Логотип CellFaktor Логотип батареек Селл Фактор Логотип селл фактор
8-495-776-21-69
663653550
zakaz@cellfaktor.ru
Viber CellFaktor8-903-720-76-40
Переделка шуруповерта на литий-ион

Большинству из нас хотя бы раз доводилось пользоваться столь удобным электроинструментом, как переносная аккумуляторная электродрель, называемым простым словом "шуруповёрт". В сравнении с обычными проводными аналогами, неоспоримым преимуществом устройства является его мобильность. Скорее всего, шуруповёрт есть в каждом доме, а в сфере строительства этот инструмент всегда будет крайне незаменимым. Да и многими производителями электроинструмента выпускается этот полезный прибор уже достаточно давно.

Профессионалы своего дела, активно применяющие его в работе, постоянно сталкиваются с необходимостью частой зарядки аккумулятора. Связано это с относительно небольшой продолжительностью работы прибора от полностью заряженной батареи и последующей долгой, порой 12 часов и более, зарядке аккумулятора. Решая подобную проблему, многие дополнительно приобретают ещё один или несколько сменных батарейных блоков. Стоимость некоторых из них, в зависимости от модели и бренда, может достигать чуть-ли не полной цены самого шуруповёрта. Согласитесь, такой вариант не совсем выгоден. Да и носить их постоянно с собой тоже не всегда бывает удобно.

Представим также, что модель вашего шуруповёрта снята с производства и новый аккумулятор к нему более не выпускается. Нередки случаи, когда инструмент по этой причине попросту лежит без дела. Не исключено, что у многих уже имеются старые аккумуляторные блоки, исчерпавшие свой ресурс и срок работы. Что с ними делать и как же вернуть к жизни аккумуляторную электродрель, ведь расставаться с таким незаменимым помощником совсем не хочется?

Само название "аккумуляторная дрель" подразумевает, что изделие работает от аккумуляторной батареи, расположенной в съемном блоке нижней части инструмента. Наиболее частым решением сложившегося вопроса является полная замена аккумуляторной сборки, размещённой непосредственно внутри корпуса сменного блока. Сборка состоит из отдельных самостоятельных никель-кадмиевых (Ni-Cd) аккумуляторов типоразмера SUB-C (или SC), соединённых между собой по определённой схеме. Каждый из элементов, в заряженном состоянии, имеет напряжение 1.2 В. Зная это, несложно посчитать, сколько аккумуляторов используется в моделях с рабочими напряжениями 12 В (10 шт), 14.4 В (12 шт) и 18 В (15 шт). Даже если вы провели тесты над каждым элементом питания и выяснили, что ёмкость потеряли и перестали заряжаться лишь несколько элементов, целесообразна замена всех аккумуляторов в сборке, так как оставшиеся "рабочие" выйдут из строя намного раньше новых.

Можно вообще избавиться от аккумулятора и питать шуруповерт мощным блоком питания с подходящим напрядением, обычно 12-14 Вольт, и током минимум 10 Ампер. Вот только поиск и подбор такого блока питания, затея не веселая и почти безрезультатная и дорогая. Вдобавок, этот способ лишает той самой пресловутой мобильности.

К ещё одному немаловажному способу восстановления работоспособности шуруповёрта, о котором мы постараемся рассказать подробнее, можно отнести переоснащение инструмента на литий-ионные аккумуляторы. Выбрав такой вариант, вы сможете в несколько раз, почти до 1 часа, сократить время, необходимое для зарядки сменного блока, увеличить продолжительность работы и облегчить общий вес шуруповёрта. А вот характеристики зарядного устройства, которым укомплектован инструмент, могут не подойти для заряда литий-ионной сборки. В таком случае, потребуется изменить его электросхему или же приобрести новое зарядное устройство.

Перед выбором аккумуляторов коротко расскажем о каждом из них. И никель-кадмиевые (Ni-Cd), и литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы имеют как положительные, так и отрицательные стороны. Что же для вас окажется предпочтительнее, вы сможете решить самостоятельно.

К плюсам никель-кадмиевых аккумуляторов можно отнести:

  • невысокая цена элемента;
  • стабильная работа в широком температурном диапазоне;
  • устойчивость к перепадам температур;
  • сохранение высокой ёмкости даже при -20гр С;
  • устойчивость к большим токам разряда и заряда;
  • большое количество циклов заряда-разряда;

Минусы никель-кадмиевых аккумуляторов:

  • высокий уровень саморазряда, до 10% в первые сутки заряда;
  • при длительном хранении потеря заряда 10-20% в месяц;
  • "эффект памяти" - обратимая потеря ёмкости;
  • большой вес и размеры в сравнении с другими типами аккумуляторов при равной ёмкости;

Под "эффектом памяти" подразумевается необходимость в полноценном цикле заряда-разряда аккумулятора для сохранения его заявленной ёмкости. Если поставить на заряд не полностью разряженный аккумулятор, то он "запоминает" нижнюю границу оставшегося неиспользованного заряда и в дальнейшем отдаёт ток только до этой границы, тем самым "теряя" максимальную ёмкость.

Плюсами литий-ионных аккумуляторов считаются:

  • высокая плотность накапливаемой энергии, ёмкость может значительно превышать показатели Ni-Cd аккумуляторов;
  • полное отсутствие "эффекта памяти";
  • небольшой вес аккумулятора;
  • очень низкий саморазряд, около 5% в месяц;
  • возможность быстрого заряда аккумулятора;
  • большое количество циклов заряда-разряда;
  • экологически чистые в производстве, при правильной утилизации не наносят вред окружающей среде;

Литий-ионные аккумуляторы можно в любое время заряжать и разряжать ровно столько, сколько это необходимо, без потери ёмкости.

К минусам литий-ионных аккумуляторов можно отнести следующее:

  • подвержены старению без регулярной эксплуатации;
  • имеют ограниченный срок службы, не зависящий от количества циклов заряда-разряда;
  • до 40% сокращается ёмкость и время работы аккумулятора при температуре ниже -20 градусов Цельсия;
  • неустойчивы при превышении уровня заряда и понижении уровня разряда;
  • заряд аккумулятора рекомендован только при плюсовой температуре;
  • необходимость использования специальной платы защиты (BMS);

В нашем распоряжении находится «подопытный» на 12 вольт марки Interskol. Взвесив все за и против, решено переоборудовать его на литий-ион. Прежде, чем преступить к переделке сменного блока шуруповёрта, немного о том, что следует учесть при подготовке.

Для предстоящей модернизации нам понадобятся популярные элементы питания типоразмера 18650, имеющие физические габариты: диаметр 18мм, длина 65мм. Аккумуляторы выпускаются в двух вариантах: с номинальной токоотдачей и повышенной, называемые "высокотоковые", имеющие маркировки ICR, IMR, INR и IFR. Первая буква I в названии указывает на литий-ионную технологию изготовления, вторая буква - используемая химия: С - кобальтовая, M - марганцевая, N - никель-марганцевая , F - железофосфатная. И последняя буква R означает - перезаряжаемые.

Выбирать мы будем из высокотоковых ICR, так как высокотоковые аккумуляторы способны отдавать заряд, в несколько раз превышающий номинальный. Именно на такого рода аккумуляторах работает наш электроинструмент и «обычные» аккумуляторы в нём не смогут работать должным образом. Подробные характеристики рабочего тока вашего инструмента можно найти в его техническом паспорте. Чаще всего, ток колеблется от 5-10А и выше. В нашем случае, мы планируем использовать 3 аккумулятора INDUSTRIAL ICR18650P с одинаковой ёмкостью 2000 мАч, обладающие пятикратной максимальной токоотдачей в 10 ампер.

Литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3.7 В. У вас может возникнуть вопрос, почему мы используем только три элемента, а не четыре. Если сложить напряжение наших источников питания, то как раз и получим 11.1 вольта. Маловато, скажете вы. Максимальное рабочее напряжения аккумуляторов 4.2 вольта. Соответственно, полностью заряженная литий-ионная аккумуляторная сборка будет выдавать напряжение 12.6 вольт (3 х 4.2 = 12.6).

Вдобавок, мало кто знает, и уж тем более не говорит, о крайне значимом моменте в конструкции электроинструмента. Регулятор оборотов мотора с реверсом, та самая кнопка, на которую вы нажимаете, когда что-то сверлите или прикручиваете. Дабы не искать в сети Интернет и не изучать подробно принципиальную схему своей модели, предположим, что все компоненты регулятора работают от напряжения 12 вольт. Может быть, конечно, производители устанавливают универсальные схемы регулировки, работающие от 12, 14.4 и 18 вольт, рисковать всё же не стоит. И по этой причине мы не станем изготавливать сборку из четырех элементов, посчитав напряжение, равное 16.8 (4 х 4.2 = 16.8) вольт, значительно превышающим рабочее, способное сократить срок службы электромотора.

Зная о том, что литий-ионные аккумуляторы подвержены быстрому разрушению при выходе напряжения элемента за пределы диапазона 2.75-4.25 вольт, обязательно установим недорогую плату BMS (систему управления аккумуляторной батареей), контролирующую необходимый уровень заряда-разряда. Принцип её действия весьма прост: при достижении верхнего значения напряжения во время заряда, плата прекращает процесс подачи напряжения на элемент, а во время разряда, при достижении нижнего порога напряжения, плата отключает аккумулятор от нагрузки и разрешает его заряжать.

Размер контроллера защиты тоже играет важную роль. Согласитесь, крепить его снаружи корпуса как-то не эстетично, да и не безопасно. Наружное крепление предполагало бы изготовление дополнительного изолирующего корпуса, либо фантазирования на тему увеличения размеров сменного блока.

Решено было попробовать плату BMS-Li3-H-001 со следующими характеристиками: габариты 51х23х4мм, рассчитана на 3 элемента, с рабочим током до 15 ампер, предельным током в 20 ампер и напряжением заряда 12.6-13.0 вольт. Предельным назовём ток, по достижении которого, плата «уходит в защиту», отключая аккумуляторы от нагрузки. Если подобное всё же случилось, например, при максимальной рабочей нагрузке на инструмент, то для вывода её из такого состояния, возможно, потребуется подать зарядный ток, вынув аккумуляторный блок из шуруповёрта и подключив его к устройству заряда. Защитных BMS-плат выпускается огромное количество, работают они по разному, и угадать, какую будете использовать именно вы, мы не в силах.

Если же ваша аккумуляторная дрель потребляет более высокий ток, необходимо подобрать плату защиты с соответствующими характеристиками. Желательно, чтобы максимальный ток разряда аккумулятора был в два раза ниже предельного тока контролирующей платы.

Для нормальной и полноценной работы BMS-платы рекомендуется устанавливать аккумуляторы исключительно одинаковой ёмкости.

Немного о зарядном устройстве. Оптимальным вариантом станет приобретение готового, рассчитанного на требуемое количество элементов аккумуляторной сборки, устройства. Определяясь с выбором, следует учесть рекомендуемый производителем, чаще всего указанным в инструкции, ток заряда аккумулятора, коэффициент которого может варьироваться в интервале 0.1-0.5 от полной заявленной ёмкости аккумулятора.

Допустим, вы решили установить аккумуляторы номиналом 2000 мАч, соответственно, ток зарядки для них будет в диапазоне 200-1000 миллиампер. Приведённое в пример изделие осуществляет заряд методом CC-CV. Данный способ применяет двухэтапный заряд аккумулятора, обеспечивающий максимальную эффективность и полноту заряда.

Для выбранных нами аккумуляторов в рекомендациях указаны следующие параметры: зарядный ток с коэффициентом 0.2 от ёмкости и метод зарядки CC-CV. Делаем вывод, что такое зарядное устройство в полной мере подходит к нашей «переделке».

Метод заряда CC-CV. Первый этап, называемый CC (constant current) – заряд «постоянным током» до 70-80 процентов ёмкости элемента питания. При достижении на клеммах аккумулятора максимального напряжения 4.2 вольта, первый этап завершится. Второй этап, называемый CV (constant voltage) – заряд «постоянным напряжением» еще на 10-20% оставшейся ёмкости, в ходе которого зарядный ток постепенно снизиться до значения коэффициента 0.05-0.01 и процесс завершиться.

Не рекомендуется оставлять подключенное к аккумулятору зарядное устройство на продолжительное время после окончания зарядки. Длительное, более десяти часов, нахождение литий-ионных аккумуляторов под повышенным током, может привести к ухудшению состояния химии элемента питания с возможным снижением номинальной ёмкости.

Во избежание скачков напряжения в процессе зарядки, электросхема зарядного устройства должна обеспечивать стабилизированное постоянное напряжение 12.6 вольт. Если вы планируете самостоятельно изготовить зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов, рекомендуем использовать преобразователи напряжения постоянного тока (DC-DC) с возможностью регулирования выходного тока и напряжения, имеющие поддержку технологии заряда CC-CV. Выпускаются они в двух вариантах: понижающие и повышающие. Выбор подходящего напрямую зависит от первоисточника напряжения. Настраивать их довольно просто. Используя тестер и вращая потенциометры, устанавливаете на выходных контактах модуля требуемое для зарядки напряжение и ток.

Как правило, в каждом сменном блоке установлен термодатчик (термистор), используемый зарядным устройством, идущим в комплекте с электродрелью. В случае превышения температуры более 50-60 градусов внутри корпуса, он отключает ток заряда, подаваемый на аккумулятор. Столь высокая температура может возникнуть при ускоренной «быстрой» зарядке.

В некоторых моделях шуруповёртов встречаются ещё и встроенные предохранители в виде обычного сопротивления на разный номинал, также используемые штатной зарядкой.

Все установленные датчики контроля мы сохраним в первоначальном виде для максимальной совместимости с «родным» зарядным устройством.

Поняв теорию, переходим к изготовлению.
Вот так выглядит наша BMS-плата защиты:

Фото БМС

Подключение к плате BMS осуществим по следующей схеме:

Схема подключения БМС

Контакты P- и P+ подключаются к нагрузке, контакты B+, B1, B2 и B- подключаются к аккумуляторной сборке. Порядок номеров элементов начинается от отрицательной полярности.

Разбираем сменный блок и вынимаем из него старые аккумуляторы:

Старые аккумуляторы

Как видно из фотографии выше, никель-кадмиевые аккумуляторы плотно спаяны и занимают всё свободное пространство корпуса.

Аккуратно демонтируем все контакты и датчики, отпаивая их от старого аккумулятора:

Вытащили старые аккумуляторы

Можно сказать, что нам очень повезло - корпус оказался довольно просторный. Нет необходимости изворачиваться и выдумывать что-то особенное, имея столько свободного места внутри. Новая литий-ионная сборка получит плоскую прямоугольную форму с расположенными в один ряд тремя элементами питания и легко поместится целиком на дно нижней части сменного блока. Либо закрепиться непосредственно на внутренней стороне крышки корпуса. Второй вариант крепления показался нам интереснее.

Чтобы наши аккумуляторы не разбегались в разные стороны в процессе их соединения с остальными элементами конструкции, предварительно склеим каждый между собой обычным клеем «Момент». При возможных трясках и вибрациях, во время использования шуруповёрта, клей послужит дополнительной удерживающей основой.

Новый аккумулятор предстоит собирать из следующих компонентов: снятые корпусные контакты, датчик температур, плата защиты, силиконовые провода, выдерживающие температуру до +200 градусов по Цельсию с типоразмерами 20AWG и 16AWG, металлические контакты в форме лепестков для соединения предварительно подготовленных элементов питания:

Подготовка деталей

Для обеспечения наиболее надёжного контакта металлов между полюсами аккумуляторов и связующими пластинами, мы применим холодную «точечную» сварку. Многие самоделкины пробуют использовать обычный паяльник при изготовлении своих вариантов сборок, но мы откажемся от этой затеи. Причиной тому очень высокая температура нагрева жала паяльника, от 200 и более градусов. В момент пайки, выделяемое паяльником тепло передаётся на спаиваемые металлические элементы конструкции. В свою очередь, элемент питания, как губка, втягивает тепло в себя и также нагревается. Повышенной температурой можно запросто привести аккумулятор к его преждевременной порче.

Перед тем, как припаять к плате защиты связующие с каждым элементом питания провода, воспользуемся двухсторонней липкой плёнкой для её удержания:

Установили БМС

Подключаем плату защиты и подпаиваем температурный датчик:

Установили датчик

В нижней части корпуса, любым удобным способом, необходимо будет проделать небольшое сквозное отверстие для установки в него ответного разъема, служащего для подключения новой специализированной зарядки. Припаиваем разъём к нашей сборке:

С гнездом зарядки

Усаживаем термоусадочную плёнку на получившеюся сборку и крепим её к нижней части крышки корпуса, снова используя двухстороннюю липкую плёнку. Крепим разъём подключения зарядки в нижнюю часть корпуса, вот так:

Аккумулятор приклеен

Оставшееся свободное пространство заполним пенопластом, хотя изначально на уме была монтажная пена. Немного поразмыслив, вариант с пеной отпал сам собой. Повторная замена аккумуляторов, в таком варианте, вызовет трудности по извлечению их из корпуса. В целом, корпус сменного блока можно наполнить любым материалом, способным выдерживать температуру до 80 градусов Цельсия.

Собираем корпус в единое целое и закручиваем винтами.

Аккумулятор готов

Вот и всё. Обновлённый сменный блок готов к эксплуатации, заряжаем его и пользуемся с удовольствием.

Дата: 18-10-2018, Просмотров: 116
Рейтинг@Mail.ru

Maxell Облик Panasonic GP VARTA Energizer
Duracell Robiton GAUSS Космос SONY Vanson
CellFaktor - источники питания и освещения
т: 8-495-776-21-69
zakaz@cellfaktor.ru
ТК "Митинский Радиорынок" пав 566Б
© Все права защищены 2018г Дизайн и разработка: F I