Techniek - Nieuwe cellen voor twee Bosch PSR lithium-accu's
Woord vooraf
Dit soort praktijken zijn niet zonder risico! Weet waar je aan begint!
Een collega...
had een schroefmachine die niet meer wou, of nou ja, twee accu's die niet meer opgeladen wilden worden. Of ik eens kon kijken of daar wat aan te doen was, want de machine deed het nog prima en weggooien vond hij dus zonde.
Vanwege het feit dat er helemaal niet meer geladen werd, was het eerste waar ik aan dacht natuurlijk beveiligings-electronica die de boel voorgoed uitgeschakeld had door cel-onbalans of cellen die gewoon gaar waren.
Dus accu's en lader gekregen en aan het onderzoek, of er nieuwe cellen in konden, begonnen.
Voor ik begon met openschroeven, even gemeten: 0,0 Volt op de uitgangsklemmen. Dat is toch wel bijzonder, want over het algemeen lekt er altijd wat stroom door de MOSFETs van de beveiligings-elektronica en door de cellen waar toch vaak nog wel íets in zit, meet je dus wel iets.
Openen maar
Omdat ik bij het openschroeven altijd voorzichtig ben op wegspringende delen, is het prettig om te weten hoe het ervoor staat, maar in dit geval leek alles dus zeer veilig om door te gaan.
Om deze accu's te openen moet je wel eerst bij een van de 4 schroefgaten de plug verwijderen. Een klein plastic stopje dat het schroefgat afdekt tegen mensen zoals ik.
Hoe je dat doet is een beetje persoonlijk, maar ik vind een boortje van 2 millimeter een prima methode. Je boort heel langzaam door de bodem van de plastic plug.
Zodra de boor door de bodem 'vreet' stop je met boren en trek de boor uit het gat. Het stopje komt dan mee. Uiteraard gooi je het stopje daarna weg, terugplaatsen is nogal zinloos.
De schroeven hebben een torx 10 kop. Helaas zitten twee van de vier schroeven te diep om dat met een standaard bit te regelen en heb je een echte torx 10 sleutel nodig.
En geopend! Tot m'n verbazing zit er geen enkele beveiligings-elektronica in (nou ja, een thermistor ter bewaking van de celtemperatuur en een weerstand, maar dat is het).
Zelfs de celknooppunten worden niet naar buiten gevoerd. De 4 cellen staan dus gewoon in serie en blijkbaar gaat dat goed genoeg om een tijdje mee te gaan. Een van de redenen dát dat goed gaat is de lader en nog 1 extra onderdeel, daarover later meer.
Nu had ik de kans om direct op de cellen te meten: niet 1 cel had ook nog maar een milliVolt over, ze waren allemaal volledig nul Volt. Dat is toch een beetje bijzonder, zelden zijn alle cellen volledig plat.
Dat was prettig voor het verwijderen van de cellen, want bang voor kortsluiting hoefde ik dan niet meer te zijn. Het verwijderen van de cellen ging echter wel veel moeizamer dan ik gewend ben.
In deze accu's zijn echt extreem goede puntlassen gelegd en de gebruikelijke methode, door een strip vast te pakken met een tang en van de cel af te draaien, resulteerde bij 1 cel in het lek trekken ervan.
Het gesis wat dat veroorzaakte vertelde mij ook iets over de druk binnen in de cel.
De aansluitingen naar de schroefmachine en (bij deze accu's ook de lader) heb ik in dit geval dan ook omgebogen en afgeknipt, omdat deze zo vast zaten dat ik ze niet los kreeg.
Dit zijn altijd de lastigste verbindingen, daar de koperdraden naar de strips niet gesoldeerd, maar ultrasoon gelast zijn. Dat kan ik zelf niet en met de puntlasser wordt het hoogstwaarschijnlijk 1 grote vonkenregen (ga sowieso maar eens proberen alle aders bij elkaar te houden).
Door de strips los te knippen kon ik daarna de karton omhulsels van de cellen verwijderen en over de nieuwe cellen schuiven.
De oude cellen betreffen Samsung INR18650-13P cellen, 1,3 Ah cellen die met maximaal 14 keer die stroom (18A) ontladen mogen worden. Hier merkte ik dat de technologie vooruit gegaan is, want vervangende cellen met (ongeveer) dezelfde specificaties vinden was praktisch ondoenlijk.
Nieuwe cellen
De nieuwe cellen betreffen Samsung INR18650-25R, 2,5Ah cellen die met maximaal 20A (8 keer Inominaal) ontladen mogen worden. Dat is iets hoger dan het origineel, maar praktisch het laagste wat ik nog kon krijgen in combinatie met de capaciteit, lagere capaciteit cellen hadden steevast maximum-ontladingsstromen die veel hoger lagen.
De capaciteit is daarbij niet het grootste bezwaar, de maximaal ontlaad-stroom wel. Deze bepaalt namelijk gedeeltelijk of de machine niet te veel op z'n donder krijgt bij zware klussen of zelfs blokkerende motor. Neem je een cel met een veel lagere interne weerstand, dan loop je kans dat je de motor binnen de kortste keren kan vervangen omdat deze gewoon verbrandt.
Nou zou je cellen met nog meer capaciteit kunnen gebruiken, maar de lader is hier een beetje de beperkende factor. Door het gebrek aan beveiligings-elektronica wordt er met een maximum-stroom van 430 mA geladen en die stroom daalt naarmate de accu vol raakt.
Daarmee wordt de originele accu binnen een uur of 8 geladen (dit is een schatting, ik heb dat niet kunnen controleren). Omdat deze cellen bijna 2 keer zoveel capaciteit hebben, gaat de laad-tijd flink omhoog. Daar staat wel een langere gebruiksduur tegenover.
Ondanks dat deze accu uit slechts 4 cellen bestaat is het puntlassen toch ook hier weer geen gemakkelijke klus, maar het hielp om de cellen los in de plastic onderschaal te plaatsen en dan de eerste puntlassen te leggen. Zo konden ze vervolgens niet meer van elkaar bewegen bij het leggen van de volgende lassen.
Voor de volledigheid tekende ik nog het 'schema' op van de in de accu aanwezige onderdelen.
Waar de weerstanden exact voor dienen is me niet duidelijk. Ik vermoed dat dit een simpele identificatie voor de lader is wat betreft maximum laadstroom, maar waarom dezelfde weerstand ook in de klemmen naar de schroefmachine aanwezig is, ontgaat me.
Het zou een ladings-indicator kunnen zijn die de schroefmachine uitschakelt als de klemspanning te ver daalt. De NTC is duidelijk en zorgt bij zowel laden als ontladen voor uitschakelen van het pack als de temperatuur te ver oploopt.
De diode tussen lader en pack vind ik bijzonder en zorgt er door de doorlaatspanning (die wel daalt naarmate er minder stroom loopt) waarschijnlijk voor dat er praktisch geen overspanning kan ontstaan.
Laden en eindresultaat
Maar uh... dat laden zonder beveiligings-elektronica, gaat dat wel goed? Nou, daar was ik ook benieuwd naar, dus heb ik de accu open gelaten en ben gaan laden, zodat ik gedurende het laadproces de celspanningen kon volgen.
Die zijn het gehele laadproces binnen 10 mV van elkaar gebleven. Grote kans dat de beperkte laadstroom enige onbalans gladstrijkt, maar aan te raden vind ik deze methode niet.
De oude cellen onderwierp ik nog aan wat extra onderzoek. In de lader bleef elke laadsleuf nul tonen. Bij een poging er nog wat lading in te proppen met de labvoeding bleef de meter rotsvast op 0 hangen. En dat was bij alle 7 (de lekke cel heb ik niet getest) cellen zo.
Mijn conclusie is dat het overdrukventiel geopend is, wat ik gezien de ontbrekende bescherming, niet zo raar vind.
Nou ja, de eigenaar had in ieder geval weer 2 werkende accu's.