Recuperación de baterías de iones de litio: 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Si eres como yo, siempre estás buscando una excusa para ahorrar dinero, retocar o deconstruir algo que parece interesante. ¡Encontré una manera de satisfacer todo lo anterior! Tengo afinidad por las baterías de iones de litio. Vienen en todas las formas y tamaños, son densos en energía (retienen mucha energía), tienen un voltaje más alto que las baterías de NiCad o NiMH y pueden soportar grandes consumos de amperaje. Además, no desarrollan una "memoria" ni tienen una alta autodescarga, por lo que puede almacenarlos durante mucho tiempo. Por último, se prestan a configuraciones multicelda. Mejor aún, están en todas partes y se pueden obtener de forma gratuita. En este tutorial, le daré un curso intensivo sobre cómo encontrar, extraer y recuperar baterías de iones de litio, ¡así que comencemos! ¡A continuación se muestran los enlaces para algunas de las herramientas y elementos que utilicé!

Cargador LiPo iMax B6:

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

Cargador / analizador Zanflare C4:

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

Tablero de protección / gestión de batería 4S:

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

Instrumentos:

Juego de herramientas spudger / palanca

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Cortadores al ras

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Cortadores laterales

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Cuchillo de uso

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Paso 1: Batería de iones de litio 101

Como dije, ¡las baterías recargables de iones de litio están en todas partes! Esto es lo que hace que obtener estas baterías sea barato porque la gente tiende a tirar aparatos electrónicos viejos que se rompen o simplemente dejan de funcionar, pero dejan la batería adentro. Por lo general, obtengo el mío en la tienda de segunda mano por centavos, o de juguetes viejos que la gente regala o se rompe y dona para la ciencia. Los que hay que buscar son los siguientes: dispositivos portátiles, teléfonos móviles, cámaras digitales o videocámaras, reproductores de vídeo o DVD portátiles, y mi favorito personal, las baterías para portátiles. Existen diferentes químicas asociadas con las celdas de iones de litio recargables, como el óxido de cobalto de litio (tipo ICR), el fosfato de hierro y litio o LiFePO4 (no encontrará que se desechen con frecuencia), óxido de litio y manganeso (IMR), litio-níquel-manganeso (INR) y óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto (NCA o híbrido). El MÁS común que encontrará es el óxido de cobalto de litio tipo ICR. Es el mejor para densidad de energía y potencia, pero tiene un umbral de temperatura y corriente de descarga de promedio a bajo. La corriente de descarga máxima para estos es igual o al menos el doble de la capacidad como máximo. Además, son menos estables (léase: peligrosos) que los otros tipos y necesitan algún tipo de circuito de protección. Ahora, no confundamos las baterías de iones de litio con las baterías de polímero de iones de litio o las baterías LiPo. En las baterías LiPo, el electrolito, el ánodo y el cátodo, los terminales positivo y negativo, están alojados en bolsas de polímero. La química interna es similar a la de las células de iones de litio. Dependiendo del dispositivo, la batería será diferente en forma o tamaño, pero generalmente son rectangulares y delgadas para teléfonos celulares o dispositivos compactos, o cilíndricas como 18650 (común en baterías de portátiles) o 18500 común en paquetes de joroba para cámaras o videocámaras.

En caso de que alguna vez se lo haya preguntado, el nombre de la batería contiene sus dimensiones. "18650" significa que la batería tiene 18 mm de diámetro y 65 mm de largo. El "0" está colgando. Independientemente del tipo o tamaño, estos pueden tener una sola celda o varias celdas. Varias celdas están en serie o en paralelo, o una combinación de ambas. Incluso las baterías pequeñas pueden tener dos celdas pequeñas conectadas en serie o en serie / paralelo. Esto se debe al hecho de que algunos dispositivos necesitan más voltaje de lo que puede proporcionar una sola celda, o para agregar capacidad. Las conexiones en serie aumentan el voltaje y las conexiones en paralelo aumentan la capacidad del paquete. A diferencia de las baterías de NiMH o NiCad, los paquetes de baterías de iones de litio tendrán algún tipo de dispositivo de protección, como un sistema de administración de baterías que consta de IC y MOSFET o resistencias que regulan la corriente, el voltaje, detectan cortocircuitos, polaridad inversa y temperatura. Algunos tienen la función adicional de equilibrar las celdas si hay varias celdas. ¿Por qué necesitan esto? Esto se debe a que la química de la celda de litio la hace sensible a la sobrecarga, la sobredescarga (drenaje hasta que el voltaje es demasiado bajo), los cortocircuitos e incluso la sobretemperatura. Cualquiera de ellos puede dañar la celda o, lo que es peor, provocar un incendio. Las baterías de varias celdas en serie necesitan la función de equilibrio que asegura que cada celda individual reciba la misma cantidad de corriente y voltaje que las otras celdas. Si una celda recibe más carga que otra, puede desgastarse más rápido o dañarse. La capacidad del paquete también se reduce. Estos tipos de baterías también requieren procedimientos de carga especiales que las NiMH o NiCad no requieren. ¡Más sobre eso más tarde!

Paso 2: ¡Seguridad

Ahora, antes de comenzar a investigar los paquetes de baterías, quiero mencionar algunos elementos de seguridad específicos de las celdas de iones de litio. Si le gustan los RC, tiene vehículos eléctricos y tiene experiencia con baterías LiPo, puede omitir esto, pero si no es así, es importante comprender que jugar con las baterías de iones de litio puede ser peligroso. ¡Aprendí esto de la manera difícil!

¿Por qué? Debido a su química, una sola celda 18650 contiene mucha energía. Ate 6 o más juntos y tendrá mucha energía almacenada. La consideración de seguridad viene si están en cortocircuito, sobrecargados o subcargados, o sobre descargados, el tipo más común de batería de litio se calienta, se hincha y puede explotar, o causar un incendio al calentarse tanto, lo cual no hacemos no quiero.

La forma de evitarlo es manipularlos y cargarlos correctamente. La mayoría de los paquetes de baterías de iones de litio o baterías individuales tienen algún tipo de circuito de protección integrado para proteger la celda de sobrecargas, cortocircuitos o descargas excesivas. Los paquetes de celdas múltiples tienen una característica adicional llamada sistema de administración de batería con una función de equilibrio que monitorea y distribuye la corriente y el voltaje de carga en cada celda, asegurándose de que cada una se cargue con la misma cantidad de corriente y voltaje. Dicho esto, debe usar un cargador apropiado, ya sea para celdas individuales o uno que admita múltiples celdas en un paquete, como un cargador de equilibrio. El uso de cualquier otro cargador podría hacer que las celdas de iones de litio se sobrecarguen y provoquen un incendio.

Paso 3: ¡Herramientas

Extraer células es bastante sencillo. Necesita algunas herramientas básicas, así que aquí están las esenciales:

Destornilladores de punta plana. Es bueno tener varios tamaños, pero generalmente de 3 mm (1/8 ") hasta 5 mm (o 1/4") es todo lo que necesita. Evite las hojas más gruesas, ya que son demasiado grandes para caber en espacios pequeños.

Spudger (opcional). Uno de metal resistente o uno de plástico resistente para separar las cajas.

Cortadores laterales o cortadores al ras. Para cortar lengüetas o cables, o abrir la caja de la batería. Ambos funcionan, pero a mí me gustan mis cortadores al ras porque entran mejor en espacios pequeños.

Cuchillo de uso. Funciona mejor que un spudger, ¡pero más peligroso! Pregúntale a mis dedos y manos cómo sé esto 8)

Multímetro. No necesita un Fluke ni nada sofisticado para esto. Es solo para medir el voltaje de la celda para ver si se pueden salvar.

Guantes (opcional). Digo opcional porque los guantes prácticos para esta tarea probablemente no detendrán la hoja de un destornillador afilado o la hoja de un cuchillo que se sale de una junta a gran velocidad.

¡Esas son todas las herramientas que necesitas!

Paso 4: Deconstrucción

Tienes la batería, las herramientas y ahora es el momento de profundizar. En este tutorial, voy a desarmar dos paquetes de baterías. Uno es un paquete genérico de 6 celdas para una computadora portátil HP Pavilion de las series Dv 5 a Dv 6 y un paquete de una cámara digital antigua (2004) de 7,4 voltios y 1500 mAh. Creo que tiene dos celdas adentro, pero lo averiguaremos.

Dependiendo del tipo de batería, el diseño básico será más o menos el mismo, que consiste en una carcasa exterior de plástico que contiene un revestimiento para aislamiento o amortiguación (espuma, silastic, cinta o papel), la (s) celda (s), un dispositivo / placa de protección con sus conexiones internas, ya sean cables, lengüetas o cables y lengüetas. Por cierto, he notado poca o ninguna diferencia en la construcción entre el genérico (como la batería del portátil) y el OEM genuino (como la batería de la cámara). A veces, la carcasa está soldada o pegada, pero otras veces simplemente se mantiene unida con pestañas. Descubrirá rápidamente qué método utiliza el fabricante. Las baterías OEM generalmente están pegadas / soldadas y las más baratas están pegadas o enganchadas.

Me gusta comenzar en las esquinas de la caja con el cuchillo utilitario primero. Encuentra la unión entre las dos mitades de la caja. Inserta el cuchillo a lo largo del borde. Agítelo hacia adelante y hacia atrás para que funcione en el estuche. Debe hundirse, así que tenga cuidado de no profundizar demasiado y cortar las células o cortar algo. Una vez que lo ponga en marcha y haya abierto un pequeño espacio, es hora de ir por el destornillador. Utilice el destornillador más pequeño para abrir más el espacio girándolo. Una vez que lo abras más, elige el destornillador más grande y repite. Debería comenzar a tener grandes pliegues en el estuche. Mueva el destornillador hacia arriba por la costura de la caja, girando sobre la marcha. Si no llega a ninguna parte, vuelva al cuchillo y repita el primer paso. No creo que deba recordarte que tengas cuidado aquí.

Si está atascado, resista la tentación de usar un martillo o romper su herramienta Dremel con una rueda de corte. Si eres como yo y estás impaciente, ¡ten mucho cuidado! A las baterías no les gusta que las abran. Para que conste, nunca he tenido que usar el mío.

Siga trabajando con el destornillador hasta la costura y separe las mitades de la caja. Puede usar un spudger resistente aquí como una cuña para mantener las mitades abiertas mientras trabaja con el destornillador. ¡Se paciente! ¡Se rendirá antes que tú! No tenga miedo de ser físico con él. Haga palanca en el estuche si es necesario y saque las golosinas del interior.

Paso 5: ¡Estás dentro

Después de algunos arreglos, debería tener el estuche completamente o en su mayor parte separado y ¡podrá contemplar las golosinas en el interior! Esta es la otra parte divertida, averiguar lo que tienes dentro.

Mis dos baterías tienen celdas cilíndricas, pero incluiré una plana para que pueda ver la diferencia.

El paquete de computadora portátil tiene algunas celdas ICR-18650J de la marca Moli Energy (ahora llamada E-One) bastante decentes. Se trata de una marca menos conocida que alguna vez estuvo ubicada en Canadá (ahora en Taiwán), pero que se encuentran en una variedad de dispositivos. Revisé la hoja de datos y tienen una capacidad de 2400 mAh y una corriente de descarga máxima de 4000 mA, carga completa de 4,2 voltios y carga nominal de 3,75 voltios, y descarga de 3 voltios. El otro paquete contiene unas celdas misteriosas que están envueltas en papel plastificado, pero las medí y me salen 49 mm de largo y 18 mm de ancho. Creo que son celdas de iones de litio del tamaño de 18500. La caja de la batería decía 1500 mAh para ellos y 7,4 voltios, por lo que hay dos celdas en serie. Me imagino que son celdas de buena calidad ya que se trata de un paquete OEM, pero ¿quién sabe?

Dentro del estuche tenemos las mismas características básicas. Ambos tienen una placa de gestión de batería que consta de los circuitos de protección y equilibrio. La batería de la computadora portátil agrega otra característica importante, un termistor para monitorear la temperatura de la batería. Estos están diseñados para una capacidad máxima y un drenaje bajo, por lo que no encontrará ningún componente de servicio pesado como con otros circuitos de protección.

Echando un vistazo a la disposición de las baterías, la batería del portátil tiene 6 celdas en una disposición en serie / en paralelo, es decir, 3 celdas en serie para generar los 11,1 voltios y 2 celdas en paralelo para duplicar la capacidad a 4800 mAh. La batería de la cámara tiene 2 celdas en serie, por lo que la capacidad es la misma, pero el voltaje se duplica.

Si bien está bien mantener las celdas conectadas, querrá separarlas para cargarlas y analizarlas. Las celdas de litio en los paquetes de baterías siempre están conectadas por pestañas soldadas por puntos que conectan los terminales positivo y negativo y debe tener cuidado al cortarlos. Utilice los cortadores laterales o los cortadores al ras para cortar con cuidado las lengüetas entre las celdas y evitar cortocircuitos entre los terminales. Tenga cuidado de no dañar o quitar la envoltura protectora en el exterior de la celda, ya que también puede provocar un cortocircuito en el cuerpo metálico al cortar las lengüetas. No queremos pilas desnudas. Utilice los alicates de punta fina para quitar las pestañas tirando de ellas. Ten cuidado. ¡Los bordes cortados de las pestañas son muy afilados!

Paso 6: Operación de salvamento

Ahora que tienes las pilas, ¿valió la pena tu arduo trabajo? El problema con el rescate de baterías es que no se sabe qué tan bien se cuidaron ni qué edad tienen. Las baterías de iones de litio son sensibles a la descarga excesiva o insuficiente. Cada vez que se descargan demasiado profundamente y luego se cargan completamente, pierden capacidad. Puede verificar la antigüedad del paquete de baterías y medir el voltaje (si es posible), o verificar los códigos de fecha en la placa de circuito interna. La mayoría de las veces, estas baterías estarán muertas, y quiero decir muertas. A las celdas de iones de litio no les gusta que se descarguen por debajo de su voltaje de sobredescarga, generalmente entre 2.5 y 2.75 voltios como máximo. Debajo de eso, la celda entra en "suspensión" o está tan muerta que ya no se cargará, y si logras cargarla, la capacidad será tan baja que no se podrá utilizar. Si puede medir la batería antes de desarmarla (como la batería de nuestra cámara con terminales expuestos), está buscando de 4,2 a 3 voltios para una sola celda, por lo que la batería de nuestra computadora portátil completamente cargada es de 12,6 voltios y 9 voltios descargada. Lo medí después de diseccionarlo y tenía 5.6 voltios prácticamente muertos con cada celda leyendo alrededor de 1.8 voltios.

La batería de la cámara está en mucho mejor estado, con el paquete mostrando 7,9 voltios completamente cargados y cada celda a 3,9 voltios, pero no sabemos qué tan saludables están, o cuánto de su capacidad se ha perdido a lo largo de los años.

Si sus baterías leen por debajo de 2 voltios, entonces están "muertas". Si leen 0 voltios, entonces han entrado en una especie de estado de hibernación y probablemente no valga la pena conservarlos, ya que incluso si los revive, se habrán dañado. Recíclalos correctamente. Puede salvar las celdas de muy bajo voltaje, pero necesita un cargador especial que pueda "revivir" las baterías agotadas, o utilizar algunas técnicas que puedan devolverles la vida.

Paso 7: ¡avivamiento

Tienes tus baterías, pero están agotadas. ¿Ahora que? No todo está perdido porque puedes revivirlos. Si tiene un cargador de equilibrio diseñado para cargar baterías LiPo, es probable que también reviva sus celdas de iones de litio. O, si tiene un cargador múltiple digital que tiene la funcionalidad de 'reactivar', también funcionará. Estoy usando un clon chino de un cargador SkyRC iMax B6 y un cargador múltiple Zanflare C4. El Zanflare tiene la capacidad de reactivar las baterías agotadas y tiene una función de analizador, pero el iMax no.

Para usar el Zanflare, simplemente inserte las baterías agotadas y deje que el cargador haga el trabajo. Comience siempre con la corriente de carga más baja posible. El Zanflare baja a 300 mAh, así que está bien. Tomará un tiempo, pero tenga paciencia. Déjelos cargar completamente y quítelos del cargador. Déjelos sentarse durante la noche o un par de días y ver si han perdido el control. Si se han descargado significativamente por sí mismos, tírelos, pero si aún mantienen la carga, es probable que los haya revivido, pero el tiempo dirá a medida que los use si tiene éxito. También puede ejecutar algunos ciclos de prueba en ellos para ver cuánta vida han perdido haciendo uno o dos ciclos de carga-descarga y verificar la capacidad. También puede medir la resistencia interna de la celda si su cargador tiene la función de analizador de celda, lo que hace el Zanflare. Tómese esto con un grano de sal porque muchas variables afectan la resistencia interna, pero generalmente un número de alrededor de 230 miliohms es una buena cifra.

Si no tiene un Zanflare u otro cargador / analizador con función de reactivación, puede usar su cargador LiPo. Ahora, como característica de seguridad, la mayoría de estos cargadores no cargarán una celda por debajo de ese rango de 2.6 a 2.5 voltios, pero hay una solución. ¡Sólo sé cuidadoso! ¡Cargar una celda de iones de litio como una NiMH hará que sucedan cosas malas! Configure el cargador en el modo NiMH, donde puede seleccionar manualmente la corriente de carga. Establezca la corriente en algo así como 200 mA y comience a cargar. Controle el voltaje hasta que supere 2,8 y detenga el proceso de carga. Configure el cargador en el modo LiPo / Li-on y cárguelo a una corriente baja, como 200 a 300 mA. Déjelo funcionar hasta que esté completamente cargado. Luego, descárguelo a una temperatura baja, 500 mA. Deje que se descargue completamente y observe la capacidad cargada y la cantidad de capacidad descargada. Cargue la celda nuevamente y observe la capacidad cargada y debería tener una línea de base de cuánta vida tiene la celda. Un número más cercano a la capacidad original es bueno, pero si su celda se descarga rápidamente, se calienta o se calienta y tiene poca capacidad, entonces es hora de reciclarla. Las celdas de la computadora portátil eran buenas, con un promedio de alrededor de 2400 mAh, en su capacidad original para todas las celdas. La batería de la cámara no funcionó tan bien. Las celdas estaban muy degradadas y su capacidad se redujo a solo 550 y 660 mAh completamente cargados, por debajo de su nueva capacidad de 1500 mAh. Sin embargo, tiene sentido ya que esta es la batería original de hace 14 años. Probablemente los usaré en otro proyecto que no sea un dispositivo de alto consumo porque estas celdas de tamaño 18500 no son fáciles de encontrar.

Paso 8: Pensamientos finales

Espero que haya encontrado este Instructable esclarecedor e informativo. Debe saber qué buscar cuando busque baterías, cómo quitarlas (¡de manera segura!), Revisar y reactivar las celdas de iones de litio recuperadas. ¡Obtener estas baterías de dispositivos o paquetes de baterías puede ser divertido, desafiante y educativo al mismo tiempo! Además, ahorra $$$. Puede encontrar una (s) celda (s) de iones de litio usadas pero aún completamente viables por una fracción del costo de comprar una nueva.

¡Salud!