Как переделать аккумулятор шуруповерта на литий-ионный: пошаговая инструкция. Переделка шуруповерта на Li-Ion аккумуляторы и в сетевой своими руками Как переделать аккумуляторный шуруповерт на li ion
Достоинства аккумуляторных электроинструментов очевидны, обсуждать этот вопрос не имеет смысла. К негативным факторам можно отнести некоторые неудобства, связанные с необходимостью заряжать батареи, а также высокую стоимость элементов питания (речь идет о качественных энергосборках).
Если с зарядкой приходится мириться, то вторую проблему производители решают не самым лучшим для потребителя способом. Большинство шуруповертов в доступном ценовом диапазоне оснащены никель-кадмиевыми аккумуляторами (Ni-Ca), эксплуатационные свойства которых оставляют желать лучшего.
В корпусе батареи размещено 10-12 соединенных между собой пальчиковых Ni-Ca аккумуляторов (типовое напряжение – 14 вольт). Такие элементы имеют ограниченный срок службы, и довольно низкую емкость, которая постепенно теряется при эксплуатации. В результате, через 2-3 года время удержания заряда может снизиться в 3-5 раз. Приходится регулярно менять испорченные «бочонки», или вовсе покупать новый блок АКБ.
Оптимальный вариант с точки зрения цена-качество – литиевые аккумуляторы серии 18650. Конструктивно они выглядят как обычные пальчиковые батарейки, размер на 25% больше формата АА.
Параметры типичного Li-ion аккумулятора:
- напряжение 3,6-3,7 В
- емкость от 800 до 4500 mAh
- ток отдачи – порядка 35А
Оптимальная емкость 2500 mAh, слишком высокие значения не соответствуют действительности, и влекут за собой неоправданное завышение стоимости. Аккумулятор на 2500 mAh более-менее приличного производителя (например, LG) можно купить за 300-600 рублей.
Как рассчитать параметры новой батареи
- Потребляемый ток шуруповерта обычно не превышает 10-15 ампер. Соответственно, типового тока отдачи (разряда) Li-ion аккумулятора (30-35А) хватит с запасом.
- Напряжение питания рассчитывается по старой Ni-Ca батарее. Обычно блок состоит из 12 аккумуляторов по 1,2 вольта, то есть общий показатель 14,4 В. Литиевые аккумуляторы нельзя разряжать до напряжения ниже 2,74 вольта. Рабочее напряжение 3,0-3,5 В, то есть для замены необходимо соединить последовательно 4 аккумулятора 18650.
Полученного рабочего напряжения от 12 В до 14 В более чем достаточно. Даже относительно свежие штатные Ni-Ca батареи редко выдают больше 12 вольт.
Если позволяет объем, можно параллельно соединить 2 последовательные сборки по 4 аккумулятора, увеличив емкость батареи вдвое. При этом, взаимное расположение может быть каким угодно – по форме корпуса. Главное – обеспечить надежное соединение проводов.
- Кроме того, желательно разместить в общий корпус зарядное устройство. Тогда вам не придется каждый раз извлекать аккумуляторы из корпуса.
Зарядное устройство – варианты изготовления
Оптимальная конструкция – «все в одном». То есть, в корпусе батареи размещены и аккумуляторы, и зарядное устройство со входом 220 вольт. Вы просто подключаете сетевой кабель, и производите зарядку.
Есть и другой вариант – зарядное устройство вынесено в отдельный корпус, для экономии места (это позволяет поместить больше аккумуляторов в корпус батареи).
Большинство зарядных устройств (мы говорим о фабричных платах, которые можно приобрести в магазинах радиотоваров, или на том же Aliexpress), рассчитаны на определенное количество Li-ion аккумуляторов в сборке. Вы просто подбираете подходящий вариант.
Можно собрать такую схему самостоятельно, если у вас есть навыки радиолюбителя. В таком случае себестоимость переделки снизится.
При любом варианте обязательно устанавливается устройство контроля заряда (разряда). Это могут быть индикаторные светодиоды, или цифровое табло.
Встроенный контроль литиевых аккумуляторов
Элементы этого типа чувствительны к переразряду. Если напряжение на аккумуляторе упадет ниже значения 2,75 В – начинается деградация, и модуль теряет емкость. Поэтому необходимо следить за параметрами во время работы.
Некоторые элементы 18650 оснащены встроенными платами контроля разряда, и просто отключают аккумулятор при достижении критической величины напряжения. При покупке элементов необходимо уточнить этот момент. Если ваши батареи не имеют защиты – ее можно установить дополнительно. Такие готовые платы также имеются в продаже.
Схема устанавливается в общий корпус батареи, и совершенно не мешает зарядке аккумуляторов.
Вариант с готовым комплектом для вейперов
Аккумуляторы 18650 популярны у т.н. вейперов – любителей электронных сигарет. В продаже имеются готовые комплекты, состоящие из зарядного устройства и Li-ion аккумуляторов. Для использования такого набора в шуруповерте, придется установить в корпус аккумулятора контейнер с контактами, и каждый раз извлекать модули для зарядки.
Если позволяют размеры корпуса шуруповерта, и нет желания возиться со схемами – это вариант для вас. Разумеется, затраты несколько возрастут.
Заключение — преимущества и недостатки переделки аккумулятора шуруповерта на литиевые элементы
Любая доработка должна быть экономически оправданной. Если мы тратим деньги и время, надо понимать, какая при этом получится польза.
Преимущества Li-ion аккумуляторов
- Энергоемкость литиевых аккумуляторов существенно больше. Стало быть, при тех же размерах и массе, продолжительность использования батареи между перезарядами будет выше.
- Процесс заряда происходит быстрее. Значит вынужденные простои в работе на время перезарядки сокращаются.
- В отличие от никелевых аккумуляторов, у литиевых нет так называемого эффекта памяти. Их можно заряжать, не дожидаясь полной разрядки.
Недостатки замены аккумуляторов с Ni-Ca на Li-ion:
- В первую очередь, затратная часть. Общая стоимость переделки может достигнуть 2-3 тыс. рублей.
- Зависимость от внешней температуры: литиевые аккумуляторы теряют работоспособность при отрицательных температурах. Стало быть зимой, на улице, пользоваться таким инструментов нельзя.
- Нестандартное напряжение Li-ion аккумуляторов (3,6-3,7 В) приводит к неточностям при подборе конечного значения.
- Аккумуляторы стандарта 18650 отличаются размерами от стандартных Ni-Ca «банок». Для размещения их в штатном корпусе шуруповерта требуется решать ряд конструктивных проблем.
Для зарядки литиевых аккумуляторов не подходит штатное устройство шуруповерта. Приходится изготавливать новую схему.
Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о двух простеньких платках, предназначенных для контроля за сборками Li-Ion аккумуляторов, именуемые BMS. В обзоре будет тестирование, а также несколько вариантов переделки шуруповерта под литий на основе этих плат или подобных. Кому интересно, милости прошу под кат.
Update 1, Добавлен тест рабочего тока плат и небольшое видео по красной плате
Update 2, Поскольку тема вызвала небольшой интерес, поэтому постараюсь дополнить обзор еще несколькими способами переделки шурика, чтобы получился некий простенький FAQ
Общий вид:
Краткие ТТХ плат:
Примечание:
Сразу же хочу предупредить – с балансиром только синяя плата, красная без балансира, т.е. это чисто плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока. А также вопреки некоторым убеждениям ни одна из них не имеет контроллера заряда (CC/CV), поэтому для их работы необходима специальная платка с фиксированным напряжение и ограничением тока.
Габариты плат:
Размеры плат совсем небольшие, всего 56мм*21мм у синей и 50мм*22мм у красной:
Вот сравнение с аккумуляторами АА и 18650:
Внешний вид:
Начнем с :
При более детальном рассмотрении можно увидеть контроллер защиты – S8254AA и компоненты балансировки для 3S сборки:
К сожалению, рабочий ток по заявлению продавца всего 8А, но судя по даташитам один мосфет AO4407A рассчитан на 12А (пиковый 60А), а у нас их два:
Еще отмечу, что ток балансировки совсем небольшой (около 40ma) и активируется балансировка, как только все ячейки/банки перейдут в режим CV (вторая фаза заряда).
Подключение:
попроще, ибо не имеет балансира:
Она также выполнена на основе контроллера защиты – S8254AA, но рассчитана на более высокий рабочий ток в 15А (опять же по заявлениям производителя):
Ходя по даташитам на используемые силовые мосфеты, рабочий ток заявлен 70А, а пиковый 200А, хватит даже одного мосфета, а у нас их два:
Подключение аналогичное:
Итого, как мы видим, на обеих платах присутствует контроллер защиты с необходимой развязкой, силовые мосфеты и шунты для контроля проходящего тока, но в синей есть еще и встроенный балансир. Я особо не вникал в схему, но похоже, что силовые мосфеты запараллелены, поэтому рабочие токи можно умножать на два. Важное примечание - максимальные рабочие токи ограничиваются токовыми шунтами! Про алгоритм заряда (CC/CV) эти платки не знают. В подтверждение тому, что это именно платы защиты, можно судить по даташиту на контроллер S8254AA, в котором о зарядном модуле ни слова:
Сам контроллер рассчитан на 4S соединение, поэтому с некоторой доработкой (судя по даташиту) – подпайкой кондера и резистора, возможно, заработает красная платка:
Синюю платку так просто доработать до 4S не получится, придется допаивать элементы балансира.
Тестирование плат:
Итак, переходим к самому главному, а именно к тому, насколько они пригодны для реального применения. Для тестирования нам помогут следующие приспособления:
- сборный модуль (три трех/четырехрегистровых вольтметра и холдер для трех 18650 аккумуляторов), который мелькал в моем обзоре зарядника , правда, уже без балансировочного хвостика:
- двухрегистровый ампервольтметр для контроля тока (нижние показания прибора):
- понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития:
- зарядно-балансировочное устройство iCharger 208B для разряда всей сборки
Стенд простой - плата преобразователь подает фиксированное постоянное напряжение 12,6V и ограничивает зарядный ток. По вольтметрам смотрим, на каком напряжении срабатывают платы и как отбалансированы банки.
Для начала посмотрим главную фишку синей платы, а именно балансировку. На фото 3 банки, заряженные на 4,15V/4,18V/4,08V. Как видим – разбалансировка. Подаем напряжение, зарядный ток постепенно падает (нижний приборчик):
Поскольку платка не имеет каких-либо индикаторов, то окончание балансировки можно оценить только на глаз. Амперметр за час с лишним до окончания уже показывал по нулям. Кому интересно, вот небольшой ролик о том, как работает балансир в этой плате:
В итоге банки отбалансированы на уровне 4,210V/4,212V/4,206V, что весьма неплохо:
При подаче напряжения чуть большего 12,6V, как я понял, балансир неактивен и как-только напряжение на одной из банок достигнет 4,25V, то контроллер защиты S8254AA отключает заряд:
Такая же ситуация и с красной платой, контроллер защиты S8254AA отключает заряд также на уровне 4,25V:
Теперь пройдемся по отсечке при нагрузке. Разряжать буду, как уже упоминал выше, зарядно-балансировочным устройством iCharger 208B в режиме 3S током 0,5А (для более точных замеров). Поскольку мне не очень хочется ждать разряда всей батареи, поэтому я взял один разряженный аккумулятор (на фото зеленый Самсон INR18650-25R).
Синяя плата отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,7V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание):
Как видим, ровно на 2,7V плата отключает нагрузку (продавец заявлял 2,8V). Как мне кажется, немного высоковато, особенно если учитывать тот факт, что в тех же шуруповертах нагрузки огромные, следовательно, и просадка напряжения большая. Все же желательно в таких приборах иметь отсечку под 2,4-2,5V.
Красная плата, наоборот, отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,5V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание):
Вот здесь вообще все отлично, но нет балансира.
Update 1: Тест нагрузки:
По току отдачи нам поможет следующий стенд:
- все тот же холдер/держатель для трех 18650 аккумуляторов
- 4-х регистровый вольтметр (контроль общего напряжения)
- автомобильные лампы накаливания в качестве нагрузки (к сожалению, у меня всего 4 лампы накаливания по 65W, больше не имею)
- мультиметр HoldPeak HP-890CN для измерения токов (макс 20А)
- качественные медные многожильные акустические провода большого сечения
Пару слов о стенде: аккумуляторы соединены «вальтом», т.е. как бы друг за другом, для уменьшения длины соединительных проводов, а следовательно и падения напряжения на них при нагрузке будет минимальным:
Соединение банок на холдере («вальтом»):
В качестве щупов для мультиметра выступили качественные провода с крокодилами от зарядно-балансировочного устройства iCharger 208B, ибо HoldPeak’овские не внушают доверие, да и лишние соединения будут вносить дополнительные искажения.
Для начала потестим красную плату защиты, как самую интересную в плане токовой нагрузки. Припаяем силовые и побаночные провода:
Получается что-то типа этого (нагрузочные соединения получились минимальной длины):
Я уже упоминал в разделе о переделке шурика о том, что подобные холдеры не очень предназначены для таких токов, но для тестов пойдет.
Итак, стенд на основе красной платки (по замерам не более 15А):
Коротко поясню: плата держит 15А, но у меня нет подходящей нагрузки, чтобы вписаться в этот ток, поскольку четвертая лампа добавляет еще около 4,5-5А, а это уже за пределами платки. При 12,6А силовые мосфеты теплые, но не горячие, самое то для продолжительной работы. При токах более 15А плата уходит в защиту. Я замерял с резисторами, они добавляли пару ампер, но стенд уже разобран.
Огромный плюс красной платы – нет блокировки защиты. Т.е. при срабатывании защиты ее не нужно активировать подачей напряжения на выходные контакты. Вот небольшой видеоролик:
Немного поясню. Поскольку лампы накаливания в холодном виде имеют низкое сопротивление, да к тому же еще включены параллельно, то платка думает, что произошло короткое замыкание и срабатывает защита. Но благодаря тому, что у платы нет блокировки, можно немного разогреть спиральки, сделав более «мягкий» старт.
Синяя платка держит больший ток, но на токах более 10А силовые мосфеты сильно греются. На 15А платка выдержит не более минуты, ибо через 10-15 секунд палец уже не держит температуру. Благо остывают быстро, поэтому для кратковременной нагрузки вполне подойдут. Все бы ничего, но при срабатывании защиты плата блокируется и для разблокировки необходимо подавать напряжение на выходные контакты. Это вариант явно не для шуруповерта. Итого, ток в 16А держит, но мосфеты очень сильно греются:
Вывод:
лично мое мнение таково, что для электроинструмента отлично подойдет обычная плата защиты без балансира (красная). Она имеет высокие рабочие токи, оптимальное напряжение отсечки в 2,5V, да и легко дорабатывается до конфигурации 4S (14,4V/16,8V). Я считаю – это самый оптимальный выбор для переделки бюджетного шурика под литий.
Теперь по синей платке. Из плюсов – наличие балансировки, но рабочие токи все же небольшие, 12А (24А) это для шурика с крутящим моментом 15-25Нм несколько маловато, особенно когда патрон уже почти стопорит при затяжке самореза. Да и напряжение отсечки всего 2,7V, а это значит, что при сильной нагрузке часть емкости батареи останется невостребованной, поскольку на высоких токах просадка напряжения на банках приличная, да и они рассчитаны на 2,5V. И самый большой минус – плата при сработке защиты блокируется, поэтому применение в шуруповерте нежелательно. Синюю платку лучше использовать в каких-нибудь самоделках, но это опять же, лично мое мнение.
Возможные схемы применения или как переделать питание шурика на литий:
Итак, как же можно переделать питание любимого шурика с NiCd на Li-Ion/Li-Pol? Эта тема уже достаточно заезжена и решения, в принципе, найдены, но я вкратце повторюсь.
Для начала скажу лишь одно – в бюджетных шуриках стоит лишь плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока (аналог обозреваемой красной платы). Никакой балансировки там нет. Более того, даже в некоторых брендовых электроинструментах нет балансировки. Это же относится ко всем инструментам, где есть гордые надписи «Зарядка за 30 минут». Да, они заряжаются за полчаса, но отключение происходит тогда, как только напряжение на одной из банок достигнет номинала или сработает плата защиты. Не трудно догадаться, что банки будут заряжены не полностью, но разница всего 5-10%, поэтому не столь важно. Главное запомнить, заряд с балансировкой идет, как минимум, несколько часов. Поэтому возникает вопрос, а оно вам надо?
Итак, самый распространенный вариант выглядит так:
Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V и ограничением тока (1-2А) -> плата защиты ->
В итоге: дешево, быстро, приемлемо, надежно. Балансировка гуляет в зависимости от состояния банок (емкость и внутреннее сопротивление). Вполне рабочий вариант, но через некоторое время разбалансировка даст о себе знать по времени работы.
Более правильный вариант:
Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V, ограничением тока (1-2А) -> плата защиты с балансировкой -> 3 последовательно соединенных аккумулятора
В итоге: дорого, быстро/медленно, качественно, надежно. Балансировка в норме, емкость батареи максимальная
Итого, будем стараться сделать наподобие второго варианта, вот как можно сделать:
1) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, платы защиты и специализированное зарядно-балансировочное устройство (iCharger, iMax). Дополнительно придется вывести балансировочный разъем. Минусов всего два – модельные зарядники недешевые, да и обслуживать не очень удобно. Плюсы – высокий ток заряда, высокий ток балансировки банок
2) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты с балансировкой, DC преобразователь с токоограничением, БП
3) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты без балансировки (красная), DC преобразователь с токоограничением, БП. Из минусов только то, что со временем появится разбалансировка банок. Для минимизации разбалансировки, перед переделкой шурика необходимо подогнать напряжение к одному уровню и желательно брать банки из одной партии
Первый вариант сгодится только тем, кто имеет модельное ЗУ, но мне кажется, если им нужно было, то они уже давным давно переделали свой шурик. Второй и третий варианты практически одинаковые и имеют право на жизнь. Необходимо лишь выбрать, что важнее – скорость или емкость. Я считаю, что самый оптимальный вариант – последний, но только раз в несколько месяцев нужно балансировать банки.
Итак, хватит болтовни, переходим к переделке. Поскольку я не имею шурика на NiCd аккумах, поэтому о переделке только на словах. Нам будет нужно:
1) Источник питания:
Первый вариант. Блок питания (БП), как минимум, на 14V или больше. Ток отдачи желателен не менее 1А (в идеале около 2-3А). Нам подойдет блок питания от ноутбуков/нетбуков, от зарядных устройств (выход более 14V), блоки для питания светодиодных лент, видеозаписывающей аппаратуры (DIY БП), например или :
- Понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития, например или :
- Второй вариант. Готовые блоки питания для шуриков с токоограничением и выходом 12,6V. Стоят недешево, как пример из моего обзора шуруповерта MNT - :
- Третий вариант. :
2) Плата защиты с балансиром или без оного. То току желательно брать с запасом:
Если использоваться будет вариант без балансира, то необходимо подпаять балансировочный разъем. Это нужно для контроля напряжения на банках, т.е. для оценки разбалансировки. И как вы понимаете, нужно будет периодически дозаряжать батарею побаночно простым зарядным модулем TP4056, если началась разбалансировка. Т.е. раз в несколько месяцев, берем платку TP4056 и заряжаем поочереди все банки, которые по окончании заряда имеют напряжение ниже 4,18V. Данный модуль корректно отрубает заряд на фиксированном напряжении 4,2V. Данная процедура займет час-полтора, зато банки будут более-менее отбалансированы.
Написано немного сумбурно, но для тех, кто в танке:
Через пару месяцев ставим на зарядку батарею шуруповерта. По окончании заряда достаем балансировочный хвостик и меряем напряжение на банках. Если получается что-то вроде этого – 4,20V/4,18V/4,19V, то балансировка, в принципе не нужна. Но если картина следующая – 4,20V/4,06V/4,14V, то берем модуль TP4056 и дозаряжаем поочереди две банки до 4,2V. Другого варианта, кроме специализированных зарядников-балансиров я не вижу.
3) Высокотоковые аккумуляторы:
Я уже ранее писал пару небольших обзоров о некоторых из них – и . Вот основные модели высокотоковых 18650 Li-Ion аккумуляторов:
- Sanyo UR18650W2 1500mah (20А макс.)
- Sanyo UR18650RX 2000mah (20А макс.)
- Sanyo UR18650NSX 2500mah (20А макс.)
- Samsung INR18650-15L 1500mah (18А макс.)
- Samsung INR18650-20R 2000mah (22А макс.)
- Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.)
- Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.)
- LG INR18650HB6 1500mah (30А макс.)
- LG INR18650HD2 2000mah (25А макс.)
- LG INR18650HD2C 2100mah (20А макс.)
- LG INR18650HE2 2500mah (20А макс.)
- LG INR18650HE4 2500mah (20А макс.)
- LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.)
- SONY US18650VTC3 1600mah (30А макс.)
- SONY US18650VTC4 2100mah (30А макс.)
- SONY US18650VTC5 2600mah (30А макс.)
Я рекомендую проверенные временем дешевенькие Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.) или LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.). С другими баночками особо не сталкивался, но лично мой выбор - Samsung INR18650-30Q 3000mah. У Лыж был небольшой технологический дефект и начали появляться фейки с заниженной токоотдачей. Статью о том, как отличить фейк от оригинала могу скинуть, но чуть позже, нужно поискать ее.
Как все это хозяйство соединить:
Ну и пару слов о соединении. Используем качественные медные многожильные провода приличного сечения. Это качественные акустические или обычные ШВВП/ПВС сечением 0,5 или 0,75 мм2 из хозмага (вспарываем изоляцию и получаем качественные проводочки разного цвета). Длина соединительных проводников должна быть минимальной. Аккумуляторы, желательны из одной партии. Перед их соединением желательно зарядить их до одного напряжения, чтобы как можно дольше не было разбалансировки. Пайка аккумуляторов не представляет ничего сложного. Главное иметь мощный паяльник (60-80Вт) и активный флюс (паяльная кислота, например). Паяется на ура. Главное потом протереть место пайки спиртом или ацетоном. Сами аккумуляторы размещаются в батарейном отсеке от старых NiCd банок. Располагать лучше треугольником, минус к плюсу или как в народе «вальтом», по аналогии с этим (один аккум будет расположен наоборот), либо чуть выше хорошее пояснение (в разделе тестирование):
Так, соединяющие аккумуляторы провода, получатся короткими, следовательно, падение драгоценного напряжения в них под нагрузкой будет минимальным. Использовать холдеры на 3-4 аккумулятора не рекомендую, не для таких токов они предназначены. Побаночные и балансировочные проводники не так важны и могут быть меньшего сечения. В идеале, аккумы и плату защиты лучше запихать в батарейный отсек, а понижающий DC преобразователь отдельно в док станцию. Светодиодные индикаторы заряд/заряжено можно заменить своими и вывести на корпус докстанции. При желании можно добавить в батарейный модуль минивольтметр, но это лишние деньги, ибо общее напряжение на АКБ только косвенно скажет об остаточной емкости. Но если есть желание, почему бы и нет. Вот :
Теперь прикинем по ценам:
1) БП – от 5 до 7 долларов
2) DC/DC преобразователь – от 2 до 4 долларов
3) Платы защиты - от 5 до 6 долларов
4) Аккумуляторы – от 9 до 12 долларов (3-4$ штучка)
Итого, в среднем 15-20$ за переделку (со скидками/купонами), либо 25$ без оных.
Update 2, еще несколько способов переделки шурика:
Следующий вариант (подсказали по комментам, спасибо I_R_O
и cartmannn
):
Использовать недорогие 2S-3S зарядные устройства типа (это производитель того же iMax B6) или всевозможные копии B3/B3 AC/imax RC B3 () или ()
Оригинальный SkyRC e3 имеет зарядный ток на каждую банку 1,2А против 0,8А у копий, должен быть точен и надежен, но в два раза дороже копий. Совсем недорого можно купить на том же . Как я понял по описанию, он имеет 3 независимых зарядных модуля, что-то сродни 3 модулей TP4056. Т.е. SkyRC e3 и его копии не имеют балансировки как таковой, а просто заряжают банки до одного значения напряжения (4,2V) одновременно, поскольку у них не выведены силовые разъемы. В ассортименте SkyRC есть действительно зарядно-балансировочные устройства, например, но ток балансировки всего 200ma и стоит уже в районе 15-20 долларов, зато умеет заряжать лифешки (LiFeP04) и токи заряда до 3А. Кому интересно, могут ознакомиться с модельным рядом .
Итого, для данного варианта необходимо любое из вышеперечисленных 2S-3S зарядных устройств, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты и высокотоковые аккумуляторы:
Как по мне, очень хороший и экономичный вариант, наверно, я бы остановился на нем.
Еще один вариант, предложенный камрадом Volosaty
:
Использовать так называемый «Чешский балансир»:
Где он продается лучше спросить у него, я первый раз о нем услышал, :-). По токам ничего не подскажу, но судя по описанию, ему необходим источник питания, поэтому вариант не такой бюджетный, но вроде как интересный в плане зарядного тока. Вот ссылка на . Итого, для данного варианта необходимы: источник питания, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты, «чешский балансир» и высокотоковые аккумуляторы.
Преимущества:
Я уже ранее упоминал о преимуществах литиевых источников питания (Li-Ion/Li-Pol) над никелевыми (NiCd). В нашем случае сравнение лицом к лицу – типичная батарея шурика из NiCd аккумов против литиевой:
+ высокая плотность энергии. У типичной никелевой батареи 12S 14,4V 1300mah запасенная энергия 14,4*1,3=18,72Wh, а у литиевой батареи 4S 18650 14,4V 3000mah - 14,4*3=43,2Wh
+ отсутствие эффекта памяти, т.е. можно заряжать их в любой момент, не дожидаясь полного разряда
+ меньшие габариты и вес при одинаковых параметрах с NiCd
+ быстрое время заряда (не боятся больших токов заряда) и понятная индикация
+ низкий саморазряд
Из минусов Li-Ion можно отметить только:
- низкая морозостойкость аккумуляторов (боятся отрицательных температур)
- требуется балансировка банок при заряде и наличие защиты от переразряда
Как видим, преимущества лития налицо, поэтому зачастую имеет смысл переделки питания…
Вывод:
обозреваемые платки неплохи, должны подойти для любой задачи. Если бы у меня был шурик на NiCd банках, для переделки я бы выбрал красную платку, :-)…
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Имеет смысл. Преимуществом является то, что они имеют большую электрическую плотность. В результате, установив такое устройство в корпус шуруповерта, мы сможем достичь увеличения продолжительности работы инструмента во много раз. Ток зарядки у литиевых аккумуляторов высокой мощности, в особенности у новых модификаций она может достигать 1-2 С. Подзарядить такой прибор можно за 1 час, при этом не завышая рекомендуемые производителем параметры и не портя качество изделия.
Как выглядят литиевые аккумуляторы?
Большинство устройств из лития заключено в призматический корпус, но некоторые модели обладают цилиндрической формой. В таких батареях применяются рулонные электроды и сепараторы. Корпус производится из алюминия или стали. Положительный полюс выходит на корпусную крышку.
В призматических конфигурациях электроды имеют вид прямоугольных пластин. Для обеспечения безопасности в батарее предусмотрено устройство, выступающее регулятором всех процессов и размыкающее электрическую цепь при критических ситуациях. Повышенная герметизация корпуса не дает вытекать наружу электролиту и проникать внутрь кислороду и влаге.
Какие меры следует соблюдать, чтобы не повредить литиевый аккумулятор?
- В силу ограничений технологии показатель заряженности литиевых аккумуляторов не должен быть выше 4,25-4,35 В. Разряд не должен доходить до показателя 2,5-2,7. Это условие указывается в техническом паспорте для каждой конкретной модели. При завышении этих значений вы можете вывести устройство из строя. Применяются специальные контроллеры зарядки и разрядки, которые сохраняют напряжение на литиевой ячейке в пределах нормы. Переделка шуруповерта на литиевый аккумулятор с контроллером защитит устройство от сбоя в работе.
- Показатель напряжения литиевых аккумуляторов кратен 3,7 В (3,6 В). У Ni-Mh-моделей этот показатель составляет 1,2 В. Это явление объяснимо. в литиевых устройствах сохраняется на отдельной ячейке. Литиевый аккумулятор 12 вольт никогда собран не будет. Номинал будет составлять 11,1 В (три последовательные ячейки) или 14,8 В (четыре последовательные ячейки). Помимо этого, показатель напряжения литиевой ячейки меняется при работе при полной зарядке на 4,25 В, а при полной разрядке - на 2,5 В. Показатель напряжения 3S (3 serial - три последовательных соединения) будет изменяться при функционировании приспособления от 12,6 В (4,2х3) до 7,5 В (2,5х3). Для 4S-конфигурации этот показатель колеблется от 16,8 до 10 В.
- Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 (подавляющее большинство изделий обладает именно этим размером) требует учета разницы в габаритах с Ni-Mh-ячейками. Диаметр ячейки 18 650 равен 18 мм, а высота составляет 65 мм. Очень важно подсчитать, какое количество ячеек поместится в корпусе. При этом следует помнить, что для модели с мощностью 11,1 В вам будет нужно количество ячеек, кратное трем. Для модели с мощностью 14,8 В — четырем. Еще должен поместиться контроллер и коммутационные провода.
- Устройство для зарядки для аккумулятора на основе лития отличается от приспособления для Ni-Mh-модификаций.
В статье будет рассмотрено, как происходит переделка шуруповерта на литиевые Инструмент укомплектован парой Ni-Mh-аккумуляторных батарей с показателем напряжения 12 В и емкостью 2,6 Ач. Будет рассмотрена переделка шуруповерта Hitachi. Литиевые аккумуляторы обеспечат прибору долговременную службу.
Выбираем номинальное напряжение
В первую очередь следует определиться с выбором показателя номинала напряжения для устройства на основе лития. Выбор следует осуществить между 3S-моделью (диапазон ее напряжения составляет от 12,6 до 7,5 В) и 4S-Li-Ion-батареей (диапазон напряжения - от 16,8 до 10 В).
Преимущества второго варианта
Второй вариант является более подходящим, потому что напряжение в батарее довольно быстро падает с максимального показателя до минимального (с 16,8 до 14,8 В). Для электрического мотора, чем, собственно говоря, и является шуруповерт, превышение в 2,8 В не является критичной отметкой.
Самый низкий показатель напряжения у 3S-Li-Ion-модификации. Он равен 7,5 В, что является недостаточным для нормального функционирования электрического приспособления. Смонтировав четыре конфигурации, мы увеличим аккумулятора.
Как определиться с выбором литиевых ячеек?
Чтобы осуществить выбор ячеек на основе лития, следует наметить ограничительные факторы. В настоящее время производятся литиевые устройства с допустимым значением нагрузки тока в 20-25 А.
Импульсные значения тока (непродолжительные, до 1-2 сек) достигают 30-35 А. Конфигурация аккумулятора не будет нарушена.
Сколько ячеек поместится в корпус?
Собрать 4S2P (четыре последовательных соединения и два параллельных) не получится. Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 предполагает наличие восьми ячеек. Как же им уложиться в четыре? На каждую ячейку ляжет максимальная нагрузка тока.
Как определить показатель максимального тока в шуруповерте?
Переделка 12В шуруповерта на литиевые аккумуляторы предполагает подсоединение устройства к лабораторному источнику питания с показателем максимального тока в 30 А. Регулятор ограничителя ставится на максимальное значение. Создав уровень напряжения источника питания близким к номинальному показателю будущего аккумулятора, начинаем плавное нажатие на курок. Ток, который потребляется шуруповертом, поднимется до отметки 5 А. Теперь следует резко нажать на курок. Это закоротит цепь питания. Ток достигнет мощности 20-30 А. Возможно, его показатель был бы гораздо выше, но мощность источника питания не даст это зафиксировать. Это будет непродолжительный ток нагрузки при резком нажатии на курок шуруповерта. Любая модель такого прибора отреагирует аналогично.
Далее следует зажать наконечник шуруповерта тисками и пронаблюдать, до какого значения повысится ток потребления при режиме работы, когда в шуруповерте сработает трещотка. Показатель тока в этом случае возрастает до 10-12 А.
Так можно определиться с величиной тока нагрузки. В этом случае он будет равен 5 А на холостом ходу и 30 А при резком начале, а при максимальной нагрузке составит 12 А. Изготовитель должен выбрать литиевые ячейки, номинальный показатель тока нагрузки которых будет составлять 10-20 А, а импульсный — 25-30 А.
Как выбрать контроллер?
Итак, происходит переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы. Штатная зарядка для устройства требуется обязательно. При выборе контроллера учтите, что прибор должен соответствовать двум параметрам:
- показателю номинального рабочего напряжения;
- показателю номинального рабочего тока.
С напряжением все предельно ясно: если батарея 11,1 В, то и контроллер будет с таким же напряжением.
Понятие «номинальный рабочий ток» подразумевает пропускную способность защиты платы. Таким образом, контроллер на 4 А рассчитан на отметку тока 4 А, а при показателе 8 А на него ложится дополнительная нагрузка. В этом случае сработает защитное устройство. Все эти технические данные изложены в паспорте каждой модификации контроллера. При этом одна модификация может обладать показателем тока ограничения 30 А, а другая — 50 А. И оба эти устройства формально будут пригодны для функционирования. Также при создании литиевого аккумулятора имеется ограничение в габаритах. Поэтому следует приобретать такой контроллер, который уместится в корпусе старой батарейки.
Разборка и сборка
Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы включает следующие этапы:
- Следует вскрыть старый аккумулятор, отвинтив пять шурупов.
- Извлечь из корпуса Ni-Mh-батарею. Будет заметно, что контактная площадка, входящая в зацепление с контактной группой шуруповерта, приварена к минусовому контакту одной из Ni-Mh-ячеек. Точки сварки следует обрезать посредством инструмента с вмонтированным в него отрезным камнем
- К контактам припаиваются провода, сечение которых составляет не меньше 2 мм 2 для силовых выводов и 0,2 мм 2 для терморезистора. Контактная площадка вклеивается в корпус аккумулятора посредством термоклея.
- По показателю внутреннего сопротивления на измерителе подбираются четыре ячейки. Значение должно быть одним и тем же для всех четырех приборов.
- Литиевые ячейки склеиваются термоклеем так, чтобы они располагались в корпусе компактно.
- Сварка ячеек проводится на станке для контактной сварки посредством сварочной ленты из никеля (показатель ее сечения должен быть равен 2Х10 мм).
Установка платы защиты
Этот этап может показать, насколько облегчена конструкция аккумулятора из лития. Вес устройства Ni-Mh был равен 536 г. Вес нового устройства из лития равен 199 г, что будет вполне ощутимо. В весе удалось выиграть 337 г. При этом наблюдается увеличение энергетической емкости.
Батарея монтируется в корпус. Пустоты заполняются мягким материалом от упаковки.
Подключение к шуруповерту
- Резкое нажатие на курок провоцирует срабатывание защитного механизма по току. Но на самом деле такой защитный режим вряд ли будет нужен при пользовании инструментом. Если не провоцировать защиту специально, то работа шуруповерта будет отличаться стабильностью.
- Наконечник следует зажать в тиски. Мощность батареи свободно вызывает срабатывание трещотки, которая ограничивает увеличение количества оборотов кручения.
- шуруповерта разряжается на Показатель тока разряда должен равняться 5 А.
- Аккумулятор вставляется в штатное ЗУ. Показатель тока заряда при измерении равен 3 А, что допустимо для литиевых ячеек. Для конфигурации LG INR18650HG2 максимальным током заряда станет 4 А, что указано в технической характеристике.
Сколько времени требуется на замену аккумуляторов?
Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы займет примерно 2 часа. Если будет осуществлена проверка всех параметров, тогда понадобится 4 часа.
Все можно сделать самостоятельно, без помощи другого человека. Но контактную сварку и выбор аккумуляторов без специализированного оборудования не провести.
Чем можно еще тестировать степень заряженности кроме контролера?
Осуществлена переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы. Штатная зарядка, встроенная в корпус, является идеальным вариантом. Но стоимость контроллера достаточно высокая. Обойдется прибор в 30 $, что равнозначно стоимости самого аккумулятора.
Чтобы провести тестирование уровня заряда аккумулятора из лития на ходу, не применяя зарядное устройство, можно использовать специальный индикатор RC helicopter lipo battery AKKU portable voltage meter tester alarm 2-6S AOK. Стоимость прибора очень низкая. Он имеет аналогичный устройству iMax6 разъем балансировки и зарядки. К батарее устройство подключается посредством переходника. Это приспособление для контроля уровня напряжения является очень удобным. Оно может замерить от двух до шести соединенных между собой последовательно ячеек из лития, а также выдать суммарный показатель или напряжение каждого элемента в отдельности с предельной точностью.
Сколько будет стоить замена Ni-Mh на литиевое устройство?
Каких денежных затрат потребует переделка шуруповерта на литиевый аккумулятор?
Цена на такое устройство складывается из стоимости нескольких составляющих:
- конфигурация 4S-аккумулятора на основе лития стоит 2200 р.;
- покупка контролера для зарядки и разрядки плюс балансира обходится в 1240 р.;
- стоимость сварочной работы и сборки составляет 800 р.
Получается, что литиевый аккумулятор, сделанный своими руками, обоходится в 4240 р.
Для сравнения возьмем аналогичную конфигурацию из лития фабричного производства. К примеру, устройство Makita 194065-3 предназначено для шуруповерта. Оно обладает аналогичными параметрами. Стоимость такого прибора составляет 6500 р. Получается, что переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы экономит 2300 р.
Стоимость нового шуруповерта примерно на 70% состоит из стоимости аккумулятора к нему. Поэтому не удивительно, когда столкнувшись с выходом из строя аккумулятора, мы задаем себе вопрос - что дальше? Покупать новый аккумулятор или шуруповерт, а может, есть возможность произвести ремонт аккумулятора шуруповерта своими руками и продолжить работу уже привычным инструментом?
В данной статье, которую условно разделим на три части, мы рассмотрим: виды аккумуляторов, которые применяют в шуруповертах (ч.1), их возможные причины выхода из строя (ч.2) и доступные способы ремонта (ч.3).
Аккумулятор шуруповерта: конструкция и виды
Следует заметить, что независимо от марки шуруповерта и страны производителя аккумуляторы имеют идентичное строение. Собранный аккумуляторный блок имеет такой вид.
Если мы его разберем, то увидим, что он собран из небольших элементов, которые собраны последовательно. А из школьного курса физики мы знаем, что элементы, имеющие последовательное соединение, слаживают свои потенциалы.
Примечание. Сумма каждого элемента питания и дает нам итоговое напряжение на контактах аккумуляторной батареи.
Наборные части или «банки», как правило, имеют стандартный размер и напряжение, отличаются они только емкостью. Емкость аккумулятора измеряется в А/ч и указывается на элементе (изображено ниже).
Для компоновки аккумуляторов шуруповертов применяют следующие виды элементов:
- никель - кадмиевые (Ni - Cd)батареи, с номинальным напряжением на «банках» 1,2V;
- никель-металл-гидридный (Ni-MH), напряжение на элементах - 1,2V;
- литий-ионный (Li-Ion), с напряжением - 3,6V.
Рассмотрим более подробно достоинства и недостатки каждого вида.
- Самый распространённый вид ввиду низкой стоимости;
- Не страшны низкие температуры, например как Li-Ion батареям;
- Хранится в разряженном состоянии, при этом сохраняет свои характеристики.
- Производится только в странах «третьего мира», ввиду токсичности при производстве;
- Эффект памяти;
- Саморазряд;
- Маленькая емкость;
- Малое количество циклов заряд/разряд, значит, долго не «живут» при интенсивном использовании.
- Экологически чистое производство, есть возможность приобрести высококачественный фирменный аккумулятор;
- Низкий эффект памяти;
- Низкий саморазряд;
- Большая емкость, в сравнении с Ni - Cd;
- Большее количество циклов заряд/разряд.
- Цена;
- Теряет часть характеристик при длительном хранении в разряженном состоянии;
- При низких температурах долго не «живет».
- Нет эффекта памяти;
- Почти отсутствует саморазряд;
- Высокая емкость аккумулятора;
- Количество циклов заряд/разряд в разы больше, нежели у предыдущих типов аккумуляторов;
- Для набора необходимого напряжения необходимо меньшее количество «банок», что существенно уменьшает вес и габариты аккумулятора.
- Высокая цена, почти в 3 раза в сравнении с никель - кадмиевым;
- Через три года происходит существенная потеря емкости, т.к. Li разлагается.
С элементами мы познакомились, перейдем к остальным элементам аккумуляторного блока шуруповерта. Разборка блока, например, для ремонта аккумулятора шуруповерта Hitachi (изображен ниже), очень проста - откручиваем шурупы по периметру и разъединяем корпус.
Корпус имеет четыре контакта:
- Два силовые, «+» и «-» , для заряда/разряда;
- Верхний управляющий, он включен через термодатчик (термистор). Термистор необходим для защиты батарей, он отключает или ограничивает ток заряда при превышении определенной температуры элементов (как правило, в диапазоне 50 - 600С). Нагрев происходит по причине больших токов при форсированном заряде, так называемая «быстрая» зарядка;
- Так называемый «сервисный» контакт, который включен через сопротивление 9Ком. Он используется для сложных зарядных станций, которые выравнивают заряд на всех элементах аккумулятора. В быту такие станции ни к чему, ввиду их высокой стоимости.
Вот собственно и вся конструкция аккумулятора. Ниже приведено видео, о том, как разобрать блок.
Определение неисправности
С назначением элементов конструкции аккумулятора разобрались, теперь рассмотрим, как определить неисправность, это ч.2 ремонта аккумулятора шуруповерта. Сразу заметим, что все элементы разом выйти из строя не могут, а поскольку цепь у нас последовательная, при выходе одного элемента - не работает вся цепь. Значит, наша задача определить, где у нас в цепи самое слабое звено.
Для этого нам будет необходим мультиметр, и для второго способа поиска неисправности лампа на 12В, если Ваш аккумулятор на шуруповерт тоже 12 вольтовой. Порядок действий следующий:
Ставим аккумулятор на зарядку, ждем сигнала о полном заряде.
Разбираем корпус и меряем на каждой банке аккумулятора. Для Ni - Cd у нас должно быть 1,2 - 1,4В, в литиевых - 3,6/3,8В.
Отмечайте все «банки», в которых напряжение меньше номинального. Например, у большинства элементов Ni - Cd напряжение 1,3В, а на одной или нескольких - 1,2/1,1В.
Собираем аккумулятор и работаем до заметной потери мощности.
Снимаем, разбираем и меряем падение напряжения на «банках» аккумулятора. На отмеченных элементах «проседание» напряжения будет больше чем на других. Например, на них уже не 1,2В, а 1,0В или еще ниже.
Примечание. Разница между элементами в аккумуляторной батарее в 0,5 - 0,7В считается существенной, это означает, что элемент приходит в негодность.
Таким образом, мы нашли кандидаты на «реанимацию» или «ампутацию» и замену на новые элементы.
Если Ваш шуруповерт работает от напряжения 12 или 13В можно произвести поиск более простым методом. Полностью заряженный аккумулятор разбираем и к контактам «+» и «-» подключаем 12 вольтовою лампу. Лампа будет нагрузкой, и будет разряжать аккумулятор. Далее проводим замеры на элементах батареи, там, где сильнее всего падение напряжения, там и слабое звено.
Есть и другие способы, вместо лампы можно подобрать сопротивление, но для этого уже необходимы азы электротехники, да и сомнительно что бы резистор с необходимым сопротивлением был под рукой.
Другие неисправности очень редко встречаются. Например, потеря контакта в местах пайки батарей или силовых контактах блока, выход из строя термистора. Эта проблемма больше присуща подделкам. В виду редкости, заострять внимание не будем, ограничимся элементами батареи.
С «проблемными» элементами разобрались, необходимо ремонтировать. Как отремонтировать аккумулятор шуруповерта? Вообще для ремонта доступно 2 способа, если так можно выразиться. Это восстановление и замена элементов, которые пришли в негодность.
Можно ли «реанимировать» элементы и как?
Приступим к ч.3 ремонта аккумулятора шуруповерта и сразу оговоримся, что понятие «реанимация» для литий - ионных батарей не применима. Эффекта памяти в них нет, скорее всего, произошло разложение лития, а с этим уже ничего не поделаешь. В таких аккумуляторах необходимо выяснить, в чем причина неисправности: сам элемент или схема управления. Здесь два варианта:
- меняем схему управления от другой, но аналогичной нашей, батареи, если помогло - находим замену и меняем;
- подать 4V на элемент с током примерно в 200мА, для этого необходимо регулируемое зарядное устройство. Если напряжение на элементе растет до 3,6V - элемент исправен, проблема в других элементах, либо в схеме управления.
Восстановительный ремонт аккумулятора шуруповерта доступен преимущественно для Ni - Cd батарей, но они, как правило, и самые распространённые в бытовых шуруповертах.
Итак, как реанимировать аккумулятор шуруповерта? Существует два вида «реанимации» для этих видов аккумуляторов:
- Метод уплотнения или сжатия (он сработает в тех случаях, когда электролит все еще в наличии, но потерян объём);
- «Прошивка» напряжением и током большим от номинального. Этот способ позволяет устранить эффект памяти, и хотя и не полностью, но восстановить утраченную емкость.
Этот способ приведен ниже на видео.
Примечание. Как правило, в никель - кадмиевой батарее основная причина потери емкости - выкипание электролита, и если его критически мало - никакая «прошивка» не поможет.
Этот способ, если его результат будет положительным, не решит проблему выхода из строя элементов. Скорее он лишь отсрочит замену пришедших в негодность и в дальнейшем все равно понадобится ремонт аккумулятора шуруповерта Макита или любого другого.
Ремонт и замена элементов аккумулятора шуруповерта
Более действенный способ ремонта аккумуляторов для шуруповерта - замена элементов, которые определены нами как неисправные.
Для осуществления ремонта нам необходим либо аккумулятор - «донор», в котором часть элементов исправна, либо новые «банки». Приобрести их не составит большого труда, даже в интернете Вы с легкостью найдете с десяток магазинов, которые готовы выслать эти элементы по почте. Цена особо не кусается, например никель- кадмиевый элемент емкостью в 2000 мА/ч стоит в районе 100 рублей.
Примечание. Приобретая новый элемент, следите за тем, чтобы его емкость и габариты совпадали с родными элементами.
Так же нам понадобится паяльник, малокорозийный флюс (желательно спиртовой флюс на канифоли) и олово. О точечной сварке не говорим, так как для разового ремонта аккумулятора вряд ли есть потребность ее приобретать или собирать…
В самой замене ничего сложного нет, тем более если хоть какой - то опыт в пайке есть. На фотографиях достаточно подробно все изображено, обрезаем неисправный элемент, вместо него запаиваем новый.
Необходимо отметить несколько нюансов:
- при пайке паяльником, старайтесь паять быстро, так что бы аккумулятор не нагревался, т.к. рискуете испортить его;
- при возможности соединение реализуйте при помощи родных пластин, или используйте таких же размеров медные, это важно потому как токи зарядки большие и при неправильном сечении соединительных проводов они будут греться, соответственно будет срабатывать защита термистора;
- ни в коем случае не перепутайте плюс батареи с минусом - соединение последовательное, значит, минус предыдущей банки идет на плюс новой банки, а минус новой - на плюс следующей.
После того как спаяли новые элементы, необходимо выравнивание потенциалов на «банках», поскольку они разные. Проводим цикл заряд/разряд: ставим заряжаться на всю ночь, даем сутки на остывание и меряем напряжение на элементах. Если мы все сделали правильно, картина будет примерно такой: на всех элементах одинаковый показатель мультиметра, в пределах 1,3В.
Далее приступаем к разряду батареи, вставляем аккумулятор в шуруповерт и нагружаем его «по полной». Главное щадите сам шуруповерт, иначе придется ремонтировать и его. Доводим до полного разряда. Данную процедуру повторяем еще два раза, т.е. заряжаем и полностью разряжаем.
Следует отметить, что процедуру стирания «эффекта памяти» следует проводить раз в три месяца. Проводится по аналогии вышеописанной тренировки.
Такая не очень хитрая процедура продлит работу Вашего шуруповерта, по крайней мере, до тех пор, пока его самого не придётся менять на новый
"Сколько будет стоить поменять старые никелевые аккумуляторы на литий-ионные в моем шуруповерте", -это, пожалуй, один из самых популярных вопросов, которые можно услышать от наших клиентов.
И действительно, проблема достаточно распространенная. У многих найдется старый аккумуляторный шуруповерт (гайковерт, перфоратор, лобзик, триммер и т.д.) в котором штатные аккумуляторы вышли из строя, а новые купить либо нет возможности, так как они могут быть сняты с продажи или просто не хочется тратиться на заведомо устаревшую технологию, а хочется сразу заменить Ni-Mh аккумуляторы на Li-Ion и дать, зачастую, дорогому и качественному электроинструменту вторую жизнь.
Причин для такого желания действительно множество:
- первая, и основная, это то, что Li-Ion аккумуляторы обладают гораздо большей электрической плотностью, чем Ni-Mh батареи.
Проще говоря, при одинаковом весе, Li-Ion аккумулятор будет обладать большей электрической емкостью чем Ni-Mh. Соответственно, установив в старый корпус Li-ion аккумуляторы мы получаем гораздо более продолжительное время работы инструмента.
Ток заряда у высокомощных Li-ion аккумуляторов, особенно у свежих моделей, может достигать значений 1С - 2С (однократное или двукратное значение емкости).
Т.е. такой аккумулятор можно зарядить за 1 - 0,5 часа, при этом не превысив рекомендуемые производителем параметры и, соответственно, не снижая срок службы аккумулятора.
Но и останавливающих факторов для выполнения такой задумки достаточно:
- В силу технологических ограничений Li-ion аккумуляторы не могут быть заряжены свыше чем 4,25-4,35В и разряжены ниже чем 2,5-2,7В (указывается в технических характеристиках для каждого конкретного аккумулятора). При превышении этих значений вы можете повредить аккумулятор и вывести его из строя. Для защиты Li-Ion аккумулятора используются специальные контроллеры заряда-разряда, которые держат напряжение на Li-Ion ячейке в разрешенных пределах. Т.е кроме самих аккумуляторов вам понадобится еще и контроллер заряда-разряда.
- Напряжение Li-ion аккумуляторных батарей всегда кратно 3,7В (3,6В) в то время как у Ni-Mh батарей оно кратно 1,2В. Это связано с номинальным напряжением (величина напряжения, которая держится на Li-Ion аккумуляторе достаточно продолжительное время в середине вольт-амперной характеристики разрядной кривой) на отдельной ячейке. У Li-ion аккумуляторов это напряжение равно 3,7В, у Ni-Mh - 1,2В. Поэтому вы никогда не сможете собрать из Li-Ion аккумуляторов 12В батарею. В номинале, она может быть 11,1В (3 последовательно) или 14,8В (4 последовательно). Более того, напряжение Li-Ion ячейки меняется в процессе работы от полностью заряженного- 4,25В до полностью разряженного -2,5В. Таким образом напряжение 3S (3 serial - 3 последовательных соединения) аккумуляторной батареи будет меняться в процессе работы от 12,6В (4,2х3) до 7.5В (2.5х3). Для 4S батареи- от 16,8В до 10В.
- Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650, а 99 процентов всех Li-Ion аккумуляторных батарей состоят из ячеек типоразмера 18650, имеет отличные габаритные размеры от Ni-Mh ячеек. Габарит ячейки 18650 составляет 18 мм в диаметре и 65 мм в высоту. Важно "прикинуть" сколько Li-Ion ячеек влезут в ваш корпус. При этом надо понимать, что для аккумулятора 11,1В вам понадобится количество Li-ion ячеек кратное 3. Для батареи в 14,8В - четырем. При этом должно остаться место для размещения контроллера заряда-разряда и коммутационных проводов.
- Зарядное устройство (ЗУ) для Li-ion аккумуляторов отличается от зарядного устройства для Ni-Mh аккумуляторов. Справедливости ради, надо отметить, что ЗУ поставляемые с многими шуруповертами являются универсальными ЗУ и могут заряжать как NI-Cd, Ni-Mh так и Li-ion батареи. Убедитесь в том, что ваше ЗУ обладает такой возможностью.
- Стоимость Li-ion аккумуляторов. а она, по сравнению с Ni-Mh аккумуляторами может отличаться в разы.
Если все вышесказанное вас не отпугнуло, то рассмотрим пример процесса изготовления Li-Ion аккумуляторной батареи взамен имеющейся у нас Ni-Mh аккумулятора от гайковерта DEWALT DC840.
Данный гайковерт комплектуется двумя Ni-Mh аккумуляторными батареями напряжением 12В емкостью 2,6Ач.
Для начала мы определимся с выбором номинального напряжения для нашей Li-ion аккумуляторной батареи.
Выбор стоит между 3S Li-ion батареей с диапазоном напряжений 12,6В - 7,5В и 4S Li-Ion батареей с диапазоном напряжений 16,8В - 10В.
Мы остановимся на втором варианте, так как:
а) Напряжение на батарее достаточно быстро опускается с максимального до номинального, т.е. с 16,8В до 14,8В, а для электромотора, чем собственно говоря и является гайковерт, превышение в 2,8В не является критичным.
б) Минимальное напряжение у 3S Li-Ion батареи составит 7,5В, что крайне мало для нормальной работы электроинструмента. И КПД у 4S батареи в данном случае будет выше чем КПД 3S Li-Ion аккумулятора.
в) Установив 4 Li-ion ячейки мы тем самым повысим электрическую емкость нашего аккумулятора.
Итак, с 1м пунктом разобрались: делаем 4S (14,8В) Li-Ion аккумуляторную батарею.
Второе. Определяемся с выбором Li-ion ячеек.
Для этого нам надо определить ограничивающие факторы.
В случае с изготовлением Li-Ion аккумулятора для электроинструмента основным ограничением является максимальный ток нагрузки. В настоящее время существуют Li-Ion аккумуляторы с допустимым номинальным (длительным) током нагрузки в 20-25А. Импульсные (кратковременные, до 1-2сек) значения тока нагрузки могут достигать 30-35А. При этом вы не нарушите структуру аккумулятора.
В наш корпус от старого Ni-Mh аккумулятора может комфортно влезть до 6 Li-Ion ячеек 18650. Соответственно мы не можем собрать 4S2P (4 последовательных соединения и 2 параллельных) Li-ion батарею, для которой понадобится 8 ячеек а должны уложиться в 4 ячейки. Естественно, что в этом случае, каждая из ячеек должна "держать" однократную величину максимального тока нагрузки во всем диапазоне режимов работы электроинструмента.
Определяем максимальный ток, протекающий в аккумуляторе в процессе работы гайковерта.
На видео ниже видно, что мы подсоединили гайковерт к лабораторному источнику питания (ИП) с максимальным током в 30А. Регулятор ограничителя максимального тока выставляем на максимально возможное значение. Выставив напряжение ИП близкое к номинальному напряжению нашей будущей аккумуляторной батареи мы начинаем плавно нажимать на курок. Ток, потребляемый гайковертом. поднимается до 5А.
Теперь нажмем на курок очень резко,- тем самым мы, практически, "закорачиваем" цепь питания. Ток импульсно взлетает до 20 - 30А. Может быть он и взлетел бы и выше, но мощность ИП не позволяет этого увидеть. Надо понимать, что это будет кратковременный ток нагрузки в случае очень резкого нажатия на курок гайковерта. И любой шуруповерт/всечтоугодноимеющееэлектродвигатель будет вести себя именно таким образом. Именно поэтому смешно слышать утверждения покупателей, мол, у вас нерабочие контроллеры и плохие аккумуляторы, потому, что, видети-ли, мой шуруповерт потребляет всего 4А,- я измерял,- и я взял аккумуляторы Samsung 22F с емкостью 2200мАч (самые дешевые с максимальным током в 3А) и контроллер на 8А и у меня ничего не работает... А незащищенные Li-ion аккумуляторы и контроллеры обмену/возврату не подлежат. Тут, я думаю, все понятно... Незнание законов не освобождает от ответственности...
Теперь зажмем наконечник гайковерта в зафиксированные тиски и посмотрим до какого значения будет повышаться ток потребления при режимах работы, когда в гайковерте срабатывает трещетка. Величина тока подскакивает до 10-12А.
На этом этапе мы определились с величиной тока нагрузки. В нашем случае она составит: на холостом ходу 5А, при резком старте 30А, при максимальной нагрузке - 12А . Соответственно. мы выбираем Li-ion ячейки с номинальным током нагрузки 10-20А и импульсным в 25-30А.
Нам подойдут модели Li-ion аккумуляторов (в наличии, на момент написания статьи): 18650 2000мАч LG INR18650HD2 3,7В 25A , 18650 2500мАч LG ICR18650HE4 3,7В 20A , 18650 2600мАч SONY US18650VTC5 3,6В 30A, 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A .
Мы остановились на 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A для обеспечения максимальной емкости.
Выбор контроллера (платы защиты от переразряда-перезаряда).
Контроллер должен удовлетворять двум параметрам:
Номинальному рабочему напряжению (в нашем случае 14,8В)
номинальному рабочему току.
С напряжением все понятно: если батарея на 14,8В то и контроллер должен быть на 14.8В, если батарея на 11,1В то и контроллер следует выбирать с номинальным напряжением в 11,1В.
Параметр "номинальный рабочий ток" определяет "пропускную способность" платы защиты. Т.е. контроллер на 4А расчитан на ток в 4А и при 8А у него сработает защита от перегрузки. Контроллер на 16А номинальной нагрузки будет "уходить в защиту" при 30±10А. Все эти параметры указаны на вкладке "Характеристики" для каждой конкретной модели контроллера.
При этом, у одного экземпляра контроллера ток ограничения может быть равен 30А а у другого 50А. И оба этих контроллера будут формально исправны. Но мы ограничены еще и в габаритах, поэтому контроллер следует выбирать таким образом, чтобы он влез в ваш корпус от старой батареи.
Исходя из вышеописанных условий, мы выбрали плату защиты для 14,8В батареи модели HCX-D177 со значением номинального рабочего тока в 16А и пороговым значением максимального тока в 30±10А.
Итак, мы определились с комплектующими для нашей Li-ion аккумуляторной батареи. С ЗУ проблем не возникло, так как оно рассчитано на работу как с Ni-Mh так и с Li-ion аккумуляторами.
Плюс к тому, при условии, что мы ставим контроллер заряда-разряда, мы застрахованы от перезаряда нашей батареи.
Приступаем к процессу разборки-сборки.
Вскрываем старый аккумулятор, отвинчивая 5 шурупов.
Достаем старую Ni-Mh батарею
Видно, что контактная площадка, которая входит в зацепление с контактной группой гайковерта, приварена к плоскости минусового контакта одной из Ni-Mh ячеек.
Отрезаем точки сварки при помощи многофункционального инструмента DREMEL 4000 с установленным отрезным камнем. В результате у нас остается непосредственно контактная группа от аккумуляторной батареи.
Припаиваем к кокнтактам провода с сечением не менее 2мм2 для силовых выводов и 0,2мм2 для подключения терморезистора и вклеиваем контактную площадку в корпус аккумулятора при помощи термоклея.
Подбираем 4 ячейки LG INR18650HG2 3000мАч по внутреннему сопротивлению на измерителе внутреннего сопротивления аккумуляторов. Его значение должно быть одинаковым для всех четырех аккумуляторов в нашей батарее.
Li-Ion ячейки LG INR18650HG2 склеиваем термоклеем таким образом, чтобы обеспечить максимально-удобное расположение в корпусе.
Сварку ячеек производим на станке для контактной сварки при помощи никелевой сварочной ленты с сечением 2х10мм.
Устанавливаем плату защиты.
На этом этапе мы уже можем оценить на сколько мы облегчили вес нашей батареи.
Вес старых Ni-Mh аккумуляторов составлял 536 гр. Вес новой Li-Ion батареи равен 199гр. Таким образом, выигрыш в весе составляет 337 гр, что достаточно ощутимо в процессе работы. При этом, энергетическая емкость у нас увеличивается с 31,2Вт*ч (12В * 2,6Ач) в оригинальной Ni-Mh батарее до 44,4Вт*ч (14,8В * 3Ач)
Устанавливаем батарею в корпус. Пустоты заполняем мягким упаковочным материалом.
Батарея готова
Подключаем ее к нашему гайковерту.
На видео продемонстрировано, что при резком нажатии на курок срабатывает защита по току у нашей платы защиты. Но в реальных условиях такой режим использоваться, скороее всего, не будет. Если специально не пытаться добиться срабатывания защиты, то гайковерт ведет себя абсолютно прогнозируемо.
Зажимаем наконечник в губки тисков. Как и ожидалось, мощности батареи хватает с лихвой для срабатывании трещетки, ограничивающей усилие кручения.
Разряжаем Li-ion батарею нашего гайковерта на электронной нагрузке. Ток разряда выставляем 5А. График разряда представлен на иллюстрации ниже.
Вставляем аккумулятор в штатное ЗУ. Ток заряда, при замере, составил 3А, что укладывается в допустимые значения тока заряда для данных Li-ion ячеек (для LG INR18650HG2 максимальный ток заряда составляет 4А, что указано на вкладке Характеристики).
По времени, работа по замене Ni-Mh аккумуляторов на Li-Ion аккумуляторы заняла около 2ух часов (с проверкой всех параметров на оборудовании - около 4ех часов). В принципе, все это можно сделать и самому "на коленке", но контактную сварку и подбор аккумуляторов без специального оборудования сделать невозможно.
Стоимость замены Ni-Mh аккумулятора на Li-Ion.
Посмотрим, что у нас получается по стоимости:
- стоимость 4ех Li-ion аккумуляторов 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A, на момент написания статьи, составляет 4 х 550руб = 2200руб
- стоимость контроллера заряда разряда с балансиром HCX-D177 составляет 1240руб
- стоимость работы по сварке и сборке равна 800руб
Итого, получается, что самодельная Li-ion батарея 14,8В 3Ач стоит 4240руб
Найдем аналогичную Li-Ion батарею заводского исполнения для какого-либо другого шуруповерта. Аккумулятор Makita 194065-3 имеет абсолютно идентичные параметры.
На момент написания статьи такой аккумулятор стоил от 5500 руб до 6500 руб.
Получается, что прямая экономия составляет 1300 до 2300руб. И, при этом, не следует забывать о том, что батарею, которую мы сделали, купить невозможно в принципе!
Компания Запас Мощности выполняет работы по переделке Ni-Mh аккумуляторов от шуруповертов на Li-Ion . Стоимость вы можете посчитать сами аналогично тому, как мы сделали это выше, т.е суммарная стоимость аккумуляторов, контроллера и стоимости работы.
Гарантия, на предоставляемые услуги, составляет 6 мес. Гарантия оказывается только в том случае, если работы проводились с использование наших комплектующих
PS. Отдельное спасибо за предоставленный подопытный гайковерт и моральную поддержку:) компании