Переробка акумулятора шуруповерта на літієві елементи

Багато власників шуруповертів хочуть переробити акумулятори від них на літієві акумуляторні елементи. На цю тему написано багато статей і в цьому матеріалі хотілося б підсумувати інформацію з цього питання. Насамперед розглянемо доводи на користь переробки шуруповерту на літієві батареї та проти неї. А також розглянемо окремі моменти процесу заміни акумуляторів.

Для початку слід задуматися, а чи потрібна мені ця переробка? Адже це буде відвертий «самопал» і в ряді випадків може призвести до виходу з ладу як акумулятора, так і шуруповерта. Тому, давайте, розглянемо всі за та проти цієї процедури. Можливо, після цього деякі з вас вирішать відмовитися від переробки Ni-Cd на літієві елементи.

Докази «за»

Почнемо з переваг:

• Енергетична щільність літій-іонних елементів значно вища, ніж у нікель-кадмієвих, які за замовчуванням використовуються в шуруповертах. Тобто акумулятор на літієвих банках матиме меншу вагу, ніж на кадмієвих при тій же ємності та вихідній напрузі;
• Заряджання літієвих акумуляторних елементів відбувається значно швидше, ніж у випадку Ni-Cd. Для їх безпечної зарядки потрібно близько години;
• У літій-іонних акумуляторів відсутній «ефект пам'яті». Це означає, що їх необов'язково повністю розряджати перед тим, як ставити на зарядку.

Тепер про недоліки та складнощі.

Докази «проти»

• Акумуляторні літієві елементи не можна заряджати вище 4,2 вольта і розряджати нижче 2,7 вольта. У реальних умовах цей інтервал ще вужчий. Якщо вийти за ці межі, акумулятор можна вивести з ладу. Тому, крім самих літієвих банок вам потрібно підключити і встановити в шуруповерт контролер заряду-розряду;
• Напруга одного елемента Li-Ion 3,6-3,7 вольта, а для Ni-Cd і Ni-MH це значення 1,2 вольта. Тобто, виникають проблеми зі складання акумуляторної батареї для шуруповертів з номіналом за напругою 12 вольт. З трьох літієвих банок, з'єднаних послідовно, можна зібрати АКБ номіналом 11,1 вольт. З чотирьох - 14,8, з п'яти - 18,5 вольта і так далі. Природно, що межі напруги при заряді-розряді також будуть інші. Тобто можуть виникнути проблеми сумісності переробленої батареї із шуруповертом;
• Найчастіше у ролі літієвих елементів для переробки використовуються банки стандарту 18650. За розмірами вони від Ni─Cd і Ni─MH банок. Крім того, потрібно буде місце для контролера заряду-розряду та проводів. Все це потрібно буде вмістити в стандартному корпусі АКБ шуруповерта. Інакше працювати їм буде вкрай незручно;
• Зарядний пристрій для кадмієвих акумуляторів може не підійти для заряджання батареї після її переробки. Можливо, буде потрібно доопрацювання ЗУ або використання універсальних зарядок;
• Акумулятори літієві втрачають працездатність при негативних температурах. Це критично для тих, хто використовує шуруповерт на вулиці;
• Ціна літієвих акумуляторів вища за кадмієві.

Заміна акумуляторів у шуруповерті на літієві

Що потрібно прикинути перед початком робіт?

Потрібно визначитися з кількістю елементів у батареї, що у результаті вирішує величину напруги. Для трьох елементів стеля буде 12,6, а для чотирьох – 16,8 вольта. Йдеться про переробку широко поширених акумуляторів з номіналом 14,4 вольта. Краще вибрати 4 елементи, оскільки під час роботи напруга досить швидко просяде до 14,8. Відмінність у кілька вольт не позначиться на роботі шуруповерта.

Крім того, більша кількість літієвих елементів дасть більшу ємність. А значить, більший час роботи шуруповерту.

Далі потрібно правильно вибрати самі літієві елементи. Форм-фактор без варіантів – 18650. Основне, на що потрібно дивитися, це розрядний струм та ємність. За статистикою при штатній роботі шуруповерта споживаний струм знаходиться в діапазоні 5-10 ампер. Якщо різко натиснути кнопку запуску, то струм може кілька секунд підскочити до 25 ампер. Тобто вам потрібно вибирати літієві з максимальним значенням розрядного струму 20-30 ампер. Тоді при короткочасному збільшенні струму до цих величин акумулятор не буде пошкоджений.

Номінальна напруга літієвих елементів 3,6-3,7 вольта, а ємність в більшості випадків становить 2000-3000 мАг. Якщо корпус акумулятора дозволяється, можете взяти не 4, а 8 елементів. По два з'єднати їх у 4 паралельні зборки, а потім уже підключити їх послідовно. В результаті ви зможете наростити ємність АКБ. Але далеко не кожен корпус вдасться упаковати 8 банок 18650.

І останній підготовчий етап – це вибір контролера. За своїми характеристиками він повинен відповідати за номінальною напругою та струмом розряду. Тобто, якщо ви вирішили збирати батарею 14,4 вольта, то вибираєте контролер із цією напругою. Робочий струм розряду зазвичай вибирається вдвічі менше, ніж гранично допустимий струм.

Вище ми встановили, що допустимий короткочасний струм розряду для літієвих елементів 25-30 ампер. Значить, контролер заряду-розряду має бути розрахована на 12-15 ампер. Тоді захист спрацьовуватиме при збільшенні струму до 25-30 ампер. Не забувайте також про габарити плати захисту. Її разом з елементами потрібно буде вмістити в корпус АКБ шуруповерта.

Всіх вітаю, хто заглянув на вогник. Мова в огляді піде, як ви напевно вже здогадалися, про дві прості хустки, призначені для контролю за збірками Li-Ion акумуляторів, іменовані BMS. В огляді буде тестування, а також кілька варіантів обробки шуруповерта під літій на основі цих плат або подібних. Кому цікаво, ласкаво прошу під кат.
Update 1, Доданий тест робочого струму плат та невелике відео по червоній платі
Update 2, Оскільки тема викликала невеликий інтерес, тому постараюся доповнити огляд ще кількома способами переробки шурика, щоб вийшов простенький FAQ

Загальний вигляд:


Короткі плати ТТХ:


Примітка:

Відразу хочу попередити – з балансиром лише синя плата, червона без балансира, тобто. це чисто плата захисту від перезаряду/перерозряду/КЗ/високого навантажувального струму. А також всупереч деяким переконанням жодна з них не має контролера заряду (CC/CV), тому для їх роботи необхідна спеціальна хустка з фіксованою напругою та обмеженням струму.

Габарити плат:

Розміри плат зовсім невеликі, всього 56мм*21мм у синій та 50мм*22мм у червоної:




Ось порівняння з акумуляторами АА та 18650:


Зовнішній вигляд:

Почнемо з :


При більш детальному розгляді можна побачити контролер захисту – S8254AA та компоненти балансування для 3S складання:


На жаль, робочий струм за заявою продавця всього 8А, але судячи з датішит один мосфет AO4407A розрахований на 12А (піковий 60А), а у нас їх два:

Ще зазначу, що струм балансування зовсім невеликий (близько 40ma) і активується балансування, як тільки всі комірки/банки перейдуть у режим CV (друга фаза заряду).
Підключення:


простіше, бо немає балансира:


Вона також виконана на основі контролера захисту - S8254AA, але розрахована на більш високий робочий струм 15А (знову ж за заявами виробника):


Ходячи по даташитах на силові мосфети, робочий струм заявлений 70А, а піковий 200А, вистачить навіть одного мосфета, а у нас їх два:

Підключення аналогічне:


Разом, як ми бачимо, на обох платах присутній контролер захисту з необхідною розв'язкою, силові мосфети і шунти для контролю струму, що проходить, але в синій є ще й вбудований балансир. Я особливо не вникав у схему, але схоже, що силові мосфети запаралелені, тому робочі струми можна множити на два. Важлива примітка – максимальні робочі струми обмежуються струмовими шунтами! Про алгоритм заряду (CC/CV) ці хустки не знають. На підтвердження того, що це саме плати захисту, можна судити по датасіту на контролер S8254AA, в якому про зарядний модуль жодного слова:


Сам контролер розрахований на 4S з'єднання, тому з деякою доопрацюванням (судячи з даташиту) - підпаювання кондера і резистора, можливо, запрацює червона хустка:


Синю хустку так просто доопрацювати до 4S не вийде, доведеться допоювати елементи балансу.

Тестування плат:

Отже, переходимо до найголовнішого, саме до того, наскільки вони придатні для реального застосування. Для тестування нам допоможуть такі пристрої:
- збірний модуль (три три/чотириреєстрові вольтметри і холдер для трьох 18650 акумуляторів), який миготів у моєму огляді зарядника, правда, вже без балансувального хвостика:


- Двореєстровий ампервольтметр для контролю струму (нижні показання приладу):


- понижувальний DC/DC перетворювач із струмообмеженням та можливістю заряду літію:


- зарядно-балансувальний пристрій iCharger 208B для розряду всього збирання

Стенд простий - плата перетворювач подає фіксовану постійну напругу 12,6V та обмежує зарядний струм. По вольтметрах дивимося, на якому напрузі спрацьовують плати та як відбалансовані банки.
Для початку подивимося головну фішку синьої плати, а саме балансування. На фото 3 банки заряджені на 4,15V/4,18V/4,08V. Як бачимо – розбалансування. Подаємо напругу, зарядний струм поступово падає (нижній приладчик):


Оскільки хустка не має жодних індикаторів, то закінчення балансування можна оцінити лише на око. Амперметр за годину з гаком до закінчення вже показував по нулях. Кому цікаво, ось невеликий ролик про те, як працює балансир у цій платі:

У результаті банки відбалансовані на рівні 4,210V/4,212V/4,206V, що дуже непогано:


При подачі напруги трохи більшого 12,6V, як я зрозумів, балансир неактивний і як тільки напруга на одній зі банок досягне 4,25V, то контролер захисту S8254AA відключає заряд:


Така сама ситуація і з червоною платою, контролер захисту S8254AA відключає заряд також на рівні 4,25V:


Тепер пройдемося по відсіченню при навантаженні. Розряджатиму, як уже згадував вище, зарядно-балансувальним пристроєм iCharger 208B в режимі 3S струмом 0,5А (для більш точних вимірів). Оскільки мені не дуже хочеться чекати на розряд всієї батареї, тому я взяв один розряджений акумулятор (на фото зелений Самсон INR18650-25R).
Синя плата відключає навантаження, як тільки напруга на одній із банок досягне 2,7V. На фото (без навантаження-> перед відключенням->закінчення):


Як бачимо, рівно на 2,7V платня відключає навантаження (продавець заявляв 2,8V). Як мені здається, трохи високо, особливо якщо враховувати той факт, що в тих же шуруповертах навантаження величезні, отже, і просадка напруги велика. Все ж таки бажано в таких приладах мати відсічення під 2,4-2,5V.
Червона плата, навпаки, відключає навантаження, як тільки напруга на одній із банок досягне 2,5V. На фото (без навантаження-> перед відключенням->закінчення):


Ось тут взагалі все добре, але немає балансиру.

Update 1: Тест навантаження:
По струму віддачі нам допоможе наступний стенд:
- той самий холдер/тримач для трьох 18650 акумуляторів
- 4-х регістровий вольтметр (контроль загальної напруги)
- автомобільні лампи розжарювання як навантаження (на жаль, у мене всього 4 лампи розжарювання по 65W, більше не маю)
- Мультиметр HoldPeak HP-890CN для вимірювання струмів (макс 20А)
- якісні мідні багатожильні акустичні дроти великого перерізу

Кілька слів про стенді: акумулятори з'єднані «вальтом», тобто. як би один за одним, для зменшення довжини з'єднувальних проводів, а отже і падіння напруги на них при навантаженні буде мінімальним:


З'єднання банок на холдері («вальтом»):


Як щупи для мультиметра виступили якісні дроти з крокодилами від зарядно-балансувального пристрою iCharger 208B, бо HoldPeak'івські не вселяють довіру, та й зайві з'єднання будуть вносити додаткові спотворення.
Для початку потестимо червону плату захисту, як найцікавішу в плані струмового навантаження. Припаяємо силові та побаночні дроти:


Виходить щось на кшталт цього (навантажувальні з'єднання вийшли мінімальної довжини):


Я вже згадував у розділі про переробку шурика про те, що подібні холдери не дуже призначені для таких струмів, але для тестів піде.
Отже, стенд на основі червоної хустки (за вимірами не більше 15А):


Коротко поясню: плата тримає 15А, але я не маю відповідного навантаження, щоб вписатися в цей струм, оскільки четверта лампа додає ще близько 4,5-5А, а це вже за межами хустки. При 12,6А силові мосфети теплі, але не гарячі, саме для тривалої роботи. При струмах понад 15А плата йде на захист. Я заміряв із резисторами, вони додавали пару ампер, але стенд уже розібраний.
Величезний плюс червоної плати немає блокування захисту. Тобто. при спрацьовуванні захисту не потрібно активувати подачею напруги на вихідні контакти. Ось невеликий відеоролик:

Трохи поясню. Оскільки лампи розжарювання в холодному вигляді мають низький опір, та ще й включені паралельно, то хустка думає, що сталося коротке замикання і спрацьовує захист. Але завдяки тому, що плата не має блокування, можна трохи розігріти спіральки, зробивши «м'якший» старт.

Синя хустка тримає більший струм, але на струмах понад 10А силові мосфети сильно гріються. На 15А хустки витримає трохи більше хвилини, бо через 10-15 секунд палець не тримає температуру. Благо остигають швидко, тому для короткочасного навантаження цілком підійдуть. Все б нічого, але при спрацюванні захисту платня блокується і для розблокування необхідно подавати напругу на вихідні контакти. Це варіант явно не для шуруповерта. Отже, струм у 16А тримає, але мосфети дуже сильно гріються:


Висновок:особисто моя думка така, що для електроінструменту відмінно підійде звичайна плата захисту без балансу (червона). Вона має високі робочі струми, оптимальну напругу відсікання в 2,5V, та й легко допрацьовується до конфігурації 4S (14,4V/16,8V). Я вважаю – це найоптимальніший вибір для переробки бюджетного шурику під літій.
Тепер по синій хустці. З плюсів – наявність балансування, але робочі струми все ж таки невеликі, 12А (24А) це для шурика з крутним моментом 15-25Нм дещо замало, особливо коли патрон вже майже стопорить при затягуванні шурупа. Та й напруга відсічення всього 2,7V, а це означає, що при сильному навантаженні частина ємності батареї залишиться незатребуваною, оскільки на високих струмах просадка напруги на банках пристойна, та й вони розраховані на 2,5V. І найбільший мінус - плата при спрацюванні захисту блокується, тому застосування в шуруповерт небажане. Синю хустку краще використовувати в якихось саморобках, але це знову ж таки, особисто моя думка.

Можливі схеми застосування або як переробити живлення шурика на літій:

Отже, як можна переробити харчування улюбленого шурика з NiCd на Li-Ion/Li-Pol? Ця тема вже досить заїжджена і рішення, в принципі, знайдено, але я коротко повторюся.
Для початку скажу лише одне – у бюджетних шуриках стоїть лише плата захисту від перезаряду/перерозряду/КЗ/високого навантажувального струму (аналог червоної плати, що оглядається). Жодного балансування там немає. Більше того, навіть у деяких брендових електроінструментах немає балансування. Це стосується всіх інструментів, де є горді написи «Зарядка за 30 хвилин». Так, вони заряджаються за півгодини, але відключення відбувається тоді, коли напруга на одній із банок досягне номіналу або спрацює плата захисту. Не важко здогадатися, що банки будуть заряджені не повністю, але різниця всього 5-10%, тому не так важливо. Головне запам'ятати, заряд із балансуванням триває, як мінімум, кілька годин. Тому постає питання, а воно вам треба?

Отже, найпоширеніший варіант виглядає так:
Мережеве ЗУ зі стабілізованим виходом 12,6V та обмеженням струму (1-2А) -> плата захисту ->
У результаті: дешево, швидко, прийнятно, надійно. Балансування гуляє залежно від стану банок (ємність та внутрішній опір). Цілком робочий варіант, але через деякий час розбалансування дасться взнаки за часом роботи.

Більш правильний варіант:
Мережеве ЗУ зі стабілізованим виходом 12,6V, обмеженням струму (1-2А) -> плата захисту з балансуванням -> 3 послідовно з'єднані акумулятори
У результаті: дорого, швидко/повільно, якісно, ​​надійно. Балансування в нормі, ємність батареї максимальна

Отже, намагатимемося зробити на зразок другого варіанта, ось як можна зробити:
1) Li-Ion/Li-Pol акумулятори, плати захисту та спеціалізований зарядно-балансувальний пристрій (iCharger, iMax). Додатково доведеться вивести балансувальний роз'єм. Мінусів лише два – модельні зарядники недешеві, та й обслуговувати не дуже зручно. Плюси – високий струм заряду, високий струм балансування банок
2) Li-Ion/Li-Pol акумулятори, плата захисту з балансуванням, DC перетворювач з струмообмеженням, БП
3) Li-Ion/Li-Pol акумулятори, плата захисту без балансування (червона), DC перетворювач з струмообмеження, БП. З мінусів лише те, що з часом з'явиться розбаланс банок. Для мінімізації розбалансування перед переробкою шурика необхідно підігнати напругу до одного рівня і бажано брати банки з однієї партії.

Перший варіант пригодиться лише тим, хто має модельне ЗУ, але мені здається, якщо їм потрібно було, то вони вже давно переробили свій шурик. Другий та третій варіанти практично однакові та мають право на життя. Необхідно лише вибрати, що важливіше – швидкість чи ємність. Я вважаю, що найоптимальніший варіант – останній, але лише раз на кілька місяців потрібно балансувати банки.

Отже, вистачить балаканини, переходимо до ситуації. Оскільки я не маю шурика на NiCd акумуляторах, тому про переробку тільки на словах. Нам буде потрібно:

1) Джерело живлення:

Перший варіант. Блок живлення (БП) як мінімум на 14V або більше. Струм віддачі бажаний не менше 1А (в ідеалі близько 2-3А). Нам підійде блок живлення від ноутбуків/нетбуків, від зарядних пристроїв (вихід більше 14V), блоки для живлення світлодіодних стрічок, відеозаписуючої апаратури (DIY БП), наприклад:


- Знижувальний DC/DC перетворювач з струмообмеженням та можливістю заряду літію, наприклад, або :


- Другий варіант. Готові блоки живлення для шурик з токообмеженням і виходом 12,6V. Коштують недешево, як приклад із мого огляду шуруповерта MNT - :


- третій варіант. :


2) Плата захисту з балансиром або його. То струму бажано брати із запасом:


Якщо використовуватиметься варіант без балансира, необхідно підпаяти балансувальний роз'єм. Це необхідно контролю напруги на банках, тобто. для оцінки розбалансування. І як ви розумієте, потрібно буде періодично дозаряджати батарею простим зарядним модулем TP4056, якщо почалося розбалансування. Тобто. раз на кілька місяців беремо хустку TP4056 і заряджаємо по черзі всі банки, які після закінчення заряду мають напругу нижче 4,18V. Цей модуль коректно відрубує заряд на фіксованому напрузі 4,2V. Ця процедура займе годину-півтори, натомість банки будуть більш-менш збалансовані.
Написано трохи сумбурно, але для тих, хто у танку:
Через кілька місяців ставимо на зарядку батарею шуруповерта. Після закінчення заряду дістаємо балансувальний хвостик та міряємо напругу на банках. Якщо виходить щось подібне до цього – 4,20V/4,18V/4,19V, то балансування, в принципі, не потрібне. Але якщо картина наступна – 4,20V/4,06V/4,14V, то беремо модуль TP4056 і дозаряджаємо по черзі дві банки до 4,2V. Іншого варіанту, окрім спеціалізованих зарядників-балансурів, я не бачу.

3) Високострумові акумулятори:


Я вже раніше писав кілька невеликих оглядів про деякі з них – і . Ось основні моделі високострумових 18650 Li-Ion акумуляторів:
- 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 перевірені часом дешеві Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.) або LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.). З іншими баночками особливо не стикався, але мій вибір - Samsung INR18650-30Q 3000mah. Лиж мав невеликий технологічний дефект і почали з'являтися фейки із заниженою струмовіддачею. Статтю про те, як відрізнити фейк від оригіналу, можу скинути, але трохи пізніше, потрібно пошукати її.

Як усе це господарство поєднати:


Та й кілька слів про з'єднання. Використовуємо якісні мідні багатожильні дроти пристойного перерізу. Це якісні акустичні або звичайні ШВВП/ПВС перерізом 0,5 або 0,75 мм2 з хозмагу (випаровуємо ізоляцію та отримуємо якісні проводочки різного кольору). Довжина сполучних провідників має бути мінімальною. Акумулятори бажані з однієї партії. Перед з'єднанням бажано зарядити їх до однієї напруги, щоб якомога довше не було розбалансування. Паяння акумуляторів не становить нічого складного. Головне мати потужний паяльник (60-80Вт) та активний флюс (паяльна кислота, наприклад). Паяється на ура. Головне потім протерти місце паяння спиртом чи ацетоном. Самі акумулятори розміщуються в відсіку від старих NiCd банок. Розташовувати краще трикутником, мінус до плюсу або як у народі «вальтом», за аналогією з цим (один акум буде розташований навпаки), або трохи вище хороше пояснення (у розділі тестування):


Так, що з'єднують акумулятори дроту, вийдуть короткими, отже, падіння дорогоцінної напруги в них під навантаженням буде мінімальним. Використовувати холдери на 3-4 акумулятори не рекомендую, вони не призначені для таких струмів. Побаночні та балансувальні провідники не такі важливі і можуть бути меншого перерізу. В ідеалі, акуми та плату захисту краще запхати в батарейний відсік, а знижуючий DC перетворювач окремо в док станцію. Світлодіодні індикатори заряду/зарядження можна замінити своїми і вивести на корпус докстанції. За бажання можна додати в батарейний модуль мінівольтметр, але це зайві гроші, бо загальна напруга на АКБ лише побічно скаже про залишкову ємність. Але якщо є бажання, то чому б і ні. Ось:

Тепер прикинемо за цінами:
1) БП – від 5 до 7 доларів
2) DC/DC перетворювач – від 2 до 4 доларів
3) Плати захисту – від 5 до 6 доларів
4) Акумулятори - від 9 до 12 доларів (3-4 $ штучка)

Разом, загалом 15-20$ за переробку (зі знижками/купонами), чи 25$ без них.

Update 2, ще кілька способів переробки шурика:

Наступний варіант (підказали за коментарями, дякую I_R_Oі cartmannn):
Використовувати недорогі 2S-3S зарядні пристрої типу (це виробник того ж iMax B6) або всілякі копії B3/B3 AC/imax RC B3 () або ()
Оригінальний SkyRC e3 має зарядний струм на кожну банку 1,2А проти 0,8А у копій, повинен бути точний і надійний, але вдвічі дорожче за копії. Зовсім недорого можна купити на тому ж. Як я зрозумів за описом, він має 3 незалежні зарядні модулі, щось схоже на 3 модулів TP4056. Тобто. SkyRC e3 та його копії не мають балансування як такої, а просто заряджають банки до одного значення напруги (4,2V) одночасно, оскільки у них не виведено силових роз'ємів. В асортименті SkyRC є справді зарядно-балансувальні пристрої, наприклад, але струм балансування всього 200ma і коштує вже в районі 15-20 доларів, зате вміє заряджати ліфешки (LiFeP04) та струми заряду до 3А. Кому цікаво, можуть ознайомитися з модельним рядом.
Отже, для даного варіанта необхідно будь-який з перерахованих вище 2S-3S зарядних пристроїв, червона або аналогічна (без балансування) плата захисту та високострумові акумулятори:


Як на мене, дуже хороший та економічний варіант, напевно, я зупинився б на ньому.

Ще один варіант, запропонований камрадом Volosaty:
Використовувати так званий «Чеський балансир»:

Де він продається краще спитати у нього, я вперше про нього почув, :-). По струмах нічого не підкажу, але судячи з опису, йому необхідне джерело живлення, тому варіант не такий бюджетний, але як цікавий у плані зарядного струму. Ось посилання на . Отже, для цього варіанта необхідні: джерело живлення, червона або аналогічна (без балансування) плата захисту, «чеський балансир» та високострумові акумулятори.

Переваги:
Я вже раніше згадував про переваги літієвих джерел живлення (Li-Ion/Li-Pol) над нікелевими (NiCd). У нашому випадку порівняння віч-на-віч – типова батарея шурика з NiCd акумуляторів проти літієвої:
+ Висока щільність енергії. У типової нікелевої батареї 12S 14,4V 1300mah запасена енергія 14,4*1,3=18,72Wh, а у літієвої батареї 4S 18650 14,4V 3000mah - 14,4*3=43,2Wh
+ Відсутність ефекту пам'яті, тобто. можна заряджати їх у будь-який момент, не чекаючи повного розряду
+ менші габарити та вага при однакових параметрах з NiCd
+ швидкий час заряду (не бояться великих струмів заряду) та зрозуміла індикація
+ низький саморозряд

З мінусів Li-Ion можна відзначити лише:
- низька морозостійкість акумуляторів (бояться негативних температур)
- потрібне балансування банок при заряді та наявність захисту від перерозряду
Як бачимо, переваги літію очевидні, тому часто має сенс переробки харчування.

Висновок:оглядові хустки непогані, повинні підійти для будь-якого завдання. Якби у мене був шурик на NiCd банках, для переробки я вибрав би червону хустку, :-)…

Товар надано для написання огляду магазином. Огляд опубліковано відповідно до п.18 Правил сайту.

Акумуляторний інструмент мобільніший та зручніший у використанні в порівнянні зі своїми мережевими побратимами. Але не треба забувати і про суттєву нестачу акумуляторного інструменту, це як ви самі розумієте недовговічність батарей живлення. Купувати окремо нові акумулятори можна порівняти за ціною з придбанням нового інструменту.

Після чотирьох років служби мій перший шуруповерт, а точніше, батареї стали втрачати ємність. Для початку я з двох батарей зібрав одну, вибравши робочі «банки», але й цієї модернізації вистачило ненадовго. Переробляв свій шуруповерт на мережевий – виявилося дуже незручно. Довелося купити такий самий, але новий 12 вольтовий «Інтерскол ТАК-12ЕР». Батареї у новому шуруповерті прослужили ще менше. У результаті два справні шуруповерти і не одна робоча батарея.

На просторах інтернету багато пишуть, як вирішити цю проблему. Пропонується переробити батареї, що відслужили свій термін, Ni-Cd на Li-ion акумулятори типорозміру 18650. На перший погляд нічого складного в цьому немає. Видаляєш із корпусу старі Ni-Cd батареї та встановлюєш нові Li-ion. Але виявилося не все так просто. Нижче описано, на що слід звернути увагу при модернізації акумулятора.

Для переробки потрібно:

Почну з літій іонних акумуляторів 18650. Купувалися на .

Номінальна напруга елементів 18650 – 3,7 В. За заявою продавця ємність 2600мАч, маркування ICR18650 26F, габарити 18 на 65 мм.

Переваги Li-ion батарей перед Ni-Cd - менші габарити і вага, при більшій ємності, а також відсутність так званого ефекту пам'яті. Але у літій іонних батарей є серйозні недоліки, а саме:

1. Негативні температури різко знижують ємність, що не скажеш про нікель кадмієвих батарей. Звідси висновок – якщо інструмент часто використовується при негативних температурах, заміна на Li-ion не вирішить проблему.

2. Розряд нижче 2,9 - 2,5В та перезаряд вище 4,2В може бути критичним, можливий повний вихід з ладу. Отже, потрібна BMS плата для контролю заряду та розряду, якщо її не встановити, нові елементи живлення швидко вийдуть з ладу.

В інтернеті в основному описують, як переробити 14-вольтовий шуруповерт – він ідеально підходить для модернізації. При послідовному з'єднанні чотирьох елементів 18650 та номінальній напрузі 3,7В. отримуємо 14,8В. - саме, що треба, навіть при повній зарядці плюс ще 2В це не страшно для електродвигуна. А як бути із 12В інструментом. Можливі два варіанти, встановити 3 або 4 елементи 18650, якщо три начебто замало, особливо при частковому розряді, а якщо чотири - забагато. Я вибрав чотири і мій погляд зробив правильний вибір.

А зараз про BMS плату, вона також з AliExpress.

Це так звана плата контролю заряду, розряду батареї, у моєму випадку CF-4S30A-A. Як видно з маркування, розрахована вона для батареї з чотирьох «банок» 18650 і струм розряду до 30А. Ще в неї вбудований так званий «балансир», який контролює заряд кожного елемента окремо та унеможливлює нерівномірну зарядку. Для правильної роботи плати акумулятори для збирання беруться однієї ємності та бажано з однієї партії.

Взагалі у продажу є безліч BMS плат з різними характеристиками. На струм нижче 30А брати не раджу - плата постійно йтиме на захист і для відновлення роботи на деякі плати потрібно короткочасно подати зарядний струм, а для цього потрібно вийняти акумулятор і підключити до зарядного пристрою. На платі, яку ми розглядаємо, такого недоліку немає, просто відпускаєш курок шуруповерта і за відсутності струмів короткого замикання плата включиться сама.

Для зарядки переробленого акумулятора чудово підійшов рідний універсальний зарядний пристрій. В останні роки "Інтерскол" став комплектувати свій інструмент універсальними ЗУ.

На фото видно, до якого напруги BMS плата заряджає мою батарею разом зі штатним зарядним пристроєм. Напруга на акумуляторі після зарядки 14,95В трохи вище за потрібне для 12 вольтового шуруповерта, але це швидше навіть краще. Мій старий шуруповерт став швидшим і потужнішим, а побоювання що він перегорить, після чотирьох місяців використання поступово розвіялися. Ось начебто й усі основні нюанси, можна приступати до переробки.

Розбираємо стару батарею.

Випаюємо старі банки і залишаємо клеми разом із термодатчиком. Якщо видалити датчик, то при використанні штатного ЗУ воно не включиться.

Згідно зі схемою на фото, спаюємо 18650 елементів в одну батарею. Перемички між «банками» мають бути виконані товстим дротом мінімум 2,5 кв. мм, оскільки струми під час роботи шуруповерта великі, а за невеликому перерізі різко впаде потужність інструмента. У мережі пишуть, що паяти Li-ion акумулятори не можна, оскільки вони бояться перегріву, і рекомендують з'єднувати за допомогою точкового зварювання. Паяти можна лише потрібен паяльник по потужніше не менше 60 ватів. Найголовніше паяти треба швидко, щоб не перегріти сам елемент.

Повинно вийти приблизно так, щоб увійшло корпус акумулятора.

Проблема, яка стоїть перед усіма, хто має вдома якийсь ел/інструмент, що працює від АКБ – підвищення терміну їх експлуатації. В основному всі побутові моделі шуруповертів комплектуються акумуляторами металгідридними (NiMH) або нікель-кадмієвими (NiCd). І це пояснюється насамперед їх нижчою ціною порівняно з літій-іонними (Li-ion) аналогами.

Незважаючи на високу вартість, останні краще за багатьма параметрами. Достатньо позначити лише два – практично повну відсутність саморозряду та триваліший термін придатності. Користуватися шуруповертом у побуті доводиться не щодня, лише зрідка, тому має сенс переробити акумулятор шуруповерта з NiCd (або NiMH) на літій-іонну батарею самостійно, не витрачаючи гроші на зразок промислового виготовлення. Про те, як це здійснити – ця стаття.

Усі зазначені нижче величини напруг – лише однієї з моделей шуруповертів, як приклад розрахунків.

Алгоритм переробки АКБ на літій-іонну батарею

Підбір акумуляторів

Тут не зайве згадати середню школу - при послідовному з'єднанні батарей номінали їх напруг підсумовуються. Наприклад, якщо для нормальної роботи шуруповерта потрібно 14,4 В, то замість одного (штатного) акумулятора достатньо придбати 4 штуки по 3,3 В. Цілком вистачить, тому що літій-іонні елементи при включенні інструменту не надто «просідають».

Що врахувати:

• Якщо прийнято рішення про переробку АКБ шуруповерта, то для досягнення очікуваного ефекту слід купувати міні-батареї від відомого виробника. Наприклад, акумулятори LiFePO4 компанії Sistem A123. Їх ємність (в мА/год) – 2300, що цілком достатньо для нормальної роботи ел/інструменту. Якщо орієнтуватися на дешеві елементи «made in Китай», то переробка втрачає сенс – ці вироби довго не прослужать.
• Купівля міні-акумуляторів літій-іонних через інтернет-магазин дозволить суттєво заощадити. Вони обійдуться приблизно в 900 рублів, тоді як у торговій точці за них доведеться віддати не менше 1700 - 2000. Це ж стосується і зарядного пристрою. Такий підхід дозволить вирішити проблему з мінімальними витратами, інакше простіше купити до шуруповерта готовий Li-ion акумулятор за 6800 - 7150 рублів і не витрачати час на переробку. Про те, .
• Купуючи батареї, слід звернути увагу на наявність мідних смужок на їх висновках. Це значно полегшить процес складання акумулятора з окремих елементів (етап паяння).

Підбір інструментів та матеріалів

Процес паяння відрізняється своєю специфікою. Жало паяльника розігрівається до високої температури, а тривалий термічний вплив для АКБ згубний. Отже, необхідно звести час нагріву до мінімуму. Цього вдасться досягти, якщо замість традиційного флюсу - соснова каніфоль або спиртовмісні склади на її основі - використовувати паяльну кислоту. Придбати можна у будь-якій точці, де продаються радіомонтажні інструменти та деталі, або в автомагазині (відділ запчастин). Вартість флакона для паяння в 20 г - близько 35 рублів.

Виходячи зі сказаного і так, щоб його потужності вистачило для швидкого плавлення припою. Автор використав найпоширеніший у побуті – 65 Вт/220. З інструментом вищої потужності – 100 Вт – працювати складніше, оскільки перегріву уникнути важко. Тут потрібен досвід та акуратність. Те саме стосується і паяльника на 40 Вт. Доведеться збільшити час нагріву, тому можна переборщити. Хоча це рекомендація на основі особистого досвіду і автор не має права нав'язувати свою думку.

Монтаж літій-іонної батареї

Підготовка «складання»

Перед тим, як зайнятися паянням, слід визначитися з компонуванням відсіку акумулятора. Тобто розмістити всі елементи так, щоб вони зручно лягали в нього. Після цього придбані батареї скріплюються клейкою стрічкою (ПВХ, скотч).

Обробка контактів міні-акумуляторів

Вони поступово окислюються. Значить, їх треба трохи зачистити. Саме злегка, за допомогою дрібнозернистої (шліфувальної) шкірки.

• Він починається з знежирення «контактної» частини акумулятора та короткочасного нагрівання прикладеного припою. Лудити краще легко плавиться, наприклад, ПОС-40. Паяльник повинен стикатися з металом АКБ трохи більше 1,2 – 2 сек. Особлива увага при паянні плюсового виведення.
• Використовувати як сполучні проводи бажано мідні, перетином не менше 2,5 «квадрата». Вони обов'язково ізолюються термокембриком.
• Усі міні-акумулятори з'єднуються перемичками згідно зі схемою. Як такі використовується провід або «шини» зі смужок тонкого металу.
• Заключний етап – приєднання проводів до виводів відсіку акумулятора. У разі, якщо укладання складання в нього утруднене, слід прибрати ребра жорсткості. Вони з пластмаси, тому за допомогою бокорізів позбутися їх нескладно.

Додатково

Робити чи ні, вирішувати вам, читачу. Але особливість Li-ion акумуляторів у тому, що вони чутливі до перезаряду. Тому бажано контролювати номінал напруги не тільки на всій збірці, а й на кожному елементі окремо. Значить, крім 2-х проводів «+» і «–», потрібно вивести ще 5. Щоб обмежитися лише одним роз'ємом (і для заряду, і для балансування), можна використовувати такий.

Схема розпаювання контактів

• "+" - 5 і 9.
• "-" - 1 і 6.
• Контакти балансувальні (по зростаючій) – 2, 7, 3, 8 та 4.

Роз'єми для підключення до зарядного пристрою вибираються залежно від моделі. Обидва сполучні кабелі припаюються за схемою.

Незважаючи на те, що використання літій-іонних акумуляторів дає безліч переваг – відсутність «пам'яті» батареї, вкрай низький саморозряд, можливість працювати шуруповертом в умовах негативних температур, тривалий (до 8 років) термін придатності – вони чутливіші до дотримання технології зарядки. Якщо не контролювати номінал напруги, то Li-ion АКБ швидко руйнується. Отже, доведеться купувати спеціальний, дорожчий зарядний пристрій. Те, яким спочатку укомплектовано шуруповерт, для літій-іонних акумуляторів не підходить.

В інтернеті зустрічаються рекомендації щодо вторинного використання Li-ion батарей, які раніше були встановлені в інших технічних пристроях. Наприклад, для забезпечення автономної роботи ноутбука або телефону (стільникового). Варіантів багато. Автор пропонує запитати просте питання – Чи раціональна така економія, якщо вироби категорії не забезпечать нормального функціонування шуруповерта, враховуючи специфіку застосування даного ел/інструменту?Можливо, якийсь час він і виконуватиме своє завдання, але наскільки ефективно і як довго цілком закономірне питання. Тому подібні поради різних «саморобкіних» навряд чи заслуговують на увагу.

Для контролю стану елементів акумулятора можна придбати індикатор напруги. У радіомагазині підкажуть, яку платню доцільніше використати. Коштує недорого - близько 180 рублів.

Перш ніж займатися переробкою акумулятора, слід переглянути паспорт шуруповерта. Яка номінальна напруга у ньому зазначена. Залежно від цього вибирається потрібна кількість елементів.

Автор звертає увагу, що без достатніх знань у радіотехніці займатися самостійним виготовленням електронних плат недоцільно. Найменша помилка, наприклад, у підборі деталей для схеми балансування призведе до того, що елементи почнуть один за одним «вилітати», і їх заміною на нові міні-АКБ доведеться займатися регулярно.

Якщо немає впевненості в тому, що роботу вдасться виконати якісно, ​​не варто витрачати час на переробку та придбати літій-іонну батарею до шуруповерта в магазині. Незважаючи на її ціну, зрештою це вийде дешевше, ніж постійна реанімація саморобного акумулятора. Або зробити простіше – купити відповідну модель зарядного пристрою. Тоді й плати монтувати не доведеться.

2016-06-02

Ну а що робити тим, у кого інструмент старий? Та все дуже просто: викинути Ni-Cd банки та замінити їх на Li-Ion популярного формату 18650 (маркування позначає діаметр 18 мм та довжину 65 мм).

Яка потрібна плата і які потрібні елементи для переробки шуруповерту на літій-іон

Отже, ось мій акумулятор на 9,6 і ємністю 1,3 А · год. За максимального рівня заряду він має напругу 10,8 вольт. Літій-іонні елементи мають номінальну напругу 3,6 вольта, максимальну – 4,2. Отже, для заміни старих нікель-кадмієвих елементів на літій-іонні мені знадобляться 3 елементи, їхня робоча напруга буде 10,8 вольт, максимальна – 12,6 вольт. Перевищення номінальної напруги ніяк не зашкодить мотору, він не згорить і за більшої різниці, турбуватися не треба.

Літій-іонні елементи, як це давно відомо, категорично не люблять перезаряд (напруга вище 4,2 В) і надмірний розряд (нижче 2,5 В). При таких перевищення робочого діапазону елемент дуже швидко деградує. Тому літій-іонні елементи завжди працюють у парі з електронною платою (BMS – Battery Management System), що керує елементом та контролює як верхню, так і нижню межу напруги. Це плата захисту, що просто від'єднує банку від електричного ланцюга при виході напруги за межі робочого діапазону. Тому, крім самих елементів, буде потрібна така плата BMS.

Тепер два важливі моменти, з якими я кілька разів невдало експериментував, доки не прийшов до правильного вибору. Це – максимально допустимий робочий струм самих Li-Ion елементів та максимальний робочий струм BMS-плати.

У шуруповерті робочі струми за високого навантаження досягають 10-20 А. Тому й елементи потрібно купувати такі, які здатні віддавати високі струми. Особисто я успішно користуюся 30-амперними елементами 18650 виробництва Sony VTC4 (ємністю 2100 мАг) та 20-амперними Sanyo UR18650NSX (ємністю 2600 мАг). Вони нормально працюють у моїх шуруповертах. А ось, наприклад, китайські TrustFire 2500 мАг і японські світло-зелені Panasonic NCR18650B на 3400 мАг не годяться, вони такі струми не розраховані. Тому не треба гнатися за ємністю елементів - навіть 2100 мАч більш ніж достатньо; головне при виборі - не прорахуватися з максимально допустимим струмом розряду.

І так само, BMS-плата має бути розрахована на високі робочі струми. Я бачив у Youtube, як народ збирає акумулятори на 5-ти або 10-амперних платах – не знаю, особисто у мене такі плати при включенні шуруповерта одразу йшли на захист. На мою думку, це викид грошей. Скажу так, що сама фірма Makita ставить у свої акумулятори 30-амперні плати. Тому я користуюсь 25-амперними BMS, купленими на Аліекспресі. Вони коштують близько 6-7 доларів і шукаються на запит «BMS 25A». Оскільки потрібна плата на складання з 3-х елементів, треба шукати таку плату, в назві якої буде «3S».

Ще один важливий момент: деякі плати на зарядку (позначення «С») і навантаження (позначення «P») можуть мати різні контакти. Наприклад, плата може мати три контакти: «P-», «P+» та «C-», як на рідній макитівській літій-іонній платі. Така плата нам не підійде. Заряджання та розряджання (charge/discharge) повинні здійснюватися через один контакт! Тобто, на платі має бути 2 робочі контакти: просто «плюс» і просто «мінус». Тому що наш старий зарядний пристрій також має лише два контакти.

Загалом, як уже можна було здогадатися, я зі своїми експериментами викинув багато грошей як на неправильні елементи, так і на неправильні плати, зробивши всі помилки, які можна було зробити. Натомість отримав безцінний досвід.

Як розібрати акумулятор шуруповерту

Як розібрати старий акумулятор? Є акумулятори, де половинки корпусу кріпляться гвинтами, але є на клею. Мої акумулятори саме з останніх, і я взагалі довгий час вважав, що їх неможливо розібрати. Виявилося, що можливо, якщо маєш молоток.

Загалом, за допомогою інтенсивних ударів у периметр кромки нижньої частини корпусу (молоток із нейлоновою головкою, акумулятор потрібно тримати у руці на вазі) місце склеювання успішно роз'єднується. Корпус при цьому не пошкоджується, я вже 4 штуки так розібрав.

Частина, що цікавить нас.

Від старої схеми потрібні лише контактні пластини. Вони міцно приварені до двох верхніх елементів точковим зварюванням. Відколупати зварювання можна викруткою або плоскогубцями, але колупати треба максимально акуратно, щоб не зламати пластик.

Все майже готове до подальшої роботи. До речі, штатні термодатчики та розмикачі я залишив, хоча вони вже не особливо актуальні.

Але дуже ймовірно, що наявність цих елементів необхідна для нормальної роботи штатного зарядного пристрою. Тому рекомендую їх зберегти.

Збираємо літієво-іонний аккумулятор

Ось нові елементи Sanyo UR18650NSX (за цим артикулом їх можна знайти на Аліекспрес) ємністю 2600 мАг. Для порівняння, старий акумулятор мав ємність всього 1300 мАг, удвічі менше.

Треба припаяти дроти до елементів. Провід треба брати перетином не менше 0,75 кв.мм, адже струми у нас будуть чималі. Провід з таким перетином нормально працює зі струмами більше 20 А при напрузі 12 В. Паяти літій-іонні банки можна, короткочасний перегрів їм не зашкодить, це перевірено. Але потрібний хороший швидкодіючий флюс. Я користуюсь гліцериновим флюсом ТАГС. Півсекунди - і все готове.

Припаюємо інші кінці проводів до плати згідно зі схемою.

На контактні роз'єми батареї я завжди пускаю ще товстіші дроти по 1,5 кв.мм – тому що місце дозволяє. Перш ніж їх припаювати до контактів у відповідь, на плату надягаю відрізок термозбіжної трубки. Вона потрібна для додаткової ізоляції плати від акумуляторних елементів. В іншому випадку гострі краї паяння можуть легко протерти або проткнути тонку плівку літій-іонного елемента і викликати замикання. Можна і не застосовувати термоусадку, але хоча б щось ізолююче прокласти між платою та елементами необхідно.

Тепер все ізольовано як слід.

Контактну частину можна зміцнити в корпусі акумулятора парою крапель супер-клею.

Акумулятор готовий до збирання.

Добре, коли корпус на гвинтах, але це не мій випадок, тож я просто знову склеюю половинки «Моментом».

Заряджання батареї здійснюється штатним зарядним пристроєм. Щоправда, алгоритм роботи змінюється.

У мене є два зарядні пристрої: DC9710 та DC1414 T. І працюють вони тепер по-іншому, тому я розповім, як саме.

Зарядний пристрій Makita DC9710 та літій-іонна батарея

Раніше заряд акумулятора контролював сам пристрій. При досягненні повного рівня воно зупиняло процес і сигналізувало про завершення заряджання зеленим індикатором. Але зараз контролем рівня та відключенням харчування займається встановлена ​​нами схема BMS. Тому після завершення зарядки червоний світлодіод на зарядному пристрої просто вимкнеться.

Якщо у вас саме такий старий пристрій вам пощастило. Тому що з ним просто. Світиться діод – йде зарядка. Погас – заряджання завершено, акумулятор повністю заряджений.

Зарядний пристрій Makita DC1414 T та літій-іонна батарея

Тут є невеликий нюанс, який треба знати. Це ЗУ новіше і призначене для зарядки ширшого діапазону акумуляторів від 7,2 до 14,4 В. Процес зарядки на ньому йде як зазвичай, горить червоний світлодіод:

А от коли акумулятор (якому у випадку NiMH-елементів належить мати максимальну напругу 10,8 В) досягне 12 вольт (у нас же Li-Ion елементи, у яких максимальна сумарна напруга може становити 12,6 В), заряднику знесе дах. Тому що він не зрозуміє, який саме акумулятор він заряджає: чи 9,6-вольтовий, чи 14,4-вольтовий. І в цей момент Makita DC1414 увійде в режим помилки, по черзі блимаючи червоним і зеленим світлодіодом.

Це нормально! Ваша нова батарея все одно зарядиться - щоправда, не до кінця. Напруга складатиме приблизно 12 вольт.

Тобто якусь частину ємності з цим зарядним пристроєм ви пропустите, але мені здається, це можна пережити.

Разом модернізація акумулятора обійшлася приблизно 1000 рублів. Новий макітовський Makita PA09 коштує вдвічі дорожче. Причому ми в результаті отримали вдвічі більшу ємність, а подальший ремонт (у разі нешвидкого виходу з ладу) полягатиме лише у заміні літій-іонних елементів.