Aaron Fischer Ingenieur, Vater, Heimwerker, Problemlöser

03 Mai, 2018

Teil 2: 18650 Zellen recyceln

TL;DR:

Einer gebrauchten 18650 Zelle sieht man leider nicht direkt an, wie viel Kapazität sie noch hat. Der aufgedruckte Wert entspricht höchstwahrscheinlich nicht mehr der Realität. Deshalb braucht es einen Vorgang, um die Restkapazität zu ermitteln. Mit diesem Wert lässt sich dann entscheiden, ob der Zelle ein zweites Leben geschenkt wird oder entsorgt werden sollte. Der Vorgang selbst kann man tatsächlich als Recycling bezeichnen, denn die Zelle durchläuft einen kompletten Lade- und Entladezyklus.

Restkapazität ermitteln

Um die Performance einer Zelle zu ermitteln, müssen wir sie zuerst bis zur Ladeschlussspannung laden. Danach wird geprüft, ob die Zelle die Spannung halten kann. Defekte oder sehr alte Zellen scheiden hier schon aus. Anschließend wird die Zelle bis zur Entladeschlussspannung entladen und dabei gemessen, wie viel Strom entnommen wurde. So haben wir die noch vorhandene Kapazität ermittelt.

Dieser Prozess ist relativ Zeitaufwändig, so dass es sich lohnt, diesen so weit wie möglich zu parallelisieren. Zudem es gibt ein paar Details zu beachten, die nun genauer beschrieben werden.

stack

Spannung messen

Als erstes können wir alle Zellen aussortieren, die weniger als 2.8 Volt vorweisen (warum, wurde im letzten Artikel genauer beschrieben). Hierzu kann man ein normales Multimeter verwenden. Es gibt Möglichkeiten, solche Zellen wieder zu aktivieren, allerdings haben sie bereits Schaden genommen und verschlechtern später unseren Akkupack mehr als dass sie Nutzen bringen.

Wer dennoch das Experiment durchführen will, kann die schlechten Zellen aussortieren, versuchen sie wieder zu reaktivieren und daraus dann einen separaten Akkupack bauen. Es macht allerdings keinen Sinn, sie mit guten Zellen zu mischen. Zellen, die parallel geschaltet sind, gleichen ihre Spannung im Laufe der Zeit aneinander an. Somit werden die guten Zellen auch in Mitleidenschaft gezogen, wenn die schlechten zu schnell an Spannung verlieren. Selbes gilt für die Kapazität; Hier müssen wir später darauf achten, dass Zellen mit ähnlicher Kapazität parallel geschaltet werden.

Laden bis zur Ladeschlussspannung

Die guten Zellen können wir nun bis zur Ladeschlussspannung laden. Dies ist bei LiIo/LiPo-Akkus nicht ganz trivial, da sie mit einem speziellen Verfahren (CC/CV, auch IU-Ladeverfahren genannt) geladen werden müssen. Im folgenden Schaubild ist ein Ladevorgang einer LiIo-Zelle beschrieben, die ca. 1600mA fasst und mit 1A geladen werden kann.

cccv

Zu Beginn wird die Zelle mit konstanten 1A Strom (Constant Current) geladen, bis die Zelle eine Spannung von 4.2 Volt erreicht. Ab diesem Zeitpunkt wird die Spannung bei 4.2V gehalten (Constant Voltage) und der Strom wird so lange reduziert, bis er gegen 0mA geht. Ist dieser Punkt erreicht, ist die Zelle voll geladen.

Besitzt man ein Multimeter und ein Netzteil, welches den Strom und die Spannung frei wählen und begrenzen kann, lässt sich der Ladevorgang damit realisieren. Dies ist allerdings mit viel manueller Arbeit verbunden, da konstant die Spannung geprüft werden muss, um den Punkt zu ermitteln, ab wann von CC auf CV gewechselt werden muss.

Bequemer geht es natürlich mit einem Ladegerät, das den CC/CV-Modus unterstützt. Ich habe das Graupner Ultramat 16S Ladegerät verwendet. Sehr beliebt ist auch das SkyRC IMAX B6. Natürlich funktioniert dies auch mit jedem beliebigen anderen Ladegerät, welches einen LiPo-Modus (CC/CV) und einen Ballancer-Anschluss (dazu gleich mehr) besitzt.

charge contraption

Zum Anschluss an das Ladegerät habe ich mir eine kleine Halterung gebaut, die 6 Zellen in Reihe gleichzeitig laden kann. Auf dem Bild zu sehen sind kleine weiße Kabel, die am Pluspol jeder Zelle angeschlossen wurden. Dies sind die Ballancer-Kabel. Da jede Zelle unterschiedlich ist, muss jede separat überwacht werden. Dies verhindert, dass einzelne Zellen zu viel Spannung abbekommen. Die schwächste Zelle bestimmt demnach den maximalen Strom. Es lohnt sich also, Zellen mit ähnlicher Spannung und Bauart gleichzeitig zu laden, dies beschleunigt den Ladevorgang etwas.

So, nun die Frage: Was muss ich am Ladegerät einstellen?

Ist alles eingestellt, kann der Ladevorgang gestartet werden. Dies dauert je nach Ladestrom, Menge und Akkus zwischen 1-3 Stunden.

Ist die Zelle stabil?

Man bekommt so gut wie jede Zelle auf 4.2V, allerdings entscheidet sich nun, ob die Zelle die Spannung auch halten kann. Aus diesem Grund sollte man nach dem Laden die Spannung jeder Zelle mit einem Multimeter messen und auf die Zelle schreiben. Dies dient später zum Vergleich.

Nun lagert man die Zellen an einem sicheren Ort für 1-2 Wochen und misst dann erneut. Ist die Spannung um mehr als 10% gesunken, sind die Zellen höchstwahrscheinlich schon zu alt, um sie wiederzuverwenden.

Entladen & Kapazität messen

Alle Zellen, die es bis hier her geschafft haben, können nun zur eigentlichen Kapazitätsmessung herangezogen werden. Einige Ladegeräte haben eine Entladefunktion, die dafür genutzt werden kann. Leider kann immer nur eine Zelle zur gleichen Zeit entladen werden, so dass dieser Prozess langwierig wird. Ich habe mir deshalb bei Aliexpress drei Kapazitätsmesser gekauft. Dies ist im Grunde nichts anderes als ein primitives Messgerät mit einem Verbraucher. Als Verbraucher werden Hochlastwiederstände verwendet, welche die Energie in Wärme umwandeln.

discharge contraption

Nach dem Entladen können die entnommenen mA/h vom Display abgelesen und ebenfalls auf der Zelle notiert werden. So haben wir die Qualität und die Restkapazität der Zellen ermittelt und können dann entscheiden, was mit ihnen geschehen soll. Die beiden Kennzahlen helfen bei dem Bau und der Errechnung der Gesamtkapazität größerer Akkupacks.

Lagerspannung

Da die Zellen nun alle bis an das untere Limit entladen wurden, sollten sie in absehbarer Zeit wieder geladen werden, damit die Spannung nicht aufgrund des Alters der Zelle weiter abfällt und dann unter die kritische Grenze kommt. Viele Ladegeräte haben einen Modus, um einen Akku auf eine Lagerspannung zu bringen. Hierbei wird der Akku halb voll geladen, so dass er einen stabilen Zustand erhält, in dem er auch auf längere Zeit bleiben kann.

Die so recycelten 18650 Zellen lassen sich nun in vielen Geräten wiederverwenden. Besonders in Taschenlampen oder DIY Elektronikprojekten sind sie sehr beliebt. Natürlich kann man nun einen ganzen Verbund von Zellen bauen (Akku-Pack), der dann mehr mA/h liefert oder eine höhere Spannung hat. Dazu dann mehr im nächsten Artikel.