Ručně vyrobený akupack a pravda o Li-Ion

Stále ještě oslněn mým nedávným objevem fantastických čínských Li-Ion akumulátorů s obrovskou kapacitou 4500 mAh (tj. přes 16 Wh!) za pouhých 40 korun (na Ebay) jsem přemýšlel, co z nich vyrobit. A vzpomněl jsem si, že +Ondřej Caletka mi na LinuxAltu 2012 půjčil v hospodě přenosnou nabíječku mobilních telefonů, což je takový váleček jen o málo delší/tlustší než ten Li-Ion akumulátor, který má na konci dva USB konektory: jedním, tím mini, se doma v klidu energie nalévá z USB nabíječky do vnitřního akumulátoru, no a tím větším USB konektorem se pak někde venku daleko od zdrojů elektřiny vypouští ven, do telefonu či jiného přenosného zařízení s nabíjením přes USB. Tak jednoduché, a přitom v terénu s vybitým mobilem k nezaplacení.

komerční řešení přenosné nabíječky

Napadlo mě, že na to mám vlastně veškeré součástky i know-how po ruce: mám akumulátor, mám měnič napětí z 3,7 V na 5 V (dokonce se správným výstupním USB konektorem), no a na Ebay jsem bleskově našel i nabíjecí modul Li-Ion akumulátorů (už mě ani nepřekvapilo, že má opět ten správný mini-USB konektor na vstupu):

veškeré nutné součástky ke stavbě vlastní mobilní nabíječky za 100 korun

Teď už chyběla jen vhodná krabička. Dopředu jsem věděl, že ji vytisknu na naší 3D tiskárně, jen jsem netušil, jestli ji budu muset celou navrhnout a nakreslit, nebo se mi podaří najít něco vhodného na Thingiverse. A světe div se, našel jsem PŘESNĚ tu správnou, do které všechny součástky pasovaly úplně vzorně:

zkouška krabičky - vše perfektně sedí

Takže teď stačilo těch pár kontaktů propojit mezi sebou a bylo hotovo. Poslední tuning zahrnoval vyvrtání mikrodírek pro paprsky světla od indikačních LEDek (celkem tři - nabíjím, nabito, vybíjím). Teď už jen zbývá sehnat někde světlovodivá vlákna a zatavit je do vyvrtaných dírek, ať svítí ven vždy jen ta pravá LED. Do té doby se je pokusím odstínit pomocí kousku papírku nalepeného na víčku...

propájeno a zkompletováno

Výsledek, slepený tavnou pistolí, vypadal mimořádně robustně a první krátký test absolvoval na výbornou. Akumulátor se přes mini-USB nabil a pak i dobíjel můj mobil. Super! Na poslední chvíli jsem přidal reklamní polep a výsledek předal jako ručně vyrobený (a tudíž velmi cenný) dárek synovi k narozeninám. Pozn.: akumulátor byl před finální kompletací vyměněn a vevnitř je skutečně 4500 mAh, nikoliv ten slabý 3800 mAh figurant na prvních fotkách :-)

finální verze včetně reklamy

Netrvalo dlouho a přišla reklamace. Prý to nejenže mobil nenabije, ale dokonce ho to vybije! Pracně jsem tu pečlivě slepenou krabičku rozdělal, abych mohl najít chybu. Žádná očividná tam nebyla. Všechno fungovalo správně - akumulátor se přes USB skutečně nabil na plnou kapacitu, a pak se začal vybíjet přes měnič do připojeného mobilu. Ale ouha - z poloviny vybitý mobil (s 1300 mAh baterií) to nedokázalo dobít ani do plné kapacity, aniž by se ten skvělý čínský 4500 mAh akumulátor nevybil úplně do mrtva (pod 2 volty).

Jelikož matematicky to nevycházelo (4500 mAh je přece mnohem víc než z poloviny vybitý 1300 mAh) a na chybu v zapojení to nevypadalo, začal jsem nakonec podezřívat samotný akumulátor. Potřeboval jsem ho proměřit, abych zjistil, má-li plně nabitý opravdu 4500 mAh. Nebo-li dokáže-li dodávat proud o určité hodnotě (třeba 500 mA) skutečně po dobu 9 hodin v kuse, než se vybije. No, nakonec jsem pro jednoduchost zvolil vybíjení do konstantního odporu 7,3 ohmu, což zhruba odpovídá 500 mA odběru.

Abych nemusel skákat kolem voltmetru a ampérmetru s hodinkama/stopkama v ruce a celý den to kontrolovat a zapisovat si údaje na papír, který potom ztratím, postavil jsem raději během chvilky digitální voltmetr s vestavěným web serverem, přes který se dají vyčítat naměřené hodnoty na analogových vstupech Arduina (měření s 10bitovou přesností, tj. +-2,5 mV). Tedy vzal jsem jedno Arduino, k němu připojil Ethernet štít, napsal krátký prográmek, který změří aktuální napětí a zobrazí ho na webové stránce a hotovo.

digitální internetový voltmetr = Arduino+Ethernet shield

Pak už stačilo jen napsat kratičký skript v shellu na mém serveru, volaný z cronu každou minutu, který přečte aktuálně naměřené napětí z webové stránky běžící na tom Arduinu a zapíše do CSV souboru (nebo by mohl i posílat do RRD pro graf v reálném čase). Výsledný CSV jsem naimportoval do Google Documents a jedním klikem si nechal vygenerovat graf. Výsledek je docela drsný:

Ano, akumulátor s udanou kapacitou 4500 mAh vydržel zahřívat připojený rezistor místo očekávaných 9 hodin jen necelou hodinu a půl! Když zintegruji danou křivku, vychází mi kapacita pekelných 666 mAh. To je téměř sedmkrát horší, než udaná. Už chápu, proč to nedokáže připojený mobil dobít ani z poloviny...

Pro zajímavost jsem změřil i druhý velký (18650) akumulátor, ten s udanou kapacitou 3800 mAh. Výsledek už nepřekvapil:

Tentokrát je realita (reálná kapacita) dokonce osmkrát horší než sliby prodejce. Opět studená sprcha.

Ještě jsem zběžně proměřil další články, které jsem v původním nadšení nakoupil, tentokrát typu 14500 (velikost našich AA), s udanou kapacitou 1600 mAh. Výsledek = 219 mAh (stejný výsledek u dvou různých kusů). Poměr slib : realita = 7,3 : 1.

Různé články, různá kapacita, ale společný koeficient lži

Když se nad tím zamyslím, je až s podivem, že všechny 4 články o různých kapacitách, od různých prodejců (ale možná stejného výrobce) shodně na obalu tvrdí, že mají 7-8 krát vyšší kapacitu než ve skutečnosti. Jedná se snad o nějakou nepsanou čínskou dohodu, že se na obalu bude udávat 8x vyšší kapacita, aby se články lépe prodávaly?

Teprve teď mě napadlo zeptat se, co o tom ví ostatní. Tento test článků o kapacitě 5000 mAh v podstatě potvrzuje moje zkušenosti (i když tam autor dospěl jen k pětinásobně přepálené udané kapacitě).

Je na místě zavrhnout tyto Li-Ion akumulátory úplně? Tento článek říká, že ne - jen je potřeba vyhnout se nesmyslně vysoké kapacitě a podezřele nízké ceně - skutečný akumulátor typu 18650 má bohužel kapacitu maximálně 3000 mAh, za to cenu má minimálně 5x vyšší, než za jakou jsem nakoupil tyto svoje pomníčky...

Nicméně se vůbec nevzdávám: mám v plánu rozbít akumulátor od nefunkčního notebooku, vytrhat z něj poctivé články a znovu oživit tento akupack, snad už se skutečnou kapacitou v řádu celých ampérhodin. Plus mám nápad, jak vylepšit elektroniku pro současné nabíjení vnitřního akumulátoru i připojeného mobilu. Ale o tom zas až příště...

P.S. ten digitální síťový voltmetr s webserverem se pro měření dlouhých dějů naprosto osvědčil. Asi mu vytisknu krabičku a napíšu komplet software na míru, abych měl prostě digitální multimetr s internetovou konektivitou.

Krmivo pro 3D tisk už jedině z JZD

Naši 3D tiskárnu už všichni znají. Podobně jako u obyčejné 2D tiskárny je do ní potřeba kupovat nějakou náplň, aby měla čím tisknout. Místo inkoustu žere tzv. filament, což je označení pro nekonečné vlákno z plastu. Z jakého plastu? Z nějakého, který jde dobře tavit (teplota tání by měla být tak pod 250 ℃). Nejčastěji se pro 3D tisk používají ABS nebo PLA, ale čile se experimentuje s mnoha dalšími. My jsme pro začátek konzervativně zvolili ABS, což je materiál, ze kterého jsou například Lego dílky, takže jsme měli docela dobrou představu, jaké pevnosti by výsledné výtisky měly dosáhnout.

Naše tavicí hlava umí zpracovávat vlákna obou nejčastějších průměrů - 1,75 mm a 3 mm. Pro úvod jsme zvolili průměr 3 mm a jali se na webu hledat nejlevnějšího dodavatele. Nakonec jsme vybrali czechreprap.eu, na kterém je zajímavé, že je to česká firma mající web i ceny komplet v angličtině/eurech. Po dlouhém dohadování jsme vybrali neutrální šedou barvu a koupili 900 gramů té plastové struny, která nakonec vyšla asi na 600 Kč. Levněji to na jaře nikdo neuměl. Dá se říct, že jeden metr té struny vyšel na zhruba pětikorunu, což je poměrně drahé, když uvážíme, že kdejaká drobnost si vezme metr či dva té struny, větší věci metrů klidně třeba šest.

Pak jsme půl roku zkoušeli tisknout a nebudu kecat, když řeknu, že přes polovinu materiálu jsme vyplýtvali na neúspěšných pokusech. Při 3D tisku se totiž může pokazit asi tak třicet šest různých věcí a většinou se i pokazí. Kluci vytiskli pár holčičích soch, já jsem si vytiskl pár krabiček na mé elektronické zázraky (s poměrem tak 3 nepovedené na 1 povedenou), zkusili jsme vytisknout náhradní díly na Reprap a to byl konec, šedá struna došla...

Začali jsme tedy zkoumat, kam se za půl roku pohnuly ceny filamentu a především nenapadlo-li některé JZD, které s plastem už dělá (dnes většina bývalých družstev nekrmí krávy granulemi, ale tiskne/stříká z plastového granulátu spoustu různých výrobků), vyrábět také ty struny pro 3D tiskárny. Osobně jsem se snažil v (JZD) Zálesí přesvědčit je o důležitosti výroby strun, ale nepovedlo se. Náhodou mi ale +Jan Krupka řekl o jiném družstvu, z Haňovic, kde to správní lidé pochopili a struny už valí.

Naštěstí v Haňovicích také pochopili, že rozumná cenová politika je klíčem k úspěchu a nasadili poloviční ceny než zbytek světa! Tak to má být. Navíc se s nimi dá velmi dobře mluvit, pan ing. Přindiš mi dokonce poslal vzorky PLA (takže konečně zkusíme tisknout z kukuřice nebo z čeho to je) a nějakého jejich speciálního ABS, které prý trpí menší smrštitelností při chládnutí (smršťování při chládnutí je jedna z bolestí 3D tisku, která umí zle pocuchat výrobky větších rozměrů).

Samozřejmě jsme byli zvědaví, co za plast nám dorazí a jak bude tisknout. Barvu jsme tentokrát vybrali žádnou, tj. "natural" (bezbarvý, resp. neobarvený přírodní) a čekali. Plastová struna přišla na pěkné kartonové cívce (což je pokrok oproti czechreprap.eu, kteří to poslali jen smotané jak napínací drát na plot a museli jsme kvůli tomu vyrobit cívku). Dokonce byla zatavená v sáčku spolu s takovým tím malým pytlíčkem soli, co s ním babička vždycky posype oříšky, u kterých taky bývá (už jsem jí řekl, že je to jedovatý pohlcovač vzdušné vlhkosti a že to sypat na jídlo nemá :-)

No a jak to teda tiskne? Jedním slovem VÝBORNĚ! Výsledné výtisky jsou přesnější (méně přetoků), vrstvy jsou lépe "slité" a hlavně je výsledek mnohem pevnější. Z nějakého důvodu jsou naše výtisky teď jakoby lépe "propečené" a jednoduše řečeno vypadají velmi "solidně" ve všech významech tohoto slova. Oproti šedivé struně od předchozího dodavatele je to jednoznačné zlepšení, ze kterého jsme nadšeni.

Takže pokud váháte, kde objednat strunu (ne do kytary), jděte rovnou na PV Plasty Mladeč, vyberte si kromě materiálu, průměru a barvy navíc taky tvrdost - aha, ceník online ještě nemají, tak si ho vyžádejte a uvidíte sami. Pan Přindiš mi ještě psal, že se po Novém roce chystají na vodou ředitelné PVA, což by umožnilo jednoduše tisknout rozpustitelné podpory pro dnes netisknutelné tvary (např. stojící hříbek). No budu je po očku sledovat, a pokud s nimi máte sami zkušenost, podělte se v komentářích níže.