Odzysk ogniw Li-Ion ze starych baterii

Tematyka odzysku i wykorzystania różnych (głównie Li-Ion) ogniw ze starych baterii różnorakiego pochodzenia, choć często właśnie z laptopów i tym podobnego sprzętu przenośnego, nie jest niczym nowym. Od dawna jest dosyć popularna. Swego czasu sam się do tego długo zabierałem. Posiadając kilka niepotrzebnych baterii pozostałych po starszych sprzętach, starałem się znaleźć czas, aby je przejrzeć, zbadać i odzyskać choć kilka ogniw. Które będę mógł wykorzystać jako napęd do typowego power banka, czy innego źródła zasilania.

Ponad rok temu byłem już prawie pewny, że ten czas nadszedł i najwyższa pora uporządkować trochę zalegający sprzęt. Wtedy, przy okazji odwiedzin rodzinnego domu, udało mi się tylko “rozwalić” obudowy i wydobyć zawartość baterii. Miałem nawet fotki z tego procederu, oczywiście na potrzeby niniejszej dokumentacji, ale gdzieś zaginęły… Wydobyte ogniwa, wraz z płytkami elektroniki sterującej i kawałkami obudowy baterii, znów walały się po mieszkaniu przez długi czas. Wreszcie kilkanaście dni temu, po długim okresie leżakowania, uznałem, że to najwyższa pora na kolejny level i ostateczne rozwiązanie.

Przygotowania

W obecnych czasach najczęściej baterie w urządzeniach przenośnych oparte są na ogniwach litowo-jonowych i ich odmianach. Dlatego przed jakąkolwiek zabawą warto zasięgnąć co nieco informacji na ich temat (jeśli ma się o nich blade pojęcie). Bardzo dobrym źródłem informacji jest “Seria artykułów o ogniwach li-ion” (archiwum) na stronie mdiy.pl.

Do zabaw potrzebna jest dobra ładowarka z opcją rozładowywania i zbierania pomiarów. Od biedy można coś samemu zrobić, albo skorzystać z urządzenia fabrycznego. Ja kiedyś kupiłem sobie klona iMax-a B6, ale niestety nie posiada on jednej jakże przydatnej tutaj opcji - możliwość podłączenia do komputera i zbierania danych real-time po RS-ie. Dlatego pożyczyłem od kolegi oryginalnego iMax-a firmy SkyRC (dzięki Kuba!). Dane zebrane w czasie rozładowywania pomogą wyznaczyć potrzebne charakterystyki i ocenić stan, możliwości i przydatność badanego ogniwa.

Poniższe zdjęcie (pochodzące z czeluści Internetu) przedstawia pinologię wyjścia temperaturowego/rs232/uart ładowarki.

Ja podłączałem poprzez konwerter USB/UART bazujący na chipe PL2303HX. Wszystko fajnie, ale albo występują błędy w sterownikach, albo jakieś przepięcia, bo często na starcie dostawałem blue-screen-a. Dopiero po odpowiedniej konfiguracji ładowarki i jej restarcie, gdy już wszystko ruszyło to działało aż do kolejnej zmiany konfiguracji, połączeń, czy uśpienia/zablokowania laptopa.

Dane wysyłane z ładowarki dobrze gdzieś zbierać i zapisywać. Można skorzystać oryginalnego oprogramowania producenta, albo z czegoś otwartego/darmowego jak na przykład aplikacja LogView. Próbowałem użyć nowej wersji LogView Studio, ale jakoś topornie to wyglądało – ciężkie i mułowate, do tego pomimo zalety, że dane zapisywane są bezpośrednio w bazie, to czemu ciężki MS SQL, zamiast jakiegoś lekkiego SQLite-a?. Ostatecznie wylądowałem z wersją 1. A z tego względu, że badałem ogniwa pojedynczo to nie korzystałem z generowanych wykresów charakterystyk, a dane sam sobie przetworzyłem.

Badanie

Należy pamiętać, aby w czasie badań nie przekraczać dopuszczalnych parametrów, szczególnie dotyczy to prądów ładowania i rozładowania oraz temperatury. Ja jako standardową wartość prądu ładowania przyjąłem bezpieczne okolice 0,5C pociągnięte lekko w dół do równej wartości 1A przy napięciu 4,20V. Rozładowywałem podobnym prądem do 3V na ogniwo. Parametry te po części wynikały z bezpieczeństwa i możliwości użytej ładowarki.

Ogniwa rozładowywałem dopiero po minimum 48 godzinach od naładowania (w praktyce ok. 50h), próbując oszacować upływność i spadki napięcia przy leżakowaniu. Niestety nie miałem możliwości technicznych do pomiaru rezystancji wewnętrznej badanych ogniw.

Asus A32-F52

Bateria o napięciu 10,8V i pojemności 4,5Ah (48Wh), pochodzi z jakiegoś laptopa (Asus K51AC) od kogoś z rodziny, jaki dostałem w ramach utylizacji. Sprzęt był wzorowo używany, więc liczyłem na ogniwa w bardzo dobrym stanie. Tak też w rzeczywistości było.

[gallery columns=“2” size=“medium”]

Bateria składała się 6 czerwonych ogniw UR18650A marki Sanyo, o pojemności 2150mAh. Połączone one były w standardowej konfiguracji 3S2P. Potencjały ogniw, po ich wyjęciu i rozdzieleniu, oscylowały w okolicach 2,44 - 2,47 - 2,52 - 2,54V. Udało mi się rozszyfrować oznaczenia i wyglądają na produkcje datowaną na 32 tydzień 2009 roku (na podstawie N32A = N-2009, 32 week, A-?).

Po naładowaniu ogniw i 48h leżakowaniu przystąpiłem do rozładowania, które zajeło około 1,5h (±10 min) na ogniwo. Zebrane dane można przedstawić w krótkim zbiorczym podsumowaniu:

Ogniwa: Sanyo UR18650A
 Napięcie początkowe: 2,44 - 2,54V
Napięcie naładowania: 4,16 - 4,18V
     po 24 godzinach: ~4,15V
     po 48 godzinach: ~4,15V
 Pojemność nominalna: 2150mAh
Pojemność oszacowana: 1500 - 1600mAh (70 - 75% nom)

Pełne charakterystyki z całego procesu rozładowania przedstawiono na poniższym wykresie.

Ogniwa wydają się być w pełni sprawne, trzymające swoje parametry. Nadają się idealnie do nowych zastosowań. A pojemność w granicach 75% nominalnej jest całkiem dobrym wynikiem.

Asus A32-Z96

Kolejna bateria pochodzi z mojego drugiego, według historycznej kolejności, laptopa opartego na kadłubku Asusa S96 z 2008 roku (chyba wtedy go kupiłem). Przez ostatnie 5 lat leżakowała w nieznanym stanie gdzieś przy reszcie nieużywanego sprzętu. Jej parametry w ostatnim okresie użytkowania raczej był słabe, na pewno długo (powyżej 0,5h) nie byłaby w stanie podtrzymać komputera. Jest to bateria o oznaczeniu A32-Z96, jej znamionowe napięcie wynosi 11,1V a pojemność aż 5,2Ah (58Wh).

[gallery columns=“2” size=“medium”]

W środku znajduje się 6 pomarańczowych ogniw marki LG, prawdopodobnie generacji 2 (DB2) o oznaczeniu LGDB218650. Ciężko mi jednoznacznie rozszyfrować oznaczenie, jak również znaleźć o tych ogniwach nieco więcej informacji w sieci. Konfiguracja połączeń ogniw to 3S2P, co może świadczyć, że ich pojemność oscyluje wokół 2600 mAh.

Jedna para był kompletnie wykończona, więc od razu poleciała do kosza. W drugiej napięcia na ogniwach wynosiły po 1,22V, a w trzeciej - 1,92V i 3,66V. Trochę słabo, napięcia początkowe nie obiecują zbyt wiele, ale tragedii nie ma. Wierzę, że uda się je jeszcze odratować i wykorzystać.

W chwili pisania tej dokumentacji, udało mi się znaleźć pewien ślad i określić ogniwa faktycznie jako ICR18650B2. Parametry pokrywają się z przyjętymi założeniami.

Ogniwa: LG <del>LGDB218650</del> ICR18650B2
 Napięcie początkowe: 1,22 - 3,66V
Napięcie naładowania: 4,16 - 4,17V
     po 24 godzinach: 4,06 - 4,08V
     po 48 godzinach: 4,05 - 4,07V
 Pojemność nominalna: 2600mAh
Pojemność oszacowana: 510 -  775mAh (20 - 30% nom) / 1,0A
Pojemność oszacowana: 900 - 1060mAh (35 - 40% nom) / 0,5A

Po naładowaniu napięcie trochę spadło, ale utrzymywało się przez kolejne dni. Przy rozładowaniu prądem 1A, które trwało krótko, bo tylko 35 - 45 minut, napięcie na ogniwach szybko spadało. W efekcie dużej rezystancji wewnętrznej, udało się wydusić około 1,85 - 2,6 Wh mocy, pojemność w granicach 500 - 700mAh.

Dlatego postanowiłem zrobić ponowny test, ale z 2 razy mniejszym prądem - 0,5A. Czas rozładowania wydłużył się do około 2 godzin. Wtedy wynik był trochę lepszy, 900 - 1000mAh, ale szału nadal nie było.

Jak wyżej wspomniałem, szału nie ma, ale tragedii też nie widać. Ogniwa są słabej kondycji to niezaprzeczalny fakt. Przy prądożernych aplikacjach się nie sprawdzą, ale może uda się je wykorzystać w roli jakieś tymczasowej baterii przy zasilaniu prostych układów pobierających kilkanaście, czy kilkadziesiąt miliamper prądu.

Asus A42-A2

Bateria ta pochodzi z mojego pierwszego laptopa Asus A2500H z P4-ka na pokładzie, kupionego bodajże w okolicach 2004 roku. Tutaj raczej byłem pewien zgonu. Od prawie 10 lat komputer nie był za często uruchamiany, a bateria padła już długo przed ta datą. Ale przed ewentualnym wyrzuceniem, wypadało zajrzeć do środka.

[gallery columns=“2” size=“medium”]

Bateria składała się z 8 ogniw marki Samsung o oznaczeniu ICR18650-22D (SDI 434 AO54/3Q3B2/3Q3E1) połączonych w pakiet 4S2P. Jej znamionowe napięcie wynosiło 14,8V z pojemnością 4,4Ah (aż 65Wh). Jak na taką liczbę ogniw, szału nie ma. Stan ogniw agonalny, jak zresztą można było się spodziewać. Wszystkie z potencjałem 0 lub jakimiś ułamkami mV. Od razu odseparowałem je do utylizacji.

Lenovo ThinkPad

Na koniec postanowiłem również rozebrać dodatkową baterię do laptopa Lenovo ThinkPad. Ma ona specyficzne wymiary bo wkłada się ją do uniwersalnego slotu, gdzie można włożyć napęd CD/DVD, dodatkowy dysk lub inny sprzęt… A że na stale rezyduje tam drugi dysk, to bateria nie jest mi potrzebna. Bateria dostarcza napięcia 10,8V, przy pojemności 2,9Ah, jest w stanie dostarczyć 32Wh energii.

[gallery columns=“2” size=“medium”]

Jak można spodziewać się po kształcie, w środku znalazłem ogniwa pryzmatycznych w ilości 3 sztuk. Nie udało mi się rozszyfrować oznaczeń, ani znaleźć żadnych informacji w sieci o tych akumulatorkach. Jedyne szczątkowe info to takie, że są używane w bateriach Lenovo. Ale bazując na danych baterii, wypadkowa pojemność każdego ogniwa powinna sięgać prawie 3Ah. Ich stan oceniłem na bardzo dobry, napięcia wynosiły nieco poniżej 3V - 2,57, 2,83 i 2,86V.

Po naładowaniu, ogniwa bez problemu trzymały napięcia przez ponad 48h, do czasu rozładowania, które trwało ponad 2,5 godziny.

Ogniwa: US644199
 Napięcie początkowe: 2,57 - 2,86V
Napięcie naładowania: 4,21V
     po 24 godzinach: 4,17 - 4,20V
     po 48 godzinach: 4,17 - 4,20V
 Pojemność nominalna: 2900mAh
Pojemność oszacowana: 2570 - 2620mAh (90% nom)

Pełna charakterystyka z rozładowania na poniższym wykresie.

Po pomiarach i badaniach wyraźnie widać, że ogniwa te są wręcz w idealnym stanie - 90% pojemności.

Podsumowanie

No i finalnie z całej zabawy otrzymałem 10 ogniw cylindrycznych 18650, z czego 6 w zadowalającym stanie, a 4 w bardzo średnim, niemniej nadającym się do użytku. Dodatkowo 3 ogniwa pryzmatyczne o wymiarach 40 x 90 mm w bardzo dobrym stanie. A 10 ogniw cylindrycznych wyrzuciłem do utylizacji.

[gallery columns=“1” size=“medium”]

Teraz pozostaje znaleźć jakieś sensowne zastosowanie do odzyskanych ogniw. Możliwe, że cześć wykorzystam w swoim power-banku. Nawet mam jakaś chińską obudowę z elektroniką na 8 ogniw, zakupiona dawno temu właśnie do tego celu. Tutaj pewnie czerwone Sanyo znajdą swoje miejsce. Pomarańczowe LG-ki, o dużo gorszym stanie może przeznaczę na małą baterię przydatną przy zabawach i uruchamianiu różnych układów. Podobnie mógłbym postąpić z prostokątnymi, ale nie mam jeszcze pomysłu. Na razie naładowałem je do poziomu określanego jako “storage” przez ładowarkę i sobie leżakują na kolejną dawkę czasu lub realne wykorzystanie.