Austauschakku für Motorola Radius GP 900 (ATEX)

  • Hallo zusammen,

    ich möchte hier ein kleines (?) Bastelprojekt dokumentieren, bei dem mir unter einem anderen Beitrag schon sehr geholfen wurde.

    Vorwort

    Mir sind vor einiger Zeit zwei Motorola Radius GP 900 PJ501C (für lau) in die Hände gefallen. Weil die Akkus Defekt sind und die Geräte schon ziemlich in die Jahre gekommen sind, wurden sie bei meinem Arbeitgeber aussortiert.

    Herausforderung ist, dass die Geräte (und Originalakkus) Explosionsgeschützt ausgeführt sind. Normale GP 900 Akkus funktionieren - wie schon ausreichend dokumentiert - nicht und ATEX Akkus sind sehr teuer.

    Außerdem sind neue Akkus zwar zumindest nicht mehr mit Nickel-Cadmium-Zellen bestückt, wie die Originale - NiMh-Akkus sind in meinen Augen auch nicht gerade am Zahn der Zeit.

    Ich habe derzeit keinen konkreten Anwendungsfall für die Geräte - ich habe nur ganz allgemein die schlechte Angewohnheit, alten Schrott nicht in Frieden sterben lassen zu können:S

    Das Ziel ist nicht...

    ...möglichst schnell/günstig zu Funkgeräten zu kommen.

    ...die Geräte möglichst schnell einsatzklar zu bekommen.

    Das Ziel ist...

    ...zwei früher mal sehr (!) teure Briefbeschwerer mit möglichst geringem Materialaufwand wieder in etwas - zumindest theoretisch - Nützliches zu verwandeln.

    ...möglichst nur Material zu verwenden, dass eh schon bei mir rumliegt (Schritt 1).

    ...annähernd gleiche oder höhere Akkukapazität bei annähernd gleichem oder geringerem Gewicht.

    ...vorerst die Verwendung von alten 18650 Zellen aus einer Notebook-Batterie.

    ... möglicherweise auch eine "Non-Plus-Ultra-Lösung": Akku mit BMS (!), wiederaufladbar per USB, optional auch Abgabe von Strom über USB (Doppelnutzung als Powerbank).

    ...idealerweise, die Geräte auf PMR446 Frequenzen umzuprogrammieren, um sie zusammen mit normalen Walkie-Talkies nutzen zu können. Aktuell scheint mir das allerdings den Rahmen meines Projekts zu sprengen.

    ...alle Dokumente zum Nachbau zugänglich zu machen, sollte - wieder Erwarten - eine vorzeigbare Lösung dabei herauskommen.

    Disclaimer

    Der Beitrag soll auf keinen Fall als Anleitung verstanden werden. Ich möchte im Zweifel nur meine Fehler dokumentieren, damit sie jemand Anderes nicht mehr machen muss. Die Veränderungen am Gerät könnten es zerstören, zu Bränden, Verletzungen, etc. führen. ...aber bevor wir es nicht ausprobieren, wissen wir es nicht.

    Ich lerne hier jedenfalls auch erst laufend mit dazu.

    Außerdem habe ich noch die schlechte Angewohnheit, Projekte anzufangen, einschlafen zu lassen und ggf. erst nach Monaten oder Jahren wieder aufzugreifen (ich wollte es nur gesagt haben).

    Außerdem hoffen ich, dass diese Art Beitrag im Forum nicht unerwünscht ist.

    Ich bin momentan nicht konkret auf der Suche nach Mithilfe/Unterstützung - konstruktive Kritik und Ratschläge sind natürlich trotzdem immer willkommen.

    Aktueller Stand

    Beide Geräte sind - soweit ich das beurteilen kann - voll funktionstüchtig. Schwierigkeiten hatte ich Anfangs damit, dass offenbar nur eine (unbekannte) Frequenz für Kanal 0 einprogrammiert ist. Stellt man den Kanalwahlschalter auf eine andere Position ertönt nur ein Fehlerton. Auch andere Schalter und Tasten scheinen seitens der Programmierung deaktiviert.

    Zum neuen Akku:

    Ich bin im Moment noch dabei, an den Prototypen zu arbeiten. Ans Gerät passen, tat schon der Erste. Dass dann auch alles sauber einrastet, anliegt und dabei noch halbwegs ordentlich aussieht, ist eine andere Geschichte.

    Die Modelle werden in 3D CAD konstruiert und dann 3D gedruckt.

    Der elektrische Kontakt zum Akku wird bei diesem Gerätetyp drei federnde Stifte am Gerät hergestellt, die bei eingelegtem Akku auf passend platzierte Kontaktflächen an letzterem drücken.

    Für diese Kontakte hatte ich spontan Messing Sechskantschrauben M3x10 zur Hand. Die haben ca. die richtige Größe, lassen sich einfach in Position halten, kontaktieren und sie sind ausreichend präzise gefertigt. Eingebaut sieht das dann so aus:

    Innen sieht das Ganze dann folgendermaßen aus. Da das ATEX Gerät Strom über beide unteren (im Bild oben) Pins benötigt, sind diese im Akkupack gebrückt. Am Gerät selbst muss dadurch nichts verändert werden. Ich bin mir an dieser Stelle durchaus bewusst, dass die Stromübertragung durchs Gewinde sehr unorthodox ist und der dargestellte Zustand - vor allem mit ungesicherten Muttern - einem Kabelbrand mit Zeitzünder gleichkommt. Hier handelt es sich um eine Sonntagvormittag-nur-mal-schnell-zum-Ausprobieren-Lösung!

    Weil dieser ganze Aufbau im Inneren des Akkupacks etwas viel Platz braucht, die vorgesehenen 18650 unhandlich groß sind und irgendjemand bei Motorola im vergangenen Jahrtausend die Akku-Pins maximal bescheiden mittig am Akku platziert hat, ist das Packaging nicht ganz einfach.

    Eine zweite Variante ist zumindest schon erdacht, derzeit ist meine Lösung aber - wenig elegant - ein Buckel im Akku, in dem die beiden 18650-Zellen "huckepack" Platz finden. mein Ziel wäre es, später vier Zellen in einem kleineren Format unterzubringen. Vorteil der derzeitigen Lösung ist, dass ich mir keine Gedanken über ausreichend Raum für die Übrigen Komponenten (BMS, Ladekontakte) machen muss. Hier die Prototypen 1 und 2 - beide nur provisorisch zusammengesetzt - nebeneinander (beide noch ohne Akkus - den Ersten habe ich nach Außen verkabelt, um ein externes Akkupack zum Testen anschließen zu können):

    Nächster Schritt wäre nun, zwei funktionelle Prototypen mit Akkus (aber ggf. noch ohne BMS) zu bauen (...und zu testen?).
    Dann hätte die Problematik mit den Sendefrequenzen die nächsthöhere Priorität.

    Jakob

  • Hallo Jakob,

    das sieht doch schon mal sehr gut aus. Nicht unbedingt schön, aber kreativ!

    Ich persönlich, wenn ich sowas bauen wollte, würde als Akkurückseite, da wo die Akkukontakte sind, gleich als Platine ausführen. Auf der innenseite dann die Elektronik die man eh braucht (BMS, Ladeüberwachung, Balancer usw.) und aussen dann die Akkukontakte einfach als Kontaktpäds. Zuerst als Prototype mit ordinärer, billiger HASL-Oberfläche, später eventuell vergoldet.

    Alte 18650'er aus Laptop-Akkus würden mir da auch als erstes einfallen, eben weil zwei solcher Zellen sehr gut zur Spannung des Originalakkus passen. 6 Zellen NiMH oder NiCd liegen bei 6-9V (Leer-Voll) und LiIon bei 6-8,4V.

    Jürgen

  • Hallo Jürgen,

    so, jetzt komme ich endlich wieder zum Antworten: Das mit der Platine ist grundsätzlich eine super Idee.

    Warum ich es bisher nicht gemacht habe:

    1. Ich hab vor Jahren mal ein bisschen mit der Fertigung einfacher Platinen experimentiert - der Aufwand war mir zu hoch, vor allem für Einzelstücke.

    2. Ich wollte in erster Instanz die Maße der Originalbatterie möglichst exakt einhalten. Und da ist es so, dass die Kontakte Geräteseitig leicht zurückgesetzt sind und am Akku entsprechend erhaben (ca. 0,5mm) - Kontaktflächen einer Leiterplatte wären ja bestenfalls bündig mit der Oberfläche.

    Außerdem sind beidseitig neben den Kontakten noch Erhebungen, die eben genau verhindern, dass ein vollständig flaches Teil sauber am Gerät anliegt.

    Im Komplett ausgefederten Zustand stehen die Kontaktpins ca. 1,7mm über die Oberfläche. Ich müsste mal testen, wie weit die Kontaktflächen am Akku zurückgesetzt sein dürfen, damit es noch nicht zu Kontaktproblemen kommt.

    Alles an Elektronik auf eine Platine zu vereinen, wäre auf jeden Fall eine erstrebenswerte Lösung. Platinendesign ist allerdings auch noch etwas, an das ich mich erst herantasten müsste. Kommt aber definitiv mal auf die Liste!

    Jetzt, um nur zwei Stück dafür für mich selbst zusammenzuzimmern, würde ich allerdings auf fertig gekaufte Lösungen ausweichen - die Dinger kosten ja quasi nichts. Man müsste nur welche finden, denen man ausreichend traut, dass sie einem nicht die Bude abfackeln.

    Alte 18650'er aus Laptop-Akkus würden mir da auch als erstes einfallen, eben weil zwei solcher Zellen sehr gut zur Spannung des Originalakkus passen. 6 Zellen NiMH oder NiCd liegen bei 6-9V (Leer-Voll) und LiIon bei 6-8,4V.

    Genau das wäre meine Hoffnung gewesen. Leistungsfähigkeit der Zellen sollte eigentlich auch kein Problem sein - wenn das Gerät beim Senden um die 1,2 A zieht, liegen wir da bei rund 0,5C und eigentlich im absoluten Komfortbereich.

    Gruß

    Jakob

  • Moin!

    Ich hab vor Jahren mal ein bisschen mit der Fertigung einfacher Platinen experimentiert - der Aufwand war mir zu hoch, vor allem für Einzelstücke.

    Da kann ich dich absolut nachvollziehen - vor allem wenn du die Methoden meinst mit denen ich auch anfing: Layout mit Stift oder selbstgedruckten Film belichtet, dann mit der Chemiekeule entwickelt und geätzt.

    So macht das heute aber keiner mehr. Es gibt eine ganze Horde von CAD-Programmen für Platinenentwicklung. Und mit den Gerber-Datensätzen geht man dann nach JLCPCB und knapp ne Woche später hat man seine Platinen.

    Und da ist es so, dass die Kontakte Geräteseitig leicht zurückgesetzt sind und am Akku entsprechend erhaben (ca. 0,5mm) - Kontaktflächen einer Leiterplatte wären ja bestenfalls bündig mit der Oberfläche.

    Stimmt. Hatte schon lange diese Teile nicht mehr in der Hand.

    Jetzt, um nur zwei Stück dafür für mich selbst zusammenzuzimmern, würde ich allerdings auf fertig gekaufte Lösungen ausweichen - die Dinger kosten ja quasi nichts. Man müsste nur welche finden, denen man ausreichend traut, dass sie einem nicht die Bude abfackeln.

    Das genau ist der Knackpunkt! Aus Fernost kommen reichlich BMS-Platinchen eben für 2S und 3S-LiIon-Packs. Die kosten nicht nichts, aber sind Billig - und genau so Vertrauenswürdig sind die. Habe vor Jahren mit beiden Varianten was gemacht. Eine BMS für 3S-Konfig hing ich an einen alten Laptop-Akku 2P3S - der sollte Balancing mit 120mA beherrschen.

    Das ging auch eine weile gut, bis dann beim Laden das Balancing nicht funktionierte und die Mittlere. 2P 18650 mutmaßlich irgendwo bei 4,4...4,5V landeten und thermisch durchgingen.

    Seit dem baue ich mir Schutzschaltungen, BMS und Zellüberwachung komplett selber.

    Leistungsfähigkeit der Zellen sollte eigentlich auch kein Problem sein - wenn das Gerät beim Senden um die 1,2 A zieht, liegen wir da bei rund 0,5C und eigentlich im absoluten Komfortbereich.

    Selbstverständlich sollte man solche ausgenudelten 18650'er aus alten Laptop-Akkus vorher ausmessen und selektieren. Aber vom Kern her ist 2S 18650 genau das, was viele Hersteller von Handfunkgeräten für ihre Power-Akkus (>2200mAh) machen.

    Jürgen

  • Hallo,

    Da kann ich dich absolut nachvollziehen - vor allem wenn du die Methoden meinst mit denen ich auch anfing: Layout mit Stift oder selbstgedruckten Film belichtet, dann mit der Chemiekeule entwickelt und geätzt.

    So macht das heute aber keiner mehr. Es gibt eine ganze Horde von CAD-Programmen für Platinenentwicklung. Und mit den Gerber-Datensätzen geht man dann nach JLCPCB und knapp ne Woche später hat man seine Platinen.

    Fast genau so - mit bedruckter Folie belichtet, im Zweifel unterbelichtet oder schlecht entwickelt, dann sind beim Ätzen Brücken stehen geblieben oder Stellen verschwunden, die bleiben hätten sollen...
    Und Leiterplatten Fräsen ist da auch nicht viel Besser.
    Einen Service wie JLCPCB würde ich gern mal ausprobieren - bei den 2€ pro Leiterplatte, mit denen sie werben...

    SMT-Löten würd ich auch gern mal vertiefen - aber definitiv nie wieder mit Lötkolben, seit ich mir mal in den Kopf gesetzt hatte, SMD LEDs per Hand zu löten. DAs nächste mal wird definitiv reflow-gelötet.

    Seit dem baue ich mir Schutzschaltungen, BMS und Zellüberwachung komplett selber.

    Ich weiß nicht, ob ich meiner eigenen Arbeit da mehr trauen würde :) Aber eine halbwegs vertrauenswürdige Bezugsquelle wird sich schon finden. Muss ja auch nicht unbedingt die allerbilligste sein.

    Ich mach mich mal auf die Suche...

  • Hallo Jakob,

    Fast genau so - mit bedruckter Folie belichtet, im Zweifel unterbelichtet oder schlecht entwickelt, dann sind beim Ätzen Brücken stehen geblieben oder Stellen verschwunden, die bleiben hätten sollen...
    Und Leiterplatten Fräsen ist da auch nicht viel Besser.

    Das ist auch durchweg alles Schnee von gestern. Zumal ist man damals wild geworden bei zweiseitigen Platinen und dem Durchkontaktieren.

    Das geht heute viel professioneller.

    Einen Service wie JLCPCB würde ich gern mal ausprobieren - bei den 2€ pro Leiterplatte, mit denen sie werben...

    Gibt nur den einen, was ich etwas traurig finde. Innerhalb von Europa gibt es auch Pool-Services wie JLCPCB, aber da kommt man nicht unter dreistelligen Kosten bei rum. Und was JLCPCB angeht: Die können auch teuer! Das ganz günstige sind zwar schon professionelle Platinen, allerdings mit billiger HASL-Oberfläche, also quasi einmal im Lötbad getaucht und mit heißer Luft abgefönt. Das reicht für vieles aus, aber eben nicht für alles: BGA, QFN, oder SMD-LED's bekommt man zwar auch bei HASL drauf, aber nur mit krämpfen (unebene Lötpads).

    Sobald man aber bei JLCPCB was besseres auswählt, kann es schnell empfindlich teuer werden.

    SMT-Löten würd ich auch gern mal vertiefen - aber definitiv nie wieder mit Lötkolben, seit ich mir mal in den Kopf gesetzt hatte, SMD LEDs per Hand zu löten. DAs nächste mal wird definitiv reflow-gelötet.

    Wenn Reflow mal so einfach wäre. Und LED's erst...ja...Reflow bei niedrigem Temperaturprofil. Statt mit normaler Lötpaste eher spezielle Paste mit Bismut. Blöder weise aber darf die Bismut-Lötpaste keinesfalls mit anderen Lötzinresten zusammen kommen, also fraglich ob HASL-Finish dafür ratsam wäre.

    Ich weiß nicht, ob ich meiner eigenen Arbeit da mehr trauen würde :)

    Das ist eine Frage, wie weit man sich da einarbeitet. Bei LiIon kann man z.B. als Grundsatz anwenden, niemals unter 3,00V entladen und niemals über 4,20V laden. Im Zweifel immer das konkrete Datenblatt zur Zelle raus suchen und studieren. Und beim Balancing gibt den Balancing-Strom die BMS vor. Es ist genau der Restladestrom bei dem über die Balancing-Widerstände exakt 4,20V abfallen. Und sind das beispielsweise 68,5mA, dann muss die Ladeschaltung eben exakt 68,5mA in den Akku schieben bis alle Zellen voll sind.

    Wer es einfacher will, nimmt halt NiMH und lädt halt mit ungefähr 1,5V/Zelle und Strombegrenzung so lange, bis die Ladespannung einbricht (DeltaU) und/oder bis der Akku warm wird. LiIon und LiPo ist dagegen eher was für Spezialisten.

    Jürgen