Kuukausi: syyskuu 2016

Maailmalla ollaan innostuttu rakentelemaan Li-Ion-akuista akkupaketteja, tarkemmin sanottuna 18650-Li-Ion-kennoista. Se tuntuu olevan kaikkein paras hinta/laatusuhteeltaan oleva litiumkennotyyppi. Voin olla väärässäkin, mutta kuitenkin se on todella yleinen.

Tässä artikkelissa keskitytään käytettyihin kennoihin, puoli-ilmaisiin, eli hinta-laatusuhteeltaan halvimpaan. Halvin keino olisi hankkia vaikka muutama lyijyakku romuttamolta, jolla saisi ihan kohtuullisen matkan ajettua. Meinaan kyllä testata senkin vaihtoehdon, sitten kun tulee sellaisia vastaan.

Mutta selvennetäänpä nyt muutamat perusasiat;

• Kenno on yksittäinen akku jossa ei ole mitään suojausta. Akku koostuu useasta kennosta(voi olla yksikin) jossa on lataus/purkusuojaus. Akusto koostuu vähintään kahdesta akusta.
• Ampeeritunnit (Ah) koostuvat ampeereista sekä tunneista. Esimerkiksi 1Ah akkua voi ihanneoloissa purkaa täydellä 1 ampeerilla tunnin ajan, 2 ampeerilla puoli tuntia, 0,5 ampeerilla 2 tuntia jne. Milliampeeritunti (mAh) on ampeeritunnin (Ah) tuhannesosa, eli 1000mAh = 1Ah.
• Teho(Watti, W) lasketaan kaavalla P=U*I, eli teho=jännite*virta, eli watit=voltit*ampeerit. Wattitunti saadaan ampeeritunnista kyseisellä kaavalla. teho=jännite*ampeeritunti. Eli 1Ah * 3,6V = 3,6Wh
• Ainakin litium-akkujen kokoamisessa käytetään merkitsemistapaa montako kennoa on sarjassa ja montako on rinnan. Jos esimerkiksi näet merkinnän 5S10P, niin 5 on sarjassa (Series, S) ja 10 rinnan (Parallel, P). Harjoitusakkuni on 5S10P ja lopullinen 10S10P.
• Akun heikoin kenno määrää koko akun kunnon. Tähän poikkeuksena on älykäs balansointi.
• Akut vaativat aina joko balansointimoduulin(BCM, PCB) tai ulkoisen balansoivan laturin, joista ensinnä mainittu on halvempi.

Tavoitteenani oli tehdä Li-Ion-akku sähköpyörään jolla pääsee töihin ja takaisin(18km). Onnistuin siinä tekemällä 36V 7,6Ah, 273Wh akun joka painaa 4,6kg.

Kennojen hankkiminen ja testaaminen

Keräsin noin 400kpl kennoja käytetyistä läppärin akuista. Jokaisessa akussa on noin 4-8 kennoa, joten akkuja oli purettavana noin 60kpl. Läppärin akut ovat todella hyvin suljettuja, joten paras keinon niiden purkamiseen tuntuu olevan taltta ja vasara. Myös pakastimessa käyttöä on ehdotettu, mutta kuulin vasta jälkeenpäin.

Läppäriakuista ei kannata ottaa mitään muuta talteen kuin itse kennot. Mukana tulevat latauspiirit ovat turhia lähes mihin tahansa paitsi alkuperäiseen tarkoitukseen.

Sain testattua kaikki kennot yksitellen 3A kuormalla ja 3V alarajalla, ja tällainen oli jakauma:

• 5% – 20kpl – 1000-1200mAh
• 5% – 20kpl – 600-700mAh
• 7,5% – 30kpl – 800-900mAh
• 10% – 40kpl – 900-1000mAh
• 10% – 40kpl – 700-800mAh
• 12,5% – 50kpl – 100-600mAh
• 25% – 100kpl – 5-100mAh
• 25% – 100kpl – alle 5mAh

Ei kovin häävi. Tästä näkee että jos haluaa 10S10P akun(100 kennoa), niin heikoin tulee olemaan noin 700-800mAh. Tein kyseisen 10S10P akun(7,6Ah), mutta jälkeenpäin ajateltuna 2kpl 10S5P olisi ollut parempi(4,6Ah ja 3,8Ah), sillä tuota kaikkea kapasiteettia ei kovinkaan usein tarvitse kerralla ja sitä paitsi kapasiteetit tulisi tehokkaammin käytettyä.

Käytin kolmea Li-Ion-laturia joihin sai yhteensä 12 kennoa kerrallaan. Sen jälkeen purin ne 3A kuormalla käyttäen elektronista keinokuormaa ZPB30A1, jonka jälkeen merkkasin kapasiteetin joka kennoon.

Käytin 3A kuormaa sen takia että saisin karsittua huonomman sisäisen resistanssin omaavat kennot pois. Ylläoleva lista näyttäisi noin 500-1000mAh/kenno hienommalta jos olisin käyttänyt 2A kuormaa, ja vielä hienommalta 1A kuormalla.

Akkujen rakentaminen

Akkujen yhteenliittämiseen käytin tekemääni pistehitsauskonetta(katso artikkeleitani). Pistehitsaus on parhaimpia tapoja tehdä akkupaketti, sillä se ei kuumenna kennoja liikaa, ja työkin käy nopeasti.

Kennot kannattaa liittää yhteen nikkeliliuskoilla. Mitä tehokkaamman akun rakentaa, sitä tärkeämpää on että nikkeliliuskat ovat täyttä nikkeliä, eikä nikkelipäällystettyä terästä, sillä nikkeli johtaa paremmin kuin teräs. Useilta foorumeilta löytyy tästä tietoa.

Sillä aikaa kun kaikki kennot olivat testauksessa, tein huonoimmista kennoista 10S4P-paketin, josta tuli 36V/1Ah. Sillä pääsi 18km matkan juuri ja juuri polkimilla avustaen. Tästä päätellen jopa 2Ah akku olisi moiseen matkaan vallan sopiva.

Alla näet ensimmäisen kunnon 1S10P (1,1Ah) paketin. Jos nuo olisivat sarjassa, niin niissä olisi yhtä paljon kapasiteettia kuin ylläolevassa.

Käytetyistä kennoista kun on kyse, niin sarjaankytkettyjen välissä kannattaa käyttää esimerkiksi Kapton-teippiä tai edes jotain eristettä oikosulkujen varalta. Allaolevassa kuvassa näet oikein tehtyjä paketteja.

Allaolevassa kuvassa olen jo kytkenyt kaikki paketit sarjaan.

Seuraavassa kuvassa olen asentanut balansointimoduulin akkuun. Tämä ei tee muuta kuin perusjutut, eli pitää kaikki sarjaankytketyt akkupaketit samassa jännitteessä sekä valvoo ylilatausta(>4,2V) ja ylipurkausta(<2,7V).

Sitten vaan suojausta. Kapton-teippiä ja vähän lasikuituteippiä.

Kokeilin ylläolevaa suojausta käytännössä, pyörän takakorissa, mutta se pääsi liikkumaan, naarmuuntui liikaa ja toi esiin oikosulkuvaaran. Seuraavassa kuvassa olen vuorannut paketin vielä pahvilla ja lasikuituteipillä. Lisäsin siihen vielä kantokahvan.

Akku on 36V nimellisjännitteeltään, ja sitä saa ladata 42V jännitteeseen asti, joten sopiva virtalähde siihen on 42V. Valitsin siihen 42V/2A virtalähteen, jonka pitäisi pystyä ladata kyseinen akku täyteen 3-4 tunnissa.

Latausliittiminä käytän yleistä 2,5mm DC-plugia/jakkia, ja virtaliittiminä 25A virran kestäviä liittimiä. Aion vaihtaa liittimet johonkin toiseen 3 pinniseen(yhteinen positiivinen napa, lataus sekä purku). Audioliittimet ovat yleensä hyviä.

Aion vielä testata akun 2A purkuvirralla. Näkee millainen kyseinen akku on löysemmillä arvoilla.