[Poradnik] Jak zbudować power bank z baterii od laptopa

Adrian Celej Artykuły 2017-08-17

Wielu z nas spotkało się z pewnym problemem – laptop (lub inne urządzenie z własnym akumulatorem) przeszedł do historii i została nam po nim bateria w dość dobrym stanie. Co możemy z nią zrobić? Pewnie wielu z was wyrzuci ją (oczywiście do specjalnie oznaczonych pojemników), po czym zostanie ona wysłana do Chin, gdzie po krótkim teście wróci do Europy w postaci power banku. A gdyby tak pominąć ten proces i samemu zbudować sobie bank energii? Tu pojawia się problem, ponieważ zabierają się za to ludzie, którzy nie mają pojęcia o możliwych zagrożeniach i mogą w ten sposób doprowadzić do bardzo niebezpiecznej sytuacji. Ze względu na różnice między bateriami ten poradnik nie będzie szczegółową instrukcją, a wskazówką, dzięki której cały proces będzie bezpieczniejszy.

Co będzie potrzebne?

Podstawa to multimetr, bez którego nie wolno zabierać się do ogniw montowanych w laptopowych bateriach. Nie potrzebujemy do tego celu urządzenia za kilkaset złotych, gdyż wystarczy najprostszy miernik, który kupimy na lokalnych targach za tzw. dyszkę. Drugim niezbędnym elementem jest obudowa power banka z elektroniką. Nie zrobimy tego sami. Elektronika w takich urządzeniach odpowiada za kontrolę pracy akumulatorów (przerwanie pracy w momencie spadku napięcia), ładowanie i podnoszenie napięcia podczas wykorzystywania zgromadzonej energii. Takie obudowy są sprzedawane między innymi na Aliexpress, wystarczy wpisać w wyszukiwarkę frazę „power bank diy”.

Ceny wahają się w zależności od liczby obsługiwanych ogniw, jakości plastików, liczby gniazd USB, obecności latarki i ewentualnego wyświetlacza. W naszym przypadku potrzebna jest obudowa obsługująca najwyżej 2 ogniwa, w dalszej części wytłumaczę dlaczego. Nie powinno kosztować to więcej niż 10 zł. Ostatnim wymaganym elementem jest sama bateria laptopa. W zasadzie nie ma tu większych wymagań, warto jedynie zwrócić uwagę na jej kształt. Najpopularniejsze są długie i lekko zaokrąglone, takich właśnie potrzebujemy. Radzę unikać płaskich baterii, które czasem były montowane w laptopach np. marki HP. Znajdują się w nich płaskie ogniwa (przykład na obrazku poniżej), przypominające te montowane w telefonach. Są świetne pod każdym względem, jednak przy tym projekcie stają się całkowicie bezużyteczne.

Rozbieramy baterię

Na tym etapie należy być bardzo ostrożnym, mały błąd może spowodować przebicie ogniwa i jego eksplozję. Nie warto również wtykać metalowych przedmiotów (np. noża) w szczelinie przy złączu akumulatora. Znajduje się tam elektronika, która jeśli będziemy mieli pecha w wyniku uszkodzenia wywoła trwałe zwarcie. Samej rozbiórki nie polecam wykonywać w domu, szczególnie jeśli nie ma się doświadczenia. Warto wyjść na zewnątrz, w razie problemów możemy odrzucić baterię od siebie. Od czego zacząć? Niestety, ale obudowa baterii na 99% jest zgrzana i bez zniszczenia jej nic nie zdziałamy. Na początek należy znaleźć najbardziej wystający róg i próbować rozerwać go np. kombinerkami.

Dlaczego akurat to miejsce? Ponieważ ogniwa mają kształt walców, w omawianym miejscu nie dotykają bezpośrednio plastików. Po wykonaniu otworu należy dalej rozrywać obudowę, aż do całkowitego jej otworzenia. Proces ten wymaga nieco cierpliwości. Pod żadnym pozorem nie wolno korzystać z miniszlifierek! Co prawda znacznie ułatwiają pracę, jednak ryzyko przebicia ogniwa jest ogromne.

Bateria otwarta

W tym momencie naszym oczom ukazuje się kilka sekcji ogniw 18650 i elektronika sterująca. Każda bateria jest inna, przez co nie mogę określić tego, co sami widzicie i podać dokładnej instrukcji. Warianty są różne, możemy ujrzeć:

  • Płaskie ogniwa li-ion – to się nie przyda
  • Pojedyncze ogniwa w jednym rządku i ewentualnie plastikowe atrapy obok
  • Ogniwa w sekcjach po 2 sztuki
  • Ogniwa w sekcjach po 3 sztuki – tu przyda się obudowa na 3 akumulatory
  • Sekcje po 2 ogniwa w dwóch rzędach
  • Mnóstwo niestandardowych kombinacji rozmieszczenia elementów

Na pewno konieczne jest odpięcie elektroniki, w tym celu przecinamy przewody zasilające (można je rozpoznać po grubości) i izolujemy. Będzie ich więcej niż 2, znajdziecie je również między sekcjami. W niektórych bateriach możemy natrafić na blaszki oklejone grubą folią zamiast kabli, w takim wypadku postępujemy analogicznie. Do ogniw powinny być przyklejone czujniki temperatury, jednak nie trzeba ich odcinać, można zdemontować je razem z elektroniką. Czy sama płytka sterownika przyda się do czegoś? Cóż, znajdują się tam tranzystory, które mogą być przydatne w wielu projektach, ale dla ludzi nieznających się na elektronice są bezwartościowe. Kolejnym etapem jest wydobycie samych ogniw z plastikowej obudowy. Zwykle są przyklejone, typ użytego kleju jest różny w zależności od producenta. Do oderwania trzeba będzie użyć siły, jednak należy robić to z wyczuciem. Po wszystkim plastikową obudowę możemy wyrzucić.

Ogniwa zdemontowane

Na tym etapie należy rozdzielić poszczególne sekcje ogniw. Sekcja to nic innego, jak ogniwa połączone ze sobą równolegle. Teraz potrzebny będzie multimetr, musimy zmierzyć napięcia na sekcjach. Jak interpretować wartości? Im niższe napięcie, tym gorzej, idealne akumulatory mają ponad 3,7 V. Na 99% zdemontowane „akusy” miały za sobą dłuższy czas leżenia w szufladzie, dlatego napięcie nie będzie trzymało się tych wartości. Jest tutaj prosta zasada:

  • Ponad 3 V – takie akumulatory możemy wykorzystać
  • 2-3 V – w tym wypadku degradacja ogniwa da o sobie znać, możemy próbować je ratować, jednak efekt pozostanie zagadką. Podczas pierwszego ładowania należy monitorować temperaturę.
  • Poniżej 2 V – akumulator do niczego się nie nadaje, próby ładowania mogą zakończyć się eksplozją.

Najlepiej jeśli jesteśmy w stanie oddzielić sekcje od siebie bez rozczepiania złączonych równolegle ogniw. Powód jest prosty – zawsze któryś akumulator może stracić kontakt ze sprężynkami w obudowie i może dojść do nierównomiernego rozładowania. W razie ponownego przywrócenia kontaktu napięcie będzie zrównywać się. Wysoki prąd, jaki popłynie przez taki obwód jest niebezpieczny, choć z drugiej strony w takim wypadku powinny zadziałać zabezpieczenia przed przegrzaniem. Każde ogniwo posiada czujnik temperatury, który wraz z jej wzrostem zwiększa rezystancję i ogranicza płynący prąd. Mimo wszystko wskazane jest nierozdzielanie akumulatorów w obrębie jednej sekcji. Może się jednak zdarzyć, że producent zastosuje nietypowe rozmieszczenie ogniw i musimy wymontować wszystkie pojedynczo. W takim wypadku akumulatory należące do jednej sekcji określimy za pomocą multimetru, ich napięcia będą bardzo podobne lub takie same. Rozbicie sekcji może być konieczne w jeszcze jednym wypadku – gdy rozbieramy uszkodzoną baterię. Czasem zdarza się, że awarii ulega jedno ogniwo w jakiejś sekcji, co drastycznie skraca pojemność całego pakietu. Tutaj musimy rozłączyć wszystkie akumulatory i za pomocą multimetru odnaleźć ten uszkodzony.

Dlaczego akumulatory mają różne napięcia?

Tutaj warto zatrzymać się na chwilę, aby omówić zasadę działania laptopowej baterii. Cały pakiet składa się z sekcji, które z kolei mają połączone równolegle ogniwa. Same sekcje są spięte szeregowo, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie wyższego napięcia. Trzy ogniwa połączone szeregowo dają nam napięcie przekraczające 11 V. Tutaj jednak pojawia się problem – o ile takie napięcie jest odpowiednie dla np. matrycy, tak już dysk potrzebuje raptem 5 V, a procesor około 1 V. Możliwe jest obniżenie napięcia, jednak pojawiłyby się ogromne straty, a przy zasilaniu z baterii bardzo ważna jest efektywność sprzętu. Z tego powodu pomiędzy sekcje poprowadzone są dodatkowe kable, którymi pobierane są niższe napięcia. Konsekwencją tego rozwiązania jest nierównomierne zużycie ogniw – sekcja z której pobierane jest najniższe napięcie jest najbardziej obciążona i najbardziej zużyta. Do pojedynczego power banka montujemy tylko ogniwa o podobnym poziomie zużycia, a więc o podobnym napięciu. Dlaczego? Ponieważ finalna pojemność jest zależna od najsłabszego akumulatora. Innym powodem jest niebezpieczne, gwałtowne zrównanie napięcia podczas połączenia takich ogniw.

Składamy!

Do obudowy montujemy akumulatory zwracając szczególną uwagę na polaryzację, błąd zakończy się zwarciem i natychmiastowym zniszczeniem elektroniki. Jak rozpoznać bieguny? W przypadku akumulatorów ujemny ma płaską blaszkę, a dodatni jest lekko odkształcony i da się na nim zauważyć wyraźne otwory. W obudowie power banka zazwyczaj tzw. „plus” znajduje się bliżej elektroniki, a złącza są z twardego metalu, podczas gdy po przeciwnej stronie znajdują się sprężynki. Wygląda to analogicznie, jak w przypadku baterii paluszków. Ewentualne wątpliwości powinny rozwiać oznakowania wewnątrz obudowy. Przed zamontowaniem połączonych ze sobą akumulatorów warto zwrócić uwagę na blaszki, do których pierwotnie były przymocowane kable oraz na miejsce, którym w obudowie power banka jest poprowadzony drucik z ujemnym biegunem. Problem najlepiej przedstawia poniższy obrazek.

Gdyby drucik był umiejscowiony w bocznej części obudowy (co się często zdarza), a blaszka przy baterii byłaby dodatnim biegunem, to zamontowanie akumulatorów doprowadziłoby do zwarcia. W razie „konfliktu” blaszkę należy uciąć, zawsze może okazać się pomocna przy innych projektach. Jeśli uporaliśmy się ze wszystkimi problemami to możemy zamontować baterie. Pod żadnym pozorem nie wolno zamykać pokrywy obudowy, ponieważ jej demontaż jest często niemożliwy.

Pierwsze ładowanie

Na początkowym etapie ładowania power bank może nie dawać żadnych oznak życia. Do takiej sytuacji dochodzi w przypadku ogniw, których napięcie spadło poniżej 3V. Elektronika została przygotowana na taką sytuację, podczas tego etapu akumulatory ładują się bardzo wolno, pobór prądu z gniazda USB wynosi około 60-80 mA. Po przekroczeniu napięcia 3 V prąd ładowania wzrośnie do maksymalnego, jaki dopuszcza sterownik. Proces ładowania będzie trwał dość długo, wszystko jest zależne od poziomu naładowania i degradacji ogniw. W tym czasie należy obserwować akumulatory, pod żadnym pozorem nie wolno zostawiać ich podłączonych na noc. Ewentualne przerwanie ładowania na czas spuszczenia power banka z oczu nie będzie miało negatywnych konsekwencji, a może zapobiec przykrym niespodziankom. O czym mowa? Teoretycznie nic nie powinno się stać, sam nie miałem żadnych problemów podczas ratowania ogniw z odzysku. Mimo wszystko zawsze należy liczyć się z ewentualnym zwarciem wewnętrznym. Ogniwo takie natychmiast przestanie się ładować (zadziałają zabezpieczenia) i może dosyć mocno się nagrzać. Takie przypadki zdarzają się zazwyczaj tylko przy mocno zniszczonych „akusach”. Dlatego stanowczo odradzam ładować te, których napięcie spadło poniżej 2V. Teoretycznie jest możliwe ratowanie takich przypadków, jednak wymaga to specjalnej ładowarki z zabezpieczaniami termicznymi i regulowanym prądem ładowania.

Działa?

Po zakończeniu ładowania warto sprawdzić pojemność power banku. Najlepszą metodą na obliczenie ilości zmagazynowanej energii jest podłączenie opornika o dużej mocy i obliczenie jej przy pomocy czasu pracy i parametrów oddawanego prądu. Nie będę jednak tutaj opowiadał szczegółów, dużo prostsze jest podłączenie posiadanego telefonu i sprawdzenie do jakiego poziomu uda się uzupełnić baterię. Efekty mogą być różne, czasem ogniwa zachowują wysoką sprawność (np. na poziomie 90%), czasem zapewniają 5 minut pracy. Można również natrafić na nietypowy objaw, a mianowicie przerywanie ładowania. Jest to spowodowane degradacją ogniw, w których pojawiła się wysoka rezystancja wewnętrzna. Akumulator nie jest w stanie oddać mocy wymaganej przez power bank i to właśnie braki prądu są powodem dziwnego przerywania. Jeśli problem pojawia się zaraz po rozpoczęciu ładowania to niestety, ale ogniwa do niczego się nie nadają. W przeciwnym wypadku ładujemy nasz bank energii i zamykamy klapkę obudowy, gdyż nie będziemy musieli jej ponownie otwierać.

Warto?

Dobry power bank to koszt kilkudziesięciu złotych. Obudowa z Aliexpress kosztuje około 10 zł, multimetr wielu z nas ma w domu. Jeśli laptopowa bateria była w dobrym stanie, to faktycznie możemy na tym tylko zyskać. Ogniwa montowane w laptopach prawie zawsze przewyższają te, które znajdziemy w gotowych power bankach, nawet tych lepszych. Na powyższych zdjęciach przewijały się akumulatory LG, jest to najwyższa półka „akusów”. Zawsze pozostaje druga strona medalu – trudno wymagać, aby oryginalna bateria od laptopa kupionego 15 lat temu z promocji oferowała jakieś przyzwoite parametry. Są sytuacje, w przypadku których nie warto się za taki projekt zabierać. Wyjątek stanowią majsterkowicze – jeśli ktoś chce się pobawić, chce nauczyć się czegoś nowego to jak najbardziej polecam. Muszę jednak zaznaczyć, że warto mieć minimalne pojęcie o elektronice. W przeciwnym wypadku możemy narobić sobie dużych problemów.





x