Slimme Batterijen

Door Infant op zaterdag 25 mei 2013 12:25 - Reacties (18)
Categorieën: Gemod / Gefix, Notebook: Accu's bouwen!, Views: 11.766

Volgorde:
Domme Batterijen
Domme Batterijen - Accupologie
Domme Batterijen - Verkeer(de)informatie
Domme Batterijen - Spoof
Slimme Batterijen

In de vorige posts heb ik een poging gedaan uit te leggen wat allemaal gebeurt in de accu van een notebook. Het enige wat jouw als gebruiker in de weg staat om gewoon een setje AA batterijen in je laptop te steken is een klein stukje (ongedocumenteerde) hardware en software.

Als je dit zou hebben, heb je in principe alle vrijheid om je notebook naar hartenlust op elke willekeurige accu of stroombron aan te sluiten, zolang het voldoende vermogen kan leveren.

Mijn doel was nu als eerst om gewoon de interne accu na te bouwen.

Het moment dat ik begon, stopte mijn Chinese namaak accu spontaan met werken. Hij zag de bui al hangen. Des te meer reden om aan het werk te gaan.

Eigenlijk elke notebook accu bestaat uit de volgende onderdelen:

- Een willekeurig aantal cellen.
- Een stuk plastic.
- Een connector.
- Een stuk elektronica.
Cellen
De cellen in mijn notebook zijn een standaard maat, die vooral in kleinere notebooks wel eens gebruikt wordt. Maar, als notebook fabrikant kun je zelf bedenken wat je in je notebook propt, en welke standaarden je gaat negeren.

Interessant genoeg gebruiken ze allemaal TI chipjes. Allemaal. Kennelijk gaat daar nog wel eens wat fout mee. Van het hele scala aan problemen wat ik heb waargenomen, is de interessantste waar het chipje zegt:

"Ik heb geen zin meer."

Voor de onwetende en spaarzame gebruiker betekent dit:
- Nieuwe accu kopen bij een Chinees voor zo min mogelijk.
Voor een bedrijf betekent dit:
- Nieuwe accu kopen... bij een bedrijf, het liefst in het land waar we nu zitten.
Voor de monteur van HP betekent dit:
- "Voor 150 Euro heeft u een nieuwe."

Voor mij betekent dit: Gratis accu's.

Zo heb ik bijvoorbeeld:
Van alles en nogwat.Uit een dell D430.
Van links naar rechts: 73Wh cellen uit een Macbook Pro, 44Wh uit een Dell D630 DVD-bay, 55Wh Hoofdaccu uit een HP 6550b. En, dezelfde cellen als mijne: Een accu uit een Dell D430.

Al dit spul lag bij het elektronisch afval (Niet het klein chemisch afval.... waar het hoort.) en is eigenlijk nog prima in orde, als je de elektronica weg sloopt.

Wat ik nu nodig heb, is een behuizing.
Behuizing
Sinds ik nog 0 ervaring had met dingen 3D printen, leek dit me een nuttig experiment.

Om te beginnen heb ik het hele zaakje in Solidworks gezet, zodat de behuizing los besteld kan worden bij Shapeways.

Zij kunnen vrij nauwkeurig en ook redelijk goedkoop de meest gekke vormen voor je maken.
Aangezien je per hoeveelheid gebruikt materiaal betaalt, heb ik de wanden vrij dun gehouden. 1mm in dit geval. En terwijl ik toch bezig was, heb ik de kleine plastic inkepingen die de accu op zijn plek houden er ook maar in getekend, gewoon.. omdat het kan.


Solidworks render van een 2730p Tablet accu.
Plastic houder met cellen, connector en printje.


Eigenlijk was het lastigste om uit te vinden welke connector HP gebruikt voor zijn accu's. De notebooks uit deze serie gebruiken allemaal dezelfde aansluiting, maar nergens stond een partnummertje waar ik iets aan had.
Bij toeval kwam ik deze tegen. De zwarte connector is een TE Connectivity stekker, nummer 5787253-1. En die zijn zo aardig om naast een datasheet, een 3D model ter download aan te bieden. Is dat niet geweldig?

Helaas voor mij, zijn die vrij prijzig als je er maar 1 of 2 wilt, een eurotje of vier per stuk, dus mijn exemplaren worden uit defecte accu's gesloopt.

Verder heb ik de case getekend aan de hand van meten met een schuifmaat.

Terwijl dat zaakje naar de fabriek in Eindhoven gaat, was het tijd om het printje zo miniem mogelijk te krijgen.
Electronica
De elektronica had ik al werkend, alleen nog niet op een formaat dat het in deze accu ging passen.

De accu is maar iets van 12 mm dik, en er is weinig lucht aanwezig voor mij om iets in te proppen.

Het printplaat ontwerp was 50 x 50mm en had een hele andere functie, en is nu gereduceerd tot 10 x 50mm:

Gewoon heet wassen...
Van links dus, naar rechts.

Wat heeft het nu nog nodig?

Code, met een paar (hierbij gedocumenteerde) fratsen.

Het is super interessant wat zo'n accu allemaal doet. Ik ken zo ondertussen het 60+ pagina's tellende datasheet uit mijn hoofd. En er zijn nog veel meer varianten, die allemaal ongeveer hetzelfde werken.

Ik ga proberen uit te leggen, wat het probleem van een originele accu is, en hoe ik dat op los:

Stel, de HP accu is de tel kwijt. Hij weet niet meer hoeveel energie er in zit, en roept maar wat. Hij is bijvoorbeeld van mening, dat er nog maar 2000 mAh in kan, terwijl er in werkelijkheid nog 3700 mAh in kan.

Mijn accu kan dit ook, want ik schrijf de code.
Ik zet in de code dat hij moet aangeven dat er 2000 mAh in kan. Ik weet zelf ook niet wat deze cellen kunnen, dus ik moet wel een gokje doen.

Vervolgens laat ik m'n notebook bitcoins minen... (wat energie gebruikt) en op een gegeven moment ben ik 2000 mAh verder.

In het geval van de HP accu, zou deze tegen mijn notebook, en dus Windows, zeggen:

"Jow gast, ik ben leeg."

Windows en elk ander OS, gaat in al zijn wijsheid netjes uit, of in slaapstand.
Dit kun je omzeilen. In Windows 7 moet je daarvoor een klein beetje rommelen. Prima.

Maar stel dat je deze half lege accu in je notebook stopt, terwijl hij uit staat.... wie maakt er nu uit of de notebook aan gaat?

Niet het OS, want die draait niet.

Het IC in het moederbord, wat met de accu praat, krijgt van de accu te horen dat hij leeg is.
En van een lege accu, kun je niet opstarten... dus, de notebook mag niet aan.

Voila. Dit is het probleem.

Wat deze nep accu nu doet, is gewoon nooit zeggen dat hij leeg is.
Als hij denkt dat hij leeg is, zegt hij tegen de notebook dat er nog een klein beetje prik in zit. In plaats van 100-0%, gaat deze van 100-10%.

Ik kan nu nog steeds zonder hacks Windows netjes laten afsluiten, door te zeggen: "Als de accu minder dan 11% is, afsluiten." Maar ik kan nu ook altijd de notebook aan zetten, zelfs als mijn accu in de war is. Want de accu zegt dat er nog 10% in zit. Meer dan voldoende om van op te starten.

Ik kan er ook voor kiezen om gewoon tot het bittere einde door te gaan, en dat betekent in dit geval dat ik nog 1700 mAh eruit kan zuigen... voordat de cellen echt leeg zijn.

En dan valt de notebook zonder enige waarschuwing uit.

Voor de code in mijn accu is dit de cue om het tellertje op 0 te zetten. Voor de originele HP accu, betekent dit een van de volgende dingen (meerdere opties mogelijk):

- Niks.
- Een kleine correctie in de capaciteit.
- Total mayhem.
Meanwhile...
Door de magie van editing, is het weken later ... en is de shit gearriveerd:

Lege behuizing.Groot, kleiner, kleinst.
Links: het bakje. Rechts: het kleine printje onderin.

Het printje geloofde ik wel, daar heb ik er ondertussen al genoeg van ontvangen zonder problemen. De behuizing was nieuw voor mij. Het verbaasde me dat zelf alle hoekjes en uitstulpingen die de accu op zijn plek moeten houden, allemaal aanwezig waren... en na een klein beetje tweaken met de soldeerbout... ook passen!

Na het op solderen van alle onderdelen, ziet het printje er zo uit:

Er zit ook nog wat grut aan de achterkant.
Om een gevoel te geven voor de afmeting, ligt er een AA batterij naast.


Nu was het de cellen netjes los peuteren uit in dit geval een Toshiba accu (Ja... geen enkel merk blijft gespaard.), en in de case leggen. (Niet proppen, ruimte zat!)

Ze voelen al werk aankomen...


De hele bende aan elkaar knopen, kleine beetje tape toe voegen...

Tadaa!


En na wat testen, kan hij waar hij hoort:

In zijn holletje.


Om hem dicht te maken, kan er een stukje plastic op geplakt worden, dat stelt niet zo veel voor. De accu is nu ook weer te verwijderen, net als de originele.
Ik kan hem met een andere lader opladen, en de cellen balanceren mochten ze uit balans raken.
En nu?
Nu is het wellicht interessant om een kosten plaatje te zien, voor dit exemplaar. (in oplages van 1 dus):

- Printjes: 15 Euro voor 10 stuks, inc. Verzending.
- Elektronica: 13 Euro. (ex connector).
- Case: 35 Euro inc. Verzending.
- Cellen: 0 Euro, maar als je ze zou moeten kopen, c.a. 5 Euro per stuk = 30 Euro-ish.
- Gruwelijk veel tijd (ook inc. Verzending).

Het voordeel komt natuurlijk als deze cellen versleten zijn... want dan hoef ik er alleen nieuwe in te doen (die dan ongetwijfeld ook nog bij het afval liggen) en verder helemaal niks. Dat is dus 0 Euro tot in het einde der tijd.
Het nieuwe model van deze notebook, is de 2760p. En die gebruikt precies dezelfde accu.

Ik ben nu een ding aan het bouwen, die onder de notebook kan en hem onder een hoek plaatst. Dat typt fijner, en zorgt voor iets betere koeling.
Wat hier in komt, zijn houdertjes voor 18650 cellen.

Die kun je er dan gewoon in klikken zoals je AA batterijen in ELK ANDER APPARAAT IN HET UNIVERSUM zou klikken. Als die leeg zijn, switch de notebook automatisch naar de interne accu In de tussentijd kun je nieuwe 18650's erin prikken... (of niet) en dan switcht hij daar weer naar terug, en verteld hij het OS een educated guess van de capaciteit, met de 10% als ondergrens.. zodat de notebook pas de interne accu aanbreekt als het echt nodig is.

Ik snap werkelijk niet, anders dan dat alle fabrikanten geldwolven zijn, waarom niemand dit ooit heeft gemaakt... ik wil gewoon losse cellen in mijn notebook kunnen proppen, terwijl hij aan staat. Ben ik de enige die daar last van heeft?

Volgende: BootToeter©® 03-'14 BootToeter©®
Volgende: Dooie Fiets - Vervolg 04-'13 Dooie Fiets - Vervolg

Reacties


Door Tweakers user calvinturbo, zaterdag 25 mei 2013 13:47

Wauw! Zeer interessant dit artikel, ik had geen flauw benul dat dit allemaal kon haha.

Door Tweakers user TenTimes, zaterdag 25 mei 2013 14:13

Nice! Ziet er niet slecht uit.

Ga je trouwens ook nog verder met de dooie fiets?

Door Tweakers user JoostVerh, zaterdag 25 mei 2013 14:29

Echt heel interessant om te lezen, bedanktvoor het delen!

Door Tweakers user Infant, zaterdag 25 mei 2013 14:38

Metalslave666 schreef op zaterdag 25 mei 2013 @ 14:13:
Nice! Ziet er niet slecht uit.

Ga je trouwens ook nog verder met de dooie fiets?
Thanks.

Ja zeker. Sterker nog, deze twee projecten combineren zeer goed. (Pas op, link naar Facebook.)

Door Tweakers user Paul - K, zaterdag 25 mei 2013 17:47

Hier zou je meer mee moeten gaan doen, ik voel een startup :P

Door Tweakers user the mod man, zaterdag 25 mei 2013 19:28

Ik heb nog wel een dell accu die het nooit gedaan heeft (van een xps m1530) laptop allang een keer verkocht.

Door Tweakers user azerty, zaterdag 25 mei 2013 23:44

Ik heb nog steeds mijn oude laptopbatterij liggen, misschien moet ik dit ook eens gaan proberen :p

Door Tweakers user Pixeltje, maandag 27 mei 2013 21:59

Goed verhaal weer, heb je vorige stukken ook gelezen en vraag me inderdaad af waarom dit niet (commercieel) beschikbaar is. Hoewel ik me kan voorstellen dat je tbv stootvastheid een iets steviger behuizing om je cellen heen wilt is het verder simpelweg briljant.

Ik vraag me overigens af of je niet een meer gecalculeerde schatting kunt maken van de capaciteit van de cellen. Nu is het zonde dat je een accu die misschien nog helemaal goed is, slechts voor de helft gebruikt. Of heb ik je verkeerd begrepen en doet, elke keer als de accu écht leeg is, de elektronica het geleverde vermogen gebruiken om de capaciteit bij te stellen?

Door Tweakers user Infant, dinsdag 28 mei 2013 09:04

Pixeltje schreef op maandag 27 mei 2013 @ 21:59:
Goed verhaal weer, heb je vorige stukken ook gelezen en vraag me inderdaad af waarom dit niet (commercieel) beschikbaar is. Hoewel ik me kan voorstellen dat je tbv stootvastheid een iets steviger behuizing om je cellen heen wilt is het verder simpelweg briljant.
Ik denk dat met een stevig klepje er over, het prima stevig en veilig gaat zijn.

Het capaciteit verhaal heb je niet helemaal begrepen denk ik, en zal ik binnenkort met een plaatje proberen toe te lichten.

Door Tweakers user timberleek, dinsdag 28 mei 2013 11:12

Ziet er goed uit.

Ik wil binnenkort ook maar eens mijn eigen accu gaan bouwen. Heb in principe alles liggen, maar ben er nooit aan toe gekomen om alles uit te zoeken. Dat is nu mooi voor mij gedaan _/-\o_

Wil je nog wel een capaciteitsmeting erin maken eigenlijk?
Zo lastig is het eingelijk niet. Gewoon de spanning per cel meten (evt met oversampling ivm de max 10 bits van de adc) en de uitgaande stromen (lekker de stroom door een shunt pollen). maar dat doe je beide al denk ik. Dan zul je ter calibratie wel een paar keer moeten op en ontladen.

Wil je het balanceren nog in het pack maken? Het printje zou dan waarschijnlijk nog wel iets groter worden

Door Tweakers user timberleek, dinsdag 28 mei 2013 11:17

Pixeltje schreef op maandag 27 mei 2013 @ 21:59:
Goed verhaal weer, heb je vorige stukken ook gelezen en vraag me inderdaad af waarom dit niet (commercieel) beschikbaar is.
Ik denk dat de fabrikanten de consument niet graag met die losse cellen wil laten klooien. Grotendeels uit winst oogpunt natuurlijk, maar het zijn ook wat meer gevoelige cellen dan de gemiddelde AA batterij (die sommige mensen al niet snappen 8)7 ). Als je ze per ongeluk kortsluit of handmatig probeert op te laden kun je ze wat catastrofaler slopen als een alkaline.

De fabrikanten zelf doen het al regelmatig fout (er zijn vaak zat accu's teruggeroepen ivm brandgevaar etc)

Door Tweakers user Infant, dinsdag 28 mei 2013 19:38

timberleek schreef op dinsdag 28 mei 2013 @ 11:12:
Ziet er goed uit.
Wil je het balanceren nog in het pack maken? Het printje zou dan waarschijnlijk nog wel iets groter worden
Ik heb een losse balancer, op zich hoeft balanceren niet de hele tijd en het voegt alleen maar extra dingen toe. Op het moment heb ik hem een keer gebalanceerd. Het probleem is, zolang hij in de notebook zit, kan ik niet zien wat ze cel spanningen zijn... dus ook daar ben ik nog iets voor aan het maken.

Mocht je ook zo'n printje willen hebben, ik heb er nog een paar. Ze werken voor bijna alle zakelijke HP notebooks.

Er zit capaciteits meting in uiteraard, anders heb ik er vrij weinig aan. Hij hoeft maar 1 keer helemaal leeg te zijn, en weer helemaal vol en dan weet hij de nieuwe capaciteit.

[Reactie gewijzigd op dinsdag 28 mei 2013 19:40]


Door Tweakers user iChaos, dinsdag 28 mei 2013 23:10

Hmm, heb hier ook nog een accu liggen uit een HP laptop. Kan je met de nodige kennis bijvoorbeeld ook deze cellen zodanig lussen dat ze aan een USB stroom kunnen geven om hem als mobiele lader voor telefoons/tablets te gebruiken?

Vraag me toch af: hoe werk je dit uit? Lijkt me dat je een studie hiervoor hebt gedaan, want er zit toch wel wat risico aan het rommelen met die batterijen neem ik aan? Hoe groot is de kans dat je met een middagje experimenteren (met fatsoenlijke research uiteraard) opeens kortsluiting krijgt en er een cel in de fik vliegt?

Door Tweakers user Infant, woensdag 29 mei 2013 08:11

iChaos schreef op dinsdag 28 mei 2013 @ 23:10:
Hmm, heb hier ook nog een accu liggen uit een HP laptop. Kan je met de nodige kennis bijvoorbeeld ook deze cellen zodanig lussen dat ze aan een USB stroom kunnen geven om hem als mobiele lader voor telefoons/tablets te gebruiken?

Vraag me toch af: hoe werk je dit uit? Lijkt me dat je een studie hiervoor hebt gedaan, want er zit toch wel wat risico aan het rommelen met die batterijen neem ik aan? Hoe groot is de kans dat je met een middagje experimenteren (met fatsoenlijke research uiteraard) opeens kortsluiting krijgt en er een cel in de fik vliegt?
Ja, de accu's werken ook zonder tussenkomst van notebook. Het kan dat er op de connector een "aan" pinnetje zit, die moet met de 0 verbonden worden. Je zou dan voor het net een 9-20V naar 5V converter moeten vinden. Als het een 11.1V accu is, werkt een telefoon lader voor in de auto ook wel.

Eigenlijk, zolang de cellen niet heet worden, gaat het goed. Ik heb er welgeteld 1 gesloopt, en dat was omdat ik hem te diep ontladen heb. Hij doet dan gewoon niks meer. Heel saai.

[Reactie gewijzigd op woensdag 29 mei 2013 08:14]


Door Tweakers user timberleek, donderdag 30 mei 2013 09:56

Infant schreef op dinsdag 28 mei 2013 @ 19:38:
[...]

Ik heb een losse balancer, op zich hoeft balanceren niet de hele tijd en het voegt alleen maar extra dingen toe. Op het moment heb ik hem een keer gebalanceerd. Het probleem is, zolang hij in de notebook zit, kan ik niet zien wat ze cel spanningen zijn... dus ook daar ben ik nog iets voor aan het maken.

Mocht je ook zo'n printje willen hebben, ik heb er nog een paar. Ze werken voor bijna alle zakelijke HP notebooks.

Er zit capaciteits meting in uiteraard, anders heb ik er vrij weinig aan. Hij hoeft maar 1 keer helemaal leeg te zijn, en weer helemaal vol en dan weet hij de nieuwe capaciteit.
Balanceren hoeft niet zo vaak inderdaad.
Individuele celspanningen is wel iets om uit te lezen. Zo kun je in elk geval al voorkomen dat je een cel te ver op- of ontlaad. (in het geval van onbalans) Of slechte cellen detecteren (andere capaciteit, verhoogde weerstand etc). Je gebruikt toch een ATmega? heeft deze versie zo weinig adc kanalen?

Hoe laad je nu eigenlijk op? Losse adapter of via de laptop? De laptop zelf heeft toch geen echt laadcircuit hiervoor? De echte regelaar zit toch in de accu? Of regel je dat met je microcontroller?

Door Tweakers user Infant, donderdag 30 mei 2013 11:08

timberleek schreef op donderdag 30 mei 2013 @ 09:56:
[...]
Balanceren hoeft niet zo vaak inderdaad.
Individuele celspanningen is wel iets om uit te lezen. Zo kun je in elk geval al voorkomen dat je een cel te ver op- of ontlaad. (in het geval van onbalans) Of slechte cellen detecteren (andere capaciteit, verhoogde weerstand etc). Je gebruikt toch een ATmega? heeft deze versie zo weinig adc kanalen?

Hoe laad je nu eigenlijk op? Losse adapter of via de laptop? De laptop zelf heeft toch geen echt laadcircuit hiervoor? De echte regelaar zit toch in de accu? Of regel je dat met je microcontroller?
Ik denk dat je de 1000 pagina's niet grondig genoeg hebt gelezen. :9

De Atmega leest 3 cel spanningen uit, de stroom en een referentie. Omdat de SMBus op dezelfde pinnen als de ADC zitten, houd ik er eentje over. Voor een 4 cel versie.

In de laptop (in elke laptop) zit een laad-ic. Hier vertel ik gewoon tegen hoeveel stroom en spanning ik wil, en dan krijg ik dat. Er zit gewoon een labvoeding in eigenlijk.

Daarom laad hij ook heel vrolijk lood accu-s, en NiMH accu's op. Eigenlijk alles tussen de 9 en 19 Volt.

Door Tweakers user Sleepkever, donderdag 6 juni 2013 19:15

Pixeltje schreef op maandag 27 mei 2013 @ 21:59:
Goed verhaal weer, heb je vorige stukken ook gelezen en vraag me inderdaad af waarom dit niet (commercieel) beschikbaar is.
Ik gok dat het er voornamelijk mee te maken heeft dat het diepontladen van meerdere cellen in serie een groot risico heeft om onherstelbare schade aan te richten. Zeker als ze niet goed gebalanceerd zijn.
Subjecting a discharged cell to a current in the direction which tends to discharge it further, rather than charge it, is called reverse charging. [...] [When a battery made of several cells connected in series is deeply discharged.] The problem occurs due to the different cells in a battery having slightly different capacities. When one cell reaches discharge level ahead of the rest, the remaining cells will force the current through the discharged cell. This is known as "cell reversal". Many battery-operated devices have a low-voltage cutoff that prevents deep discharges from occurring that might cause cell reversal.
Wikifaalbron

En de hoeveelheid capaciteit die over blijft na elke cycle is afhankelijk van hoe diep je een batterij ontlaad. Bij het diep ontladen van een batterij gaat deze veel korter mee dan een batterij waar je alleen de eerste 10% van zal gebruiken. Het geheugeneffect is al jaren lang een mythe bij Li-Ion batterijen.
Zo heb je bij 100% discharge al snel nog maar 500 cycles over, terwijl dat met 50% al snel 1300+ is schijnbaar.
Onderzoekje.

Alles uit je batterij kunnen persen is leuk op de korte termijn, maar op de lange termijn alleen maar nadelig. Wel een enorm leuk stuk om te lezen.

Door Tweakers user interlude, zondag 14 juli 2013 12:48

Bedankt voor het delen man, Ik heb er lekker doorheen gelezen en nog wat geleerd over accu's op een zondag ook nog ! :D

Reageren is niet meer mogelijk