Techniek - Defecte Hitachi BCL 1430 14,4 Volt schroefmachine-accu onderzocht
Accu snel na aanschaf 'defect'
Op m'n werk raakte in 2018 een van deze accu's defect. De serie machines was toen nog niet zo gek oud en de accu's dus ook niet. Het defect vond ik dan ook vrij apart.
Bij meten van de spanning kreeg ik een nette 16 Volt op de klemmen, (4 lithium-cellen á 4,2 Volt in serie = maximaal 16,8 Volt) en ook bij het meten van de individuele celspanningen (die worden naar buiten gevoerd op klemmen) was alles netjes in balans.
16 Volt is een hele gezonde waarde, al zegt het niets over de interne weerstand. Bij flink stroom trekken kon de situatie heel anders zijn. Bij de elektronica-afdeling vond ik een pittig model weerstand, maar bij het trekken van 5 Ampère kwam nog niets raars aan het licht: de klemspanning bleef op peil.
Raar! Bij een defecte accu verwachtte ik eigenlijk een spanning onder de 12 Volt te meten of een stevig inzakkende spanning bij belasten van de accu. Dat de cellen ook allemaal exact dezelfde spanning hadden, was nog vreemder.
Ik hield de accu apart om 'm thuis te onderzoeken. Ik vergat 'm heeel lang mee te nemen en dat is tegelijkertijd een tweede maatstaf geworden voor de staat van de cellen, want zelfs na enkele jaren niet opgeladen te zijn waren de cellen nog in prima conditie.
Open ermee!
Geheel tegen mijn verwachting in kunnen deze accu's gewoon geopend worden met het verwijderen van 4 schroeven. Eenmaal verwijderd blijkt dat deze accu's toch best mooi in elkaar zitten. Dat moet ook wel, zeker in de professionele gereedschaps-industrie, waar ze een zwaar leven tegemoet gaan.
Het betreft een 4S2P accu (4 cellen in serie, elke celgroep bestaat uit 2 cellen parallel)
De cellen zijn Samsung INR18650-15L, cellen die 18 Ampère per stuk kunnen leveren.
Beveiligingen in het pack
Meerdere beveiligingen zijn zichtbaar. Een thermistor én een klixon. Ik vermoed dat de klixon alleen gebruikt wordt als de accu in de machine zit en gewoon opent als de accu te heet wordt, terwijl de temperatuursensor uitgelezen wordt door de lader en daar beslissingen op baseert.
De overige beveiligingen en de FETs zitten in het uitstekende stuk van de accu en zijn ingegoten.
Oorzaak: zeer waarschijnlijk slechte puntlassen
Bij het verder inspecteren van het celpakket, waarbij ik het isolerende karton verwijderde, kwam ik al op een mogelijk defect uit.
Bij enkele cellen trok ik aan één kant namelijk niet alleen het karton (met kleeflaag) los, maar ook meteen de puntlasverbindingen.
Op de cellen was duidelijk zichtbaar dat de puntlas-verbindingen absoluut niet goed gehecht hebben. Bij het lostrekken van de verbindingen zou er normaliter metaal van de puntlasverbinding achterblijven en het verwijderen zou zonder meer veel moeite kosten.
De huidige verbindingen kunnen door een val van de accu of machine gemakkelijk breken.
Ook aan de andere kant liet het metaal te gemakkelijk los. Ik vermoed dat dit veroorzaakt heeft dat de lader de accu defect meldde. De cellen mogen met 4 Ampère snelgeladen worden en zijn dan na 40 minuten vol.
Omdat ik weet dat de lader de accu actief koelde én 'm binnen een uur vol kon pompen, vermoed ik dat de grens van het snelladen opgezocht werd. Bij 8 Ampère (immers, 2 cellen parallel) gaat een overgangs-weerstand door een slechte puntlasverbinding een rol spelen en zal het tot een spanningsverhoging komen. Die verhoging zal het battery management systeem (BMS) aanspreken, die de FETs laat sperren waarop de lader een foutmelding toont.
Dat de cellen zelf écht niet het probleem waren, bleek bij het testen in de Opus BC-T3100 lader: niet alleen werden alle cellen met 2 minuten verschil even lang geladen, ook de capaciteit verschilde met hooguit 20 mAh amper van elkaar. De interne weerstand was eveneens gelijk: grote kans dus dat de falende puntlasverbindingen de oorzaak zijn geweest.
En toen...
Bij het verwijderen van de puntlasverbindingen van de allerlaatste cel, waar de puntlassen wél goed gelukt waren, gebeurde waar ik al sinds het begin met het werken met lithium-cellen bang voor was. Van het aangelaste strip doorboorde bij het buigen met een tang een scherp, al van de cel losgetrokken stukje zich door de isolatie en maakte contact met de negatieve aansluiting.
Een poging de ontstane kortsluiting nog te verbreken met een tang mislukte: het had zich vastgelast en begon al te gloeien.
De cel begon al duidelijk op te warmen.
Ik heb niet getwijfeld en ben naar beneden gerend. Ik heb de cel direct buiten op de grond gelegd, om daarna terug naar boven te rennen om m'n temperatuurpistool en veiligheidsbril te pakken, want ik wou natuurlijk weten hoe dit ging verlopen...
Warmer dan 70 graden is de cel niet geworden. Ook vlammen en ander spektakel bleven uit. Er rookte alleen iets, ik vermoed wat elektrolyt. De cel begon wel te lekken, maar na 10 minuten was het ergste al voorbij en zal uiteindelijk het overdrukventiel wel het ergste hebben voorkomen.
Dit is allemaal volgens datablad, maar toch blijf ik me afvragen wat er gebeurd zou zijn als deze cel gezellig met nog eens 7 anderen in het pack, met slechte ventilatie, zou hebben gezeten.
Uit veiligheid heb ik de cel nog wel een dag buiten laten liggen, maar verder heb ik geen rare effecten meer waargenomen.
En de cellen, wat is daarmee gebeurd?
Zoals met het openen van elk accupack hield ik ook hier de cellen over. Omdat deze goed bestand zijn tegen enorme ontlaadstromen én ik een nieuwe zaklamp nodig had, slijten deze de rest van hun leven nu in m'n Acebeam L17.