neděle 15. prosince 2013

Ručně vyrobený akupack a pravda o Li-Ion

Stále ještě oslněn mým nedávným objevem fantastických čínských Li-Ion akumulátorů s obrovskou kapacitou 4500 mAh (tj. přes 16 Wh!) za pouhých 40 korun (na Ebay) jsem přemýšlel, co z nich vyrobit. A vzpomněl jsem si, že +Ondřej Caletka mi na LinuxAltu 2012 půjčil v hospodě přenosnou nabíječku mobilních telefonů, což je takový váleček jen o málo delší/tlustší než ten Li-Ion akumulátor, který má na konci dva USB konektory: jedním, tím mini, se doma v klidu energie nalévá z USB nabíječky do vnitřního akumulátoru, no a tím větším USB konektorem se pak někde venku daleko od zdrojů elektřiny vypouští ven, do telefonu či jiného přenosného zařízení s nabíjením přes USB. Tak jednoduché, a přitom v terénu s vybitým mobilem k nezaplacení.

komerční řešení přenosné nabíječky
Napadlo mě, že na to mám vlastně veškeré součástky i know-how po ruce: mám akumulátor, mám měnič napětí z 3,7 V na 5 V (dokonce se správným výstupním USB konektorem), no a na Ebay jsem bleskově našel i nabíjecí modul Li-Ion akumulátorů (už mě ani nepřekvapilo, že má opět ten správný mini-USB konektor na vstupu):

veškeré nutné součástky ke stavbě vlastní mobilní nabíječky za 100 korun
Teď už chyběla jen vhodná krabička. Dopředu jsem věděl, že ji vytisknu na naší 3D tiskárně, jen jsem netušil, jestli ji budu muset celou navrhnout a nakreslit, nebo se mi podaří najít něco vhodného na Thingiverse. A světe div se, našel jsem PŘESNĚ tu správnou, do které všechny součástky pasovaly úplně vzorně:

zkouška krabičky - vše perfektně sedí
Takže teď stačilo těch pár kontaktů propojit mezi sebou a bylo hotovo. Poslední tuning zahrnoval vyvrtání mikrodírek pro paprsky světla od indikačních LEDek (celkem tři - nabíjím, nabito, vybíjím). Teď už jen zbývá sehnat někde světlovodivá vlákna a zatavit je do vyvrtaných dírek, ať svítí ven vždy jen ta pravá LED. Do té doby se je pokusím odstínit pomocí kousku papírku nalepeného na víčku...

propájeno a zkompletováno
Výsledek, slepený tavnou pistolí, vypadal mimořádně robustně a první krátký test absolvoval na výbornou. Akumulátor se přes mini-USB nabil a pak i dobíjel můj mobil. Super! Na poslední chvíli jsem přidal reklamní polep a výsledek předal jako ručně vyrobený (a tudíž velmi cenný) dárek synovi k narozeninám. Pozn.: akumulátor byl před finální kompletací vyměněn a vevnitř je skutečně 4500 mAh, nikoliv ten slabý 3800 mAh figurant na prvních fotkách :-)

finální verze včetně reklamy
Netrvalo dlouho a přišla reklamace. Prý to nejenže mobil nenabije, ale dokonce ho to vybije! Pracně jsem tu pečlivě slepenou krabičku rozdělal, abych mohl najít chybu. Žádná očividná tam nebyla. Všechno fungovalo správně - akumulátor se přes USB skutečně nabil na plnou kapacitu, a pak se začal vybíjet přes měnič do připojeného mobilu. Ale ouha - z poloviny vybitý mobil (s 1300 mAh baterií) to nedokázalo dobít ani do plné kapacity, aniž by se ten skvělý čínský 4500 mAh akumulátor nevybil úplně do mrtva (pod 2 volty).

Jelikož matematicky to nevycházelo (4500 mAh je přece mnohem víc než z poloviny vybitý 1300 mAh) a na chybu v zapojení to nevypadalo, začal jsem nakonec podezřívat samotný akumulátor. Potřeboval jsem ho proměřit, abych zjistil, má-li plně nabitý opravdu 4500 mAh. Nebo-li dokáže-li dodávat proud o určité hodnotě (třeba 500 mA) skutečně po dobu 9 hodin v kuse, než se vybije. No, nakonec jsem pro jednoduchost zvolil vybíjení do konstantního odporu 7,3 ohmu, což zhruba odpovídá 500 mA odběru.

Abych nemusel skákat kolem voltmetru a ampérmetru s hodinkama/stopkama v ruce a celý den to kontrolovat a zapisovat si údaje na papír, který potom ztratím, postavil jsem raději během chvilky digitální voltmetr s vestavěným web serverem, přes který se dají vyčítat naměřené hodnoty na analogových vstupech Arduina (měření s 10bitovou přesností, tj. +-2,5 mV). Tedy vzal jsem jedno Arduino, k němu připojil Ethernet štít, napsal krátký prográmek, který změří aktuální napětí a zobrazí ho na webové stránce a hotovo.

digitální internetový voltmetr = Arduino+Ethernet shield
Pak už stačilo jen napsat kratičký skript v shellu na mém serveru, volaný z cronu každou minutu, který přečte aktuálně naměřené napětí z webové stránky běžící na tom Arduinu a zapíše do CSV souboru (nebo by mohl i posílat do RRD pro graf v reálném čase). Výsledný CSV jsem naimportoval do Google Documents a jedním klikem si nechal vygenerovat graf. Výsledek je docela drsný:


Ano, akumulátor s udanou kapacitou 4500 mAh vydržel zahřívat připojený rezistor místo očekávaných 9 hodin jen necelou hodinu a půl! Když zintegruji danou křivku, vychází mi kapacita pekelných 666 mAh. To je téměř sedmkrát horší, než udaná. Už chápu, proč to nedokáže připojený mobil dobít ani z poloviny...

Pro zajímavost jsem změřil i druhý velký (18650) akumulátor, ten s udanou kapacitou 3800 mAh. Výsledek už nepřekvapil:


Tentokrát je realita (reálná kapacita) dokonce osmkrát horší než sliby prodejce. Opět studená sprcha.

Ještě jsem zběžně proměřil další články, které jsem v původním nadšení nakoupil, tentokrát typu 14500 (velikost našich AA), s udanou kapacitou 1600 mAh. Výsledek = 219 mAh (stejný výsledek u dvou různých kusů). Poměr slib : realita = 7,3 : 1.

Různé články, různá kapacita, ale společný koeficient lži
Když se nad tím zamyslím, je až s podivem, že všechny 4 články o různých kapacitách, od různých prodejců (ale možná stejného výrobce) shodně na obalu tvrdí, že mají 7-8 krát vyšší kapacitu než ve skutečnosti. Jedná se snad o nějakou nepsanou čínskou dohodu, že se na obalu bude udávat 8x vyšší kapacita, aby se články lépe prodávaly?

Teprve teď mě napadlo zeptat se, co o tom ví ostatní. Tento test článků o kapacitě 5000 mAh v podstatě potvrzuje moje zkušenosti (i když tam autor dospěl jen k pětinásobně přepálené udané kapacitě).

Je na místě zavrhnout tyto Li-Ion akumulátory úplně? Tento článek říká, že ne - jen je potřeba vyhnout se nesmyslně vysoké kapacitě a podezřele nízké ceně - skutečný akumulátor typu 18650 má bohužel kapacitu maximálně 3000 mAh, za to cenu má minimálně 5x vyšší, než za jakou jsem nakoupil tyto svoje pomníčky...

Nicméně se vůbec nevzdávám: mám v plánu rozbít akumulátor od nefunkčního notebooku, vytrhat z něj poctivé články a znovu oživit tento akupack, snad už se skutečnou kapacitou v řádu celých ampérhodin. Plus mám nápad, jak vylepšit elektroniku pro současné nabíjení vnitřního akumulátoru i připojeného mobilu. Ale o tom zas až příště...

P.S. ten digitální síťový voltmetr s webserverem se pro měření dlouhých dějů naprosto osvědčil. Asi mu vytisknu krabičku a napíšu komplet software na míru, abych měl prostě digitální multimetr s internetovou konektivitou.

34 komentářů:

  1. Super článek. Ještěže jsem si ty akumulátory nekoupil.
    Zkoušel jsem podobnou nabíječku, ale úplně vybitý telefon nenabila ani s novými bateriemi. No možná je kousl mráz, bylo pod nulou.

    OdpovědětVymazat
  2. to su dobidkove sidit zakazniky uz i na baterkach dobre to ale vedet :)

    OdpovědětVymazat
  3. To si si vazne myslel ze existuje cinsky clanok 4500mAh :)....ach boze..načo ludia mate hlavy? Nevieš použit google skor ako dačo kupiš ? Nik nevyraba 18650 s kapacitou 4500 ani spickovy vyrobcovia.

    OdpovědětVymazat
  4. Tento článek není jen další v řadě na téma "čínští prodejci přeceňují své výrobky". Kouzlo tohoto blog postu je o tom, že jsem vypočítal koeficient, kterým číňani násobí, takže si dnes můžeš v klidu koupit cokoliv a už před koupí víš, kolik to doopravdy bude mít ;-)

    OdpovědětVymazat
  5. Přínosný článek. Je dobré to vědět. Čísnký koeficient podobné velikosti se vyskytuje i u paměťových karet. Místo 16GB dostanete 2GB, místo 128 GB jen skutečných 16GB. I když FAT říká něco jiného.

    OdpovědětVymazat
  6. nejjednodussi oddhad kapacity clanku je jeho podezrele mala hmotnost !!!!

    OdpovědětVymazat
  7. > digitální síťový voltmetr s webserverem

    perfektne!

    OdpovědětVymazat
  8. > digitální síťový voltmetr s webserverem

    perfektne!

    OdpovědětVymazat
  9. Na testování 18650 článků používám modelářskou nabíječku. Neustále sháním vyřazené notebookové akumulátory, rozeberu je a jednotlivé články si potom přezkouším. Často se takhle zadarmo dostanu k 2500 mAh baterkám.

    OdpovědětVymazat
  10. Tady je kresne videt duvod te kapacity :) https://youtu.be/eOshOXcSkDA?t=134

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Perfektní! Dokonce to ten člověk měřil stejně jako já :)

      Vymazat
  11. Ahoj, super článek.
    Mohl bys, prosím tě, prozradit zapojení a naprogramování toho digitálního síťového voltmetru s webserverem, který jsi výše použil? Myslím, že nejen já, ale i ostatní by ho bohatě využili. Díky moc

    JarinH

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Bylo to zcela primitivní. Z příkladů projektů pro Arduino jsem vytáhl Ethernet webserver, který normálně reportuje hodnotu registrů A0-A5. Nechal jsem ho vypisovat jen hodnotu A0, což bylo měřené napětí, a to jsem periodicky (po minutách cron jobem) vyčítal na serveru a zapisoval do už nevím čeho - možná jen plain textu, který jsem pak natáhl do Google Spreadsheetu? Už si to nepamatuju.

      Vymazat
    2. Jinak stavbu skutečného Arduino voltmetru a ampérmetru jsem popsal v přednášce na loňském OpenAltu - http://pstehlik.cz/prezent/

      Vymazat
  12. Je možné zároveň mít připojené zařízení, např. Rasberry pi a nabíjet ten akumulátor? Jinak jsem hledal a našel jsem Adafruit Powerboost 1000C, který by moje potřeby splňoval.

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Mám upravenou verzi toho akupacku (doplněnou o MOSFET, diodu a nějaké odpory) a ta dokáže zároveň dobíjet a zároveň krmit.

      Vymazat
    2. To je pěkné. Bylo by možné zveřejnit zapojení? Stavím si minipočítač, v podstatě dávám do HP Jornady Raspberry pi 3 a 4.3" displej (jakmile to budu mít vše hotové, zveřejním zapojení). Vyhovující by byl ten Adafruit Powerboost 1000C, ale když už mám součástky uvedené v článku, tak mi přijde škoda je nevyužít.

      Vymazat
    3. Ano, zapojení je tady (ten "with load sharing"): http://blog.zakkemble.co.uk/a-lithium-battery-charger-with-load-sharing/

      Vymazat
  13. Clovek s takovymi znalostmi a nevi ze 18650 existuje nejsilnejsi 3500mAh od renomovanych vyrobcu, stoji asi 500kc a je asi 3x tezsi nez tyto "4500" ciny. Ja mel tuto baterku jednou v ruce a poznal jsem ze jde o fake hned a bez mereni :-)

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Díky za pochvalu. Tento článek je už tři roky starý, nikdo učený z nebe nespadl, a hlavně - celé to píšu pro pobavení ostaních. Kdybych napsal jen "čínská 18650 je fake, nebrat", tak by to nebyla taková sranda, jako když si přečtete, kde jsem se spálil a jak mi to syn omlátil o hlavu, ne? :-)

      Vymazat
  14. Zdravím! Tento článek a ještě Váš článek z rootu mne zaujal natolik, že jsem si u jednou tuzemského prodejce koupil 18650 2600mAh za 60Kč, a ostatní moduly z ebaye jen kvůli tomu abych jej obdobně proměřil... Arduino bude měřit Vbat při nabíjení ze solárního článku 6V/2W a data z ADC a čas z RTC cpát na SD kartu do souboru v CSV formátu. Když zahlásí TP4056, že je nabito arduino si spustí vybíjení aku přes rezistor MOSFETEM a bude zase ukládat hodnotu napětí + čas do jiného souboru též na SD dokud neklesne Vbat na nějakých 2,8V a stopne to. Už se těším co z toho v excelu vypadne... No není to prima si tak hrát?! Díky za inspiraci!

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Je to prima! :) Navíc změříte, kolik cyklů vydrží 18650, zjistíte, jak slábne na podzim sluneční svit a taky kolik přepisů zvládne SD karta :)

      Vymazat
  15. Dobrý den,
    mám dotaz jak změřím kapacitu li-ion článku 18650?postup?

    mám nabijecku imax b6.články z baterii z ntb ktere nebyly vybyté pod 2,5 voltu jsem nabil pomocí modulu tp4056 některé na 4,15voltu nektere 4,10 nektere třeba jen na 4volty.Jak se dál postupuje?dát discharge třeba 0,5A až se vybije na 3volty a ukaže vysledná kapacita.Pak dát zas nabíjeni třeba 0,5A a až se článek babyje a ukáže se vysledná kapacita.Která kapacita je správná při nabíjení ,nebo vybijení.A mužu s touto nabíječkou vybíjet ,nebo nabijet 6članku najednou abych u každeho z nich viděl pak jeho kapacitu?Díky

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Ano, článek se musí vybít a nabít. Já používám nabitou kapacitu (abych články nemusel znovu vybíjet, trvá to dlouho.. stejně se od vybité liší minimálně) Já mám nabíječku Accucel 6, tohle je to samé v bledě modré a musím nabíjet každý článek zvlášť, protože ukáže pouze výslednou nabitou kapacitu.

      Vymazat
    2. Zdravím.Koupil sem nabíječku IPC-5.Když dám otestovat 18650 které byly vybité pod 1.5v nebo i míň třeba měli jen 0,9voltu po otestování mají některé větší kapacitu než články které nebyli vybité pod 2.5voltu.Jsou tyto hodně vybité članky v pohodě?Když je u nich změřená taková kapacita a nabijou se normálně na 4,21V.

      Diky :-)

      Vymazat
  16. Dobrý den,
    koupil sem na Aliku baterie 18650 co mají 9900mAh (jo jo teď už vím, že je to hovadina, prodejce je Ruby Liu). Svitilna: https://www.aliexpress.com/item/2015-New-25000-lumens-SKYRAY-King-Led-Flashlight-25000-Lumens-14x-CREE-XM-L-T6-LED/32377424149.html?spm=2114.13010608.0.0.oKahVF svítila na 6 ks (tj dohromady 59400mAh asi?) jen 10 minut. Číňan se chvíli cukal ale pak vrátil prachy, chtěl ale důkaz, tak jsem chvíli googlil a zakoupil nabíječku od FKtechnics IPC-5, doporučuju. Baterie měly cca 670mAh !! Zdar

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. ta konkurence na Ebay i AliExpressu je obrovská, takže se každý prodejce snaží předhonit ostatní kapacitou. Ovšem 9900 mAh, to je opravdu silné kafe :-)

      Vymazat
  17. Ahoj.
    Na E-bay jsem koupil malou lipolku pro model vrtulníku. Našel jsem prodejce, který za obvyklou cenu baterií 500mah nabízel 650mah. Když baterie za půl roku "odešla" sloupl jsem horní obal který varoval před jakoukoliv manipulací a ukázalo se, že je to přelepená pětistovka.
    Tak si tak představím číňánka nad tou bednou bateríí jak si říká " Ty pětistovky lidi moc nekupujou, co s tím asi uděláme?"
    Ani mne tak nemrzí ty peníze, jako spíš ztráta důvěry a to, že jsem se na něco těšil a " vonoprd".

    OdpovědětVymazat
  18. Když si ten akumulátor rozebereš a uvidíš co v něm je. ( WC papír napuštěný acylpyrinem, to nic nestojí ani nic naváží )

    OdpovědětVymazat
  19. Velký pozor si dejte na články 18650 vyrobené v Číně (i např. články SAMSUNG SDI 2600mAh). Tyto články rády při nabíjení vybuchují - mohl bych o tom povídat. Sám jsem při nabíjení kolobaterie 36V/10Ah složené z těchto článků zažil po výbuchu 3 článků zahoření domácnosti a skončil na popáleninovém centru jedné velké nemocnice s popáleninami 2. stupně.
    Po výbuchu takového článku z baterie létají jiskry jako při svařování, které zapalují vše kolem a článek nelze uhasit - o to hůř, když je ještě živen z paralelně připojených dalších článků baterie. Podstatně bezpečnější jsou těžší a větší prizmatické články, které při zahřátí se nafouknou a prasknou ve švu s následným výronem elektrolytu z článku.
    Od doby výbuchu článků 18650 je již nechci vidět a veškeré práce s nimi provádím jen v nehořlavé kovové krabici mimo domácnost.
    Proto bych již nikdy žádné vozidlo na baterky nechtěl, protože si nechci nechat vypálit svoje obydlí.

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Tesla jich má ve svém automobilním akupacku přes 7000 ks a zvládá to. Sice už několik Tesel shořelo (např. po bouračce), ale rozhodně to nepřekračuje procento shořelých spalováků.

      Vymazat
  20. Zajímavý blog i téma . Články 18650 používám na repas AKU bloků vrtaček. Výbuch nehrozí pokud je tam teplotní čidlo, nebo balancer, pokud je více článků v serii.
    https://www.blogger.com/blogger.g?blogID=1670536104075485729#editor/target=post;postID=5961659967453823601;onPublishedMenu=allposts;onClosedMenu=allposts;postNum=4;src=postname

    OdpovědětVymazat
  21. kdysi jsem kupoval NiMh aku z eBay s podezřele vysokou kapacitou.
    nakonec se ukázala nejen cca čtvrtinová kapacita, ale navíc i jiné složení článků - jsou to NiCd.
    docílil jsem vrácení peněz a NiCd ke spokojenosti používám ve fotoblesku.

    OdpovědětVymazat