Makita 14,4V Akku zerlegt

Ich habe auf eBay einen Akku, der in vielleicht 10% meiner Elektrowerkzeuge passt, ergattert:

Das ist ein 1,3-Ah Akku aus der 14,4V-Reihe von Makita. Ich bin zwar in deren 18V-Reihe unterwegs, aber einige Geräte (Lampen, Radios) geben sich auch mit der geringeren Spannung zufrieden.

Meine Idee war, dass ich einen solchen Akku zerlege und mit neuen Akkuzellen bestücke, die eine höhere Kapazität haben. Da der Akku keine hohen Ströme liefern muss (er passt schließlich nicht mal überhaupt in die Maschinen rein), muss der maximale Entladestrom der Zellen nicht so groß sein, was größere Kapazitäten erlaubt.

Der Akku wird erst mal ausprobiert, um zu schauen, ob er überhaupt tut:

Die Lampe ist eingeschaltet und leuchtet nicht.

Also leer. Die Elektronik im Akku ist hiermit aber nicht getestet, denn die Lampe hat nur zwei Kontakte, die sie elektrisch mit dem Akku verbindet. Plus und Minus. Eine Art Datenkontakt ist bei der Lampe nicht vorhanden - d. h. der Akku hat kein Sagen darüber, wann die Lampe wegen niedriger Spannung abschaltet. Eigentlich keine gute Idee, wenn die Lampe sowohl mit 14,4 als auch mit 18V betrieben werden kann, weil sie entweder bei 18V-Betrieb zu spät oder bei 14,4V-Betrieb zu früh abschaltet.

Der Akku wird zuerst mal gemessen. Wenn der nämlich zu leer ist und direkt ins Ladegerät gesteckt wird, erkennt das Ladegerät ihn als defekt. Wird er mehrmals vom Ladegerät für defekt erklärt, wird der Akku deaktiviert und funktioniert nicht mehr und lässt sich auch nicht durch einen einfachen Zellentausch reparieren. Der Akku merkt sich quasi, dass er nix mehr taugt und deaktiviert sich selbst. Er kann dann nur noch von Geräten ohne Datenpin leergesogen werden, Geräte mit Datenpin erkennen, dass der Akku kein Bock mehr hat und lassen ihn in Ruhe.

Ein 14,4V-Akkupack besteht aus 4 Zellen zu je 3,6V. Eine Zelle hat eine Entladeschlussspannung von ca. 2,5V, wobei man besser oberhalb abschaltet, aber 2,5V ist ein gutes absolutes Minimum. 2,5V * 4 Zellen ergibt 10V. Der Akku ist deutlich drunter und damit zu tief entladen.

Da das Ladegerät ihn als defekt markieren würde, wird der Akku also erst mal so geladen - und zwar am Labornetzgerät, welches auf nicht ganz die Ladeschlussspannung (ca. 16,5V) und einen sehr schonenden Strom (100mA) eingestellt ist.

Das Bild oben zeigt das Labornetzteil mit angeschlossenem Akku. Wie man sieht, fließen 0 mA Strom.

Hä?

Lädt der jetzt bei Strömen im Mikroamperebereich?

Nachmessen hat gezeigt, dass der Akku tatsächlich lädt und zwar sehr schnell. Jedoch sinkt die Spannung extrem schnell wieder ab. Der Akku ist wohl tatsächlich am Arsch.

Trotzdem probiere ich es mal den am Ladegerät zu laden. Damit der nicht als defekt erkannt wird, wird der erst mal auf eine höhere Spannung als 10V geladen und nach Abklemmen vom Labornetzteil SOFORT ins Ladegerät geschoben.

Okaaaaay, er lädt. Gelb leuchtet, also ist mit dem Akku was, naja das weiß ich ja schon. Laut Handbuch wird bei Gelb eine "Anpassungsladung" (Conditioning Charge) durchgeführt, um den Akku wieder auf Trapp zu bringen.

Aber dann:

Mist. Rot-grün abwechselnd bedeutet Akku schrott.

Das war eigentlich klar. Wenn der Akku so schnell lädt und dabei (scheinbar) keinen Strom zieht erübrigt sich das Ausprobieren im Ladegerät.

Hoffentlich war das nicht das dritte mal für den Akku, dass er in einem grot-grün blinkenden Ladegerät steckte. Sonst ist die Elektronik auch für die Tonne, denn soweit ich weiß, gibt es keine Möglichkeit, den gesetzten "Akku kaputt"-Flag wieder zurückzusetzen.

Die Zellen werden jetzt erst mal ausgetauscht und dann wird der nochmal ins Ladegerät gesteckt. Vielleicht geht der ja doch wieder.

Makita-Akkus haben in einem der Schraubenlöcher ein Siegel, welches man erst aufbohren muss, um an die Schraube zu kommen. Das fehlt hier interessanterweise. Entweder war da jemand schon mal beigegangen oder der Akku ist aus einer Zeit, wo noch keine "Warranty void when removed"-Siegel verwendet wurden.

Mit einem Security Torx 10 Schraubendreher waren die Schrauben im Nu draußen und die Haube des Akkus gelüftet:

Ich frage mich, ob man den Chip, in dem der "Ich bin kaputt"-Flag gespeichert wird, einfach wegdremeln könnte und dann den Datenpin einfach auf 5V oder so legen könnte?

Unter einer Plastikabdeckung befindet sich eine Sicherung, bestehend aus einer dünnen Stelle im Blech:

Auf einer Seite führt ein kleines Kabel zum Zellenbalancing zu zwei Zellen, auf der anderen Seite nicht: 

Scheinbar wird auf ein gescheites Balancing verzichtet. Das kann natürlich eine Methode des Herstellers sein, dass der Akku schneller hinüber ist, da die Zellen nicht aktiv gebalanced werden, auf der anderen Seite hat so ein Akku ja auch nur eine begrenzte Lebensdauer. Wenn die Zellen aufeinander abgestimmt sind, laufen sie balancemäßig nicht viel auseinander. Im Betrieb werden die Zellen ja immer alle gleich belastet, weil sie alle in Reihe geschaltet sind.

Ich habe die Zellen mal von vorne nach hinten durchgemessen.

Zelle 1: 4,150V
Zelle 2: 4,151V
Zelle 3: 0,750V
Zelle 4: 1,080V

Die Spannungen der Zellen 3 und 4 sanken beim Messen schnell ab. Die sind tot. In diesem Fall ist es wirklich gut, dass das Ladegerät das Laden dieses Akkupacks nicht mehr erlaubt.

Zellen 1 und 2 hingegen sind noch gut und fast voll aufgeladen, die können noch weiterverwendet werden.

Die Akkus liegen auf einem Gummipolster in der unteren Schale des Gehäuses. Damit werden Stöße gut abgefangen. Überhaupt ist der Akku mechanisch sehr robust.

Um die Zellen abzubekommen kann man einfach mit einem Elektronikseitenschneider unter den Nickelstreifen gehen und diesen mit Drehbewegungen abziehen (nicht durchschneiden). Dabei sollte man aufpassen, dass man nicht zwei nebeneinanderliegende Zellen mit dem Seitenschneider kurzschließt.

Die neuen Zellen sind allerfeinste Samsung INR18650-35E mit einer angegebenen Kapazität von 3500 mAh. Hübsch sehen die aus!

Passen auch wunderbar rein: 

Die Akkus möchte ich nicht miteinander verlöten, sondern wie im Original verpunktschweißen. Durch einen punktuell eingebrachten, sehr hohen Stromstoß erhitzt sich das Metall an den Enden der Zellen und wird so mit dem Nickelstreifen verschweißt. Hier ist mein Setup:

Eine sehr günstige "DIY Punktschweißmaschine" wird von einer Starterbatterie versorgt, welche die für die Stromstöße notwendige Energie an den Elektrodenspitzen liefert.

Die Platine wurde übrigens defekt geliefert, die musste vor den ersten Schweißpunkten erst mal repariert werden (ich war zu faul zum Zurückschicken). Es hat einfach nur ein Widerstand gefehlt, ohne den die Platine nicht erkennt, dass die Elektroden aufliegen, wodurch der schweißende Stromstoß erst gar nicht ausgelöst wurde.

Sieht doch sehr gut aus, oder? Dafür dass die Elektroden beide freihand gehalten habe? Ich habe sogar den Nickelstreifen an den Ecken an den postivien Enden abgekantet! Jetzt gib schon zu dass es gut aussieht :(

Von den Enden, also dem negativsten und dem positivstem Ende des Zellenkonstrukts gehen zwei weitere Streifen nach oben, die mit den orignalen Leiterblechen verschweißt werden. An den eigentlich überflüssigen in der Mitte hochstehenden Streifen wird das einzelne Kabel angeschlossen.

Zusammengebaut sieht man den Unterschied zu vorher gar nicht:

Er funktioniert auch, zumindest mit der Lampe, weil die Spannung größer als die Abschaltspannung der Lampe ist.

Lädt er denn jetzt wieder? 

Lädt! ......oder?

:((((((((

Ok. Jetzt muss die Elektronik repariert werden.

Wenn das überhaupt geht.

Was könnte da bloß kaputt sein? 

Alle Bauteile auf der Platine sind basically Standardbauteile, also ICs, Transistoren, Widerstände, Kondensatoren etc.

Aber was ist das?

Da drauf steht "15A". Eine Sicherung?

Laut Recherche ist das ein SCP, Self Control Protector.

Was soll das heißen?

Eine Google-Suche ergibt die Produktseite des Herstellers.

Ich zitiere:

"Protects Li-ion batteries from overcharging (overvoltage) and overcurrent."
"When overcharging occurs, the fuse element melts to shut off the circuit, and simultaneously the power to the heater is also cut off."
"Placing a heater directly under the fuse element breaks the circuit quickly."

Außerdem ist folgender Schaltplan auf der Seite zu sehen:

Etwas mehr Recherche ergab, dass das eine "Externally Triggered Fuse" ist, also eine Sicherung, die man neben der normalen Überstromauslösung auch mittels passender Beschaltung manuell auslösen kann. Der Beschreibung geht das auch heraus: man legt eine Spannung an T4 an, wodurch der "Heater" sich erhitzt und die Sicherung durchbrennt. T4 ist dann in dem Fall mit Sicherheit an einem Opamp oder zumindest dem Mikrocontroller, der auch mit dem Ladegerät spricht, der auch die Akkus überwacht. Wenn da was nicht stimmt, wird der Heater aktiviert und die Sicherung zerstört, was den Akku unladbar macht.

Warum unladbar und nicht unbrauchbar?

Weil 1. die Akkuzellen direkt mit den "+"- und "-"-Kontakten am Akku verbunden sind und 2. der SCP zwischen dem "TH"- und dem "+"-Kontakt des Akkus liegt und das Ladegerät die Akkus über den "TH"-Kontakt lädt:

Der rechte Metallkontakt wird mit dem "TH"-Kontakt verbunden, der "+"-Kontakt wird am Ladegerät nirgendwo verbunden.

Deshalb funktionierte vorhin die Lampe, obwohl sich der Akku nicht laden lässt.

Durchmessen ergab, dass der SCP tatsächlich mal ausgelöst hat und keinen Durchgang aufweist.

Wie repariert man das?

Richtig!

Indem man die Sicherung überbrückt!

...nicht!

Im Ernst, macht das nicht. Überbrückt nicht "einfach so" eine Sicherung, sie ist ja zum Schutz da, und mit einer Überbrückung fällt diese Schutzfunktion weg.

Da ich den Akku aber laufen haben wollte, habe ich die Sicherung tatsächlich überbrückt - mit einer anderen Sicherung!

Der SCP wird jetzt von einer "normalen" 85°C Thermosicherung überbrückt. Wird der Akku zu warm, unterbricht sie die Verbindung zwischen "+" und "TH" und der Ladevorgang bzw. das laufende Werkzeug wird gestoppt.

Damit funktioniert der Akku wieder und lässt sich laden:

Die Sicherung gehört eigentlich in den Akku hinein, aber so kann man mal den Strom messen, mit dem der Akku geladen wird:

6A werden in den kleinen Akku geknallt! Wobei der Wert periodisch kurz auf rund 2,5A springt und dann wieder hochgeht.

Nach dem Zusammenbau (also die Sicherung schön in den Akku rein sodass sie auch im Fall der Fälle auslösen kann) und mit Clip und alles zusammengeschraubt wird der Akku fertig geladen:

Dann wird er noch mit der passenden und stylischen Kapazitätsangabe versehen

und fertig ist er, der 14,4V-Akku mit 3,5 Ah!

Der steckt jetzt immer bereit in der Lampe (schön kompakt, da er nicht so weit nach vorne herausragt) und würde das Radio ewig betreiben, rechnerisch etwa nicht ganz so lange wie ein 18V 3Ah.