Besonders in diesen schwierigen Zeiten macht es Mut, dass weltweit junge Maker Elektronik einsetzen, um globale Herausforderungen zu lösen.
Im Sommer 2020 fand der von der Gesellschaft für Informatik (GI) veranstaltete und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützte Kreativ-Wettbewerb „HackTheSummer” statt. Das Ziel war, digitale Ideen zu den 17 Nachhaltigkeitszielen der UN zu entwickeln. Es fanden sich etwa 90 junge Maker in über 30 Teams zusammen, aus deren Reihen eine interdisziplinäre Jury die besten drei Beiträge auswählte sowie einen Sonderpreis vergab. Alle Preisträger wurden im Herbst 2020 ins MotionLab nach Berlin eingeladen; dort konnten sie ihre Ideen präsentieren und mit einem passenden Coach weiterentwickeln. Dies alles wurde in einem Video festgehalten, um die Ideen und Projekte auf dem 2020er Digitalgipfel vorzeigen zu können.

Elektor hat den ersten Preisträger des letzten Jahres, den 16-jährigen Schüler Jan Wegener aus Worms, zu einem (virtuellen) Interview eingeladen. Mehr über sein Projekt, das sich mit Akku-Recycling beschäftigt, findet man unten.

 

 

Preisträger im Interview

Elektor: Jan, die meisten unserer Leser dürften HackTheSummer noch nicht kennen. Was ist das und wie kam es dazu, dass du teilgenommen hast?

Jan: HackTheSummer ist ein Kreativwettbewerb für Schülerinnen und Schüler, der von der Gesellschaft für Informatik ausgerichtet und durch das Ministerium für Bildung und Forschung unterstützt wird. Ich habe deren Webseite während des Lockdowns durch Zufall gefunden und dachte mir, dass das eine gute Chance wäre, mein Projekt vorzustellen und weiter zu entwickeln.

 

Elektor: HackTheSummer besteht ja aus zwei Teilen. In Phase 1 entwickeln die Teilnehmer im Team drei Monate lang ihre Idee. Wie lief das bei dir ab? Hast du auch mit Leuten in einem Team gearbeitet? Oder wer hat dich sonst noch unterstützt?

Jan: Tatsächlich hatte ich bereits Anfang des Jahres mein Projekt bei „Jugend forscht” vorgestellt. Coronabedingt konnte das leider nicht fortgesetzt werden . Da ich aber trotzdem noch viele weitere Ideen hatte, entwickelte ich es schließlich im Rahmen von HackTheSummer weiter. Die Gesellschaft für Informatik hat ein ziemlich interessantes Tool, den Mentoring-Finder, mit dem man Mentoren, zum Beispiel Student:innen oder Hobbyelektroniker:innen, finden kann. Darüber bin ich an Jan Loeschner gekommen, der mir Tipps und Verbesserungsvorschläge für mein Projekt gegeben hat.

 

Elektor: Li-Ion-Akkus sind ja ein spannendes Thema, das auch unsere Leser sehr interessiert. Wie kam es dazu, dass du dir gerade in diesem Bereich dein Projekt herausgesucht hast? Hattest du hier Vorkenntnisse?

Jan: Ich habe vor rund zwei Jahren einen Artikel über die Wiederverwertung von Li-Ion-Akku gelesen und fand das sehr interessant. Da mein Vater einen Computerladen betreibt, hatte ich so glücklicherweise Zugriff auf weggeworfene Laptop-Akkus. Diese habe ich dann bis auf die einzelnen 18650er Zellen zerlegt und verschiedene Tests gemacht. Das Wissen habe ich mir mit der Zeit hauptsächlich online angeeignet.

 

 

Elektor: Dein Projekt beschäftigt sich mit der Wiederverwendung von Akkus. Was ist die Idee dahinter?

Jan: Das Problem ist, dass viel zu viele Akku-Zellen unnötig weggeworfen beziehungsweise energieaufwendig recycelt werden. Wenn zum Beispiel eine Zelle im Akkupack eines Laptops, Akkuschraubers, E-Autos und so weiter kaputt geht, kann unter Umständen das ganze Gerät nicht mehr betrieben werden. Obwohl im Pack noch funktionsfähige Zellen befinden, wird er komplett ausgetauscht. Die Lösung dazu ist also, ein effizientes Verfahren zu entwickeln, durch das es sich lohnt, Zellen zu testen und schließlich gegebenenfalls weiter beziehungsweise wieder zu verwenden.

 

Elektor: Hast du dich auch damit beschäftigt, ob es schon vergleichbare Ideen auf dem Markt gibt?

Jan: Die Grundidee ist nicht neu. Es gibt einige Maker, die Zellen selbst testen und wiederverwenden, jedoch sind viele Testprozeduren sehr zeitaufwendig und nicht optimal. Mein Ziel war es daher ,einen optimalen Prozess zu entwickeln, der in der Zukunft sogar automatisiert ablaufen soll.

 

Elektor: Was musstest ihr an Dokumentation für eure Projekte erstellen?

Jan: Um ein Projekt einreichen zu können, gab es zwei Optionen: 1. als maximal dreiseitigen Text plus Bilder und 2. als maximal dreiminütiges Video. Dabei sollte man das Problem, die Idee zur Lösung und erste Prototypen beschreiben.

 

Elektor: Wer saß denn in der Jury? Von wem hast du erfahren, dass du den ersten Preis gewonnen hast?

Jan: In der Jury saßen sieben verschiedene Menschen aus den Bereichen Informatik, Technik und Umweltschutz. Von dem Preis habe ich durch die Veranstalter Cin, Anna und Frithjof erfahren.

 

Elektor: Dann wurdest du nach Berlin zur zweiten Phase eingeladen. Wie lief denn dieses Wochenende ab?

Jan: Am Workshop-Wochenende in Berlin wurde jedem der insgesamt vier gewinnenden Teams ein Coach zur Seite gestellt, mit dem man zweit Tage lang im MotionLab das Projekt verbessern und präsentieren konnte. Außerdem haben wir bei einer Führung einige Projekte der Mitglieder des Labs gesehen.

 

Elektor: Was konntest du an diesem Wochenende denn bei deinem Projekt noch verbessern?

Jan: Als Coach wurde mir Felipe Barros, ein Student der TU Berlin, zur Seite gestellt, der gerade in dem Thema Akku-Reusing promoviert. Zusammen haben wir dann eine erste Maschine entwickelt, die über Rollen eine 18650er-Zelle transportiert, dabei lädt und dabei ihre Temperatur messen kann.

 

Elektor: Hast du auch die anderen Teilnehmer kennengelernt? Hat dich da ein Projekt besonders beeindruckt?

Jan: Leider konnte ich nur eines der insgesamt vier gewinnenden Team kennenlernen, da die anderen aufgrund von Corona nicht anreisen konnten. Trotzdem habe ich, teils per Videokonferenz, die Arbeit der anderen Teilnehmer verfolgt. Eigentlich hat mit jedes der Projekte sehr gut gefallen, da sie alle verschiedene Probleme behandelten und gut lösten.

 

Elektor: Wie geht es nun weiter? Möchtest du dein Projekt weiterentwickeln?

Jan: Ja, ich werde mein Projekt weiterentwickeln; zum Beispiel möchte ich den Testprozess der Zellen automatisieren. Auf der anderen Seite ist es mein großes Ziel, meine Erkenntnisse mit anderen zu teilen, wofür ich aktuell Texte/Anleitungen schreibe und eine Webseite aufbaue.

 

Elektor: Hast du einen Ratschlag oder Tipp für andere junge Elektroniker, die ebenfalls ein schönes Projekt entwickelt oder eine schöne Idee haben?

Jan: Gerade für Schülerinnen und Schüler würde ich Wettbewerbe wie Jugend forscht oder eben HackTheSummer empfehlen, da man hier sehr gute Ratschläge und Feedback zu der Idee erhalten kann. Außerdem kann man Projekte immer sehr gut entweder über Verlage/Blogs wie bei Elektor vorstellen oder Anleitungen zum Beispiel auf Instructables für alle hochladen.

 

 

Die Preisträger

Hier die Preisträger des Hack-the-Summer-Wettbewerbs 2020

1. Platz: Jan Wegener mit dem Projekt „batteRE“, Eigenes Verfahren zur Li-Ion-Akku-Wiederverwertung
2. Platz: Team SDG-Arcade mit dem Projekt eines selbst entwickelten Spielautomaten, der die Nachhaltigkeitsziele vermitteln soll
3. Platz: Alisa Odobasic mit dem Projekt einer „Nachhaltigkeits-App“, die nachhaltige Geschäfte in der Umgebung anzeigen/filtern soll
 

Sonderpreis: Team „Startracker“ mit gleichnamigem Projekt eines Schrittzählers für Hunde, um die Herrchen oder Frauchen zum Gassigehen zu motivieren.

 

Jan Wegener über sein Projekt batteRE


Die Grundidee ist simpel: Weggeworfene Akkupacks werden in ihre 18650er-Zellen zerlegt und diese durch verschiedene Tests klassifiziert. Ein wichtiges Merkmal, um einen guten von einem defekten Akku zu unterscheiden, ist erst einmal die Kapazität, also wie viel Strom der Akku speichern kann (in Ah). Ein zweites Merkmal ist die Selbstentladung, wofür die Differenz der Akkuspannung zu den Zeitpunkten t1 und t0 entscheidend ist. Falls der Akku in einem bestimmten Zeitraum (zum Beispiel 20 Tage) deutlich an Spannung verliert, entlädt er sich selbst und muss daher aussortiert werden. Der Test, ob funktionsfähige und aufgeladene Zellen bei einem Fall aus 0,5 m Höhe „dotzen“ oder nicht (wie man es von alkalinen Batterien kennt), führte zu keinem Ergebnis. Dagegen kann eine starke Temperaturveränderung während des Ladevorgangs auf eine defekte Zelle hindeuten.

 

Mit diesem Wissen konnte ich eine feste Testreihenfolge erstellen:

1. Beschriften der Zellen durch fortlaufende Nummern

2. Seriennummer herausfinden

2. Messen der Spannung

3. Kapazität errechnen (Zelle auf- und schließlich wieder entladen und dabei aus mehrfach gemessener Spannung und Stromstärke die Kapazität errechnen)

4. Zelle aufladen und Spannung sowie Temperatur messen

5. Zelle für 20 Tage lagern

6. Spannung erneut messen

 

Alle hierbei gemessen Daten wurden in eine Tabelle eingetragen, um später damit weiter zu rechnen und Statistiken aufzustellen.
 



Das Kuchendiagramm zeigt, dass sich noch sehr viele verwendbare Zellen unter den defekten befinden.


Nachdem ich nun eine ganze Reihe von 18650er-Zellen getestet hatte, stellte sich mir die Frage, was denn mit den gesunden Zellen anzufangen sei. Grundsätzlich sind die Möglichkeiten unbegrenzt, da man die Zellen ganz normal wie neue verwenden kann. Ich habe sie einfach zu einer Powerbank zum Aufladen mobiler Geräte und auch zu einem 3S2P-Akkupack zusammengebaut, wie man ihn häufig bei Akkuschraubern oder E-Bikes verwendet.

Aktuell arbeite ich an vielen Stellen daran, das Projekt zu verbessern. So habe ich einen rund 1,5 m hohen Roboterarm auf der Basis von 3D-gedruckten Teilen und Schrittmotoren gebaut und sitze gerade an einer Software, die den Roboter die Zellen nach Klassen sortieren lässt.

 


Außerdem habe ich mit der Programmiersprache C++ und dem Arduino-Mikrocontroller ein System entwickelt, das während des Ladens jede Minute die Temperatur der Zelle misst und die Werte abspeichert.
 



In Zukunft sollen diese Werte in die Excel Liste geschrieben oder im besten Fall direkt in einer Datenbank abgelegt werden.