stata persa nel corso degli anni.

Se le tue batterie leggono sotto i 2 volt, allora sono "morte". Se leggono 0 volt, allora sono entrati in una sorta di stato di ibernazione e probabilmente non vale la pena tenerli poiché anche se li riattivi, saranno stati danneggiati. Riciclarli correttamente. È possibile recuperare le celle a bassissimo voltaggio, ma è necessario un caricabatterie speciale in grado di "rianimare" le batterie scariche o utilizzare alcune tecniche che possano riportarle in vita.

Passaggio 7: rinascita

Hai le batterie, ma sono scariche. Ora cosa? Non tutto è perduto perché puoi farli rivivere. Se disponi di un caricabatterie bilanciato progettato per caricare le batterie LiPo, è probabile che faccia rivivere anche le tue celle agli ioni di litio. Oppure, se disponi di un multicaricatore digitale con funzionalità di "rianimazione", funzionerà anche quello. Sto usando un clone cinese di un caricabatterie SkyRC iMax B6 e un multicaricatore Zanflare C4. Lo Zanflare ha la capacità di far rivivere le batterie scariche e ha una funzione di analizzatore, ma l'iMax no.

Per utilizzare lo Zanflare, basta inserire le batterie scariche e lasciare che il caricabatterie faccia il lavoro. Iniziare sempre con la corrente di carica più bassa possibile. Lo Zanflare scende a 300 mAh, quindi va bene. Ci vorrà un po', ma sii paziente. Lasciali caricare completamente e toglili dal caricabatterie. Lascia che si siedano durante la notte o un paio di giorni e vedi se hanno perso la carica. Se si sono autoscaricati in modo significativo, allora lanciali, ma se stanno ancora mantenendo la carica, è probabile che tu li abbia rianimati, ma il tempo dirà mentre li usi se hai successo. Puoi eseguire alcuni cicli di prova su di essi per vedere quanta vita hanno perso eseguendo uno o due cicli di carica-scarica e controllando la capacità. Puoi anche misurare la resistenza interna della cella se il tuo caricabatterie ha la funzione di analizzatore di cella, cosa che fa Zanflare. Prendi questo con un pizzico di sale perché molte variabili influenzano la resistenza interna, ma generalmente un numero di circa 230 miliohm è una buona cifra.

Se non hai uno Zanflare o un altro caricatore/analizzatore con funzione revive, puoi usare il tuo caricatore LiPo. Ora, come caratteristica di sicurezza, la maggior parte di questi caricabatterie non caricherà una cella nell'intervallo da 2,6 a 2,5 volt, ma c'è una soluzione alternativa. Solo stai attento! Ricaricare una cella agli ioni di litio come una NiMH farà accadere cose brutte! Imposta il caricabatterie sulla modalità NiMH in cui è possibile selezionare manualmente la corrente di carica. Imposta la corrente su qualcosa come 200 mA e inizia a caricare. Monitorare la tensione fino a quando non supera i 2,8 e interrompere il processo di ricarica. Imposta il caricabatterie in modalità LiPo/Li-on e carica a bassa corrente, come da 200 a 300 mA. Lascialo funzionare finché non è completamente carico. Quindi scaricarlo a un'impostazione bassa, 500 mA. Lascia che si scarichi completamente e annota la capacità caricata e la quantità di capacità scaricata. Carica di nuovo la cella e annota la capacità di carica e dovresti avere una linea di base di quanta vita ha la cella. Un numero più vicino alla capacità originale è buono, ma se la tua cella si scarica rapidamente, si riscalda o si surriscalda e ha una capacità bassa, allora è il momento di riciclarla. Le celle del laptop erano buone, con una media di circa 2400 mAh, azzeccate sulla loro capacità originale per tutte le celle. La batteria della fotocamera non ha funzionato così bene. Le celle erano gravemente degradate e la loro capacità era scesa a soli 550 e 660 mAh completamente carichi, rispetto alla nuova capacità di 1500 mAh. Ha senso però dato che questa è la batteria originale di 14 anni fa! Probabilmente li userò in un altro progetto che non è un dispositivo ad alto drenaggio perché queste celle di 18500 dimensioni non sono facili da trovare.

Passaggio 8: considerazioni finali

Spero che tu abbia trovato questo Instructable illuminante e informativo. Dovresti sapere cosa cercare quando scrocchi le batterie, come rimuoverle (in sicurezza!), controllare e far rivivere le celle agli ioni di litio recuperate. Raccogliere queste batterie da dispositivi o batterie può essere divertente, stimolante ed educativo allo stesso tempo! Inoltre, risparmi $$$. È possibile trovare una o più celle agli ioni di litio usate ma ancora completamente utilizzabili per una frazione del costo dell'acquisto di nuove.

Saluti!