Переделка шуруповерта на литий, часть вторая, заряжаем правильно

Все за и против переделки аккумулятора шуруповёрта на литиевые элементы

Для начала следует задуматься, а нужна ли мне эта переделка? Ведь это будет откровенный «самопал» и в ряде случаев может привести к выходу из строя как аккумулятора, так и самого шуруповёрта. Поэтому, давайте, рассмотрим все за и против этой процедуры. Возможно, что после этого некоторые из вас решат отказаться от переделки Ni─Cd аккумулятора для шуруповёрта на литиевые элементы.

Аккумулятор шуруповёрта

Доводы «за»

Начнём с преимуществ:

• Энергетическая плотность литий─ионных элементов значительно выше, чем у никель─кадмиевых, которые по умолчанию используются в шуруповёртах. То есть, аккумулятор на литиевых банках будет иметь меньший вес, чем на кадмиевых при той же ёмкости и выходном напряжении;
• Зарядка литиевых аккумуляторных элементов происходит значительно быстрее, чем в случае Ni─Cd. Для их безопасной зарядки потребуется около часа;
• У литий─ионных аккумуляторов отсутствует «эффект памяти». Это значит, что их необязательно полностью разряжать перед тем, как ставить на зарядку.

Теперь о недостатках и сложностях литиевых аккумуляторов.

Доводы «против»

• Литиевые аккумуляторные элементы нельзя заряжать выше 4,2 вольта и разряжать ниже 2,7 вольта. В реальных условиях этот интервал ещё более узкий. Если выйти за эти пределы аккумулятор можно вывести из строя. Поэтому, кроме самих литиевых банок вам потребуется подключить и установить в шуруповёрт контроллер заряда-разряда;
• Напряжение одного элемента Li─Ion 3,6─3,7 вольта, а для Ni─Cd и Ni─MH это значение 1,2 вольта. То есть, возникают проблемы со сборкой аккумуляторной батареи для шуруповёртов с номиналом по напряжению 12 вольт. Из трёх литиевых банок, соединённых последовательно, можно собрать АКБ номиналом 11,1 вольта. Из четырёх ─ 14,8, из пяти ─ 18,5 вольта и так далее. Естественно, что и пределы напряжения при заряде-разряде также будут другие. То есть, могут возникнуть проблемы совместимости переделанной батареи с шуруповёртом;
• В большинстве случаев в роли литиевых элементов для переделки используются банки стандарта 18650. По размерам они отличаются от Ni─Cd и Ni─MH банок. Кроме того, нужно будет место для контроллера заряда-разряда и проводов. Всё это нужно будет уместить в стандартном корпусе АКБ шуруповёрта. Иначе работать им будет крайне неудобно;
• Зарядное устройство для кадмиевых аккумуляторов может не подойти для зарядки батареи после её переделки. Возможно, потребуется доработка ЗУ или использование универсальных зарядок;
• Литиевые аккумуляторы теряют работоспособность при отрицательных температурах. Это критично для тех, кто использует шуруповёрт на улице;
• Цена литиевых аккумуляторов выше кадмиевых.

Смысл и порядок переделки шуруповертов на литиевые аккумуляторы

Почему никель-кадмиевые аккумуляторы быстро выходят из строя? В гирлянде последовательно соединенных банок каждая особенна. Химический процесс индивидуален, заряд в закрытых системах различный. При неисправности в одной банке, конструкция не дает нужное напряжение. Система контроля и балансировка заряда в отдельных компонентах не предусмотрена.

1. Каждая Ni-Cd банка дает 1,2 В, а li-ion 18650 – 3,6 В.
2. Емкость литиевой батарейки в 2 раза больше никель-кадмиевой, близкого размера.
3. Перегретая батарейка li-ion грозит взрывом и возгоранием, поэтому установка контроля равномерности заряда в банках обязательна. В никель-кадмиевых батарейках BMS не ставят – производитель не заинтересован.
4. У литиевых элементов нет эффекта памяти, в отличие от Ni-Cd, заряжать их можно в любое время и в течение часа.
5. Шуруповерт становиться значительно легче после переделки аккумулятора на li-ion, с использованием банок 18650.

Есть только два препятствия для переделки шуруповерта под литиевые аккумуляторы – с ним невозможно работать при минусе. Емкость банок падает, начиная с понижения уже от +10 0 С. Литиевые аккумуляторы дороги.

Зная, какое требуется входное напряжение на шуруповерт, переделка зарядного устройства производится, с учетом размещения банок литиевого аккумулятора и управляющих элементов в заводском контейнере. Также можно поступить с фонариком, модернизировав гнездо под блок из элементов 18650.

Допустим необходима переделка 12 В шуруповерта, использующего Ni-Cd банки на li-ion. Если использовать 3 банки, напряжения на выходе недостаточно: 3,6 х 3 = 10, 8 В. С 4-мя компонентами мощность аппарата будет выше: 3,6 х 4 = 14,4 В. При этом инструмент станет легче на 182 г, несколько увеличится его мощность, емкость – сплошные плюсы. Но при демонтаже необходимо оставить клеммы и родной термодатчик.

Какая плата BMS нужна и как её подключить

Литиевые аккумуляторы 18650 боятся перезарядки и глубокой разрядки. При последовательном соединении элементов невозможно гарантировать синхронную работу элементов. Если одна банка будет иметь меньшую емкость, то при зарядке она пополнится энергией быстрее остальных, и при дальнейшей зарядке произойдет перезарядка. При работе батарея меньшей емкости разрядится быстрее остальных, что может привести к глубокому разряду.

Все эти проблемы поможет решить плата защиты с балансировкой. BMS платы:

• защищают от короткого замыкания;
• восстанавливаются после срабатывания защиты;
• следят за напряжением на каждой банке и отключают нагрузку, когда хотя бы одна из ячеек полностью разряжается (защита от глубокого разряда);
• осуществляют балансировку (защита от перезарядки).

Плата BMS для шуруповерта должна выдерживать максимальный пиковый ток не менее 30 А. Кроме того, при выборе нужно ориентироваться на количество последовательно соединенных банок. Для шуруповерта на 12 В требуется 3 батареи, выбираем плату 3S. Если для питания нужен источник на 14 В, то покупаем 4S, а для 18 В приобретаем 5S.

Как подключить к плате BMS последовательно 2, 3 или 4 банки, показано на рисунке.

Можно также использовать смешанное, последовательно параллельное соединение. В таком случае к последовательно соединенным банкам подключаем параллельно столько же элементов питания.

Пример замены Ni-Cd аккумулятора на Li-Ion в шуруповерте

После подбора, и приобретения необходимой комплектации можно приступать к ремонту шуруповерта путем замены неисправной Ni-Cd аккумуляторной батареи на Li-Ion.

Еще перед заказом выше представленного набора деталей аккумуляторный корпус шуруповерта был разобран для удобства измерения величины тока потребления электродвигателя и оценки возможности размещения аккумуляторов и индикатора степени их заряда. Фотография извлеченных Ni-Cd аккумуляторов показана в начале статьи.

Измерения показали, что в нижнюю часть корпуса для аккумулятора можно свободно разместить пару Li-Ion аккумуляторов типа 18650 (18-диаметр в мм, 65-высота в мм), балансировочную плату BMS-2S-20А и разъем для подключения зарядного устройства. Места для индикатора уже не оставалось.

Поэтому индикатор 8,4В-2S и кнопку его включения пришлось разместить в верхней части корпуса для аккумулятора. Как оказалось такое решение оказалось удачным, так как индикатор оказался защищенным от механических повреждений во время работы шуруповертом.

К зачищенным и залуженным припоем контактным пластинам в соответствии с полярностью, обозначенной на корпусе аккумуляторного блока, были припаяны провода красного (плюс) и синего (минус) цветов. Две отрицательные пластины пришлось соединить перемычкой. Так как пусковой и рабочий токи имеют большую величину, то сечение проводов должно быть не менее 2 мм2

Так как токопроводящие пластины отвалились от колодки, пришлось их закрепить термоклеем. Эти участки пластин не участвуют в передаче тока от аккумулятора к двигателю шуруповерта.

Когда в аккумуляторном контейнере были установлены Ni-Cd элементы, то они удерживали клеммную колодку, поэтому пришлось ее зафиксировать в конечном положении тоже с помощью термоклея.

Колодка была вставлена в батарейный отсек шуруповерта и на провода подано питающее напряжение от стационарного блока питания. Без нагрузки ток потребления составил 2,7 А, а при торможении рукой за патрон не превышал 15 А. Эти данные необходимы были для выбора аккумуляторов и платы защиты BMS.

Далее после проверки (фото проверки показаны выше) в верхней части корпуса батарейного блока было вырезано прямоугольное отверстие и в него вставлен дисплей светодиодного индикатора, а в круглое отверстие кнопка его включения.

Так как индикатор и кнопка имели малый вес и при эксплуатации не подвергались механическим нагрузкам, то после припайки проводов они были приклеены к корпусу блока термоклеем. После установки индикатора он был проверен, подачей на провода питающего напряжения постоянного тока величиной около 8 В. Следует не забывать о полярности подключения.

Так как по центру планировалась установка разъема для подключения зарядного устройства, то аккумуляторы пришлось устанавливать на расстоянии. Для удобства была вырезана из стеклотекстолита пластина, по ширине равная дну нижней части корпуса аккумуляторного блока. На нее приклеены две полоски двухстороннего скотча.

Далее пластина размещена в корпусе и на нее приклеены аккумуляторы таким образом, чтобы между ними было максимальное расстояние. Это хорошо еще и тем, что будут лучше условия их охлаждения.

При установке нужно обратить внимание, чтобы выводы по полярности совпадали с платой защиты BMS. Со стороны положительного вывода аккумулятора 18560 имеется канавка и сам вывод выпуклый с отверстиями по бокам

Средняя точка на плате для припайки не совпадала с выводами аккумуляторов, поэтому с печатного проводника было в двух точках удалено защитное покрытие и нанесен припой.

С выводов аккумуляторов была снята изоляция и полоски залужены припоем. Пластины сделаны из никеля и для их пайки использовался флюс ФИМ.

После подготовки выводы были прижаты к плате и прогреты паяльником. Длина выводов аккумулятора для припайки к контактным площадкам платы, промаркированным 0V и 8.4V, была недостаточной, и поэтому пришлось нарастить отрезками одножильного провода сечением 2 мм2.

На следующем шаге в центре нижней половинки батарейного корпуса было просверлено отверстие, в котором была установлена ответная часть разъема для подключения зарядного устройства.

После всех подготовительных работ осталось только припаять к плате BMS выводы от клемм подключения двигателя шуруповерта вместе с проводами от разъема подключения зарядного устройства и непосредственно к выводам аккумулятора провода от индикатора уровня емкости аккумуляторов.

Еще не скрученный аккумуляторный блок был подключен к шуруповерту. Но нажатие на клавишу включения патрон не завращался.

Измерение напряжения, подаваемого на шуруповерт показало его величину меньше 4 В, хотя должно было быть около 8 В. Непосредственно на выводах аккумуляторах напряжение было в норме. Стало очевидным, что неправильно работает плата защиты.

Подумал уже, что придется заказывать новую. Подключил зарядное устройство и попробовал опять нажать кнопку пуска. Шуруповерт заработал. Похоже, что при пайке выводов аккумулятора к плате BMS произошло срабатывание защиты, и ее схема зависла в неопределенном состоянии. Но как оказалось, это были не последние грабли.

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.

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.

Плюсы и минусы модернизации

Прежде, как переделать шуруповерт на литиевые аккумуляторы 18650, необходимо разобраться, что мастер получит в результате. Преимущества данных манипуляций заключаются в следующем:

• многократное увеличение времени функционирования шуруповерта;
• повышение скорости заряда батареи – для полноценного набора энергии для литиевых батарей необходимо ориентировочно 1 час;
• увеличение мощности тока заряда до показателя 1-2 С;
• снижение затрат на регулярную покупку новых NiCd аккумуляторов в связи с их недостаточным эксплуатационным сроком;
• полное отсутствие у литиевых аккумуляторов эффекта памяти.

Также перед тем, как переделать аккумулятор своими руками под более современную технологию, следует знать об отрицательных последствиях:

• требуется обязательное подключение контролера для определения уровня заряда, поскольку прибор нельзя заряжать более 4,2 В и разряжать меньше 2,7 В;
• литий ионный аккумуляторы для шуруповертов серии Li-lon теряют свои способности при эксплуатации в пониженных температурных условиях;
• при переделке шуруповерта на литиевую батарею могут возникнуть сложности с адаптацией ЗУ от NiCd, здесь придется применять универсальное устройство.

Пошаговая инструкция

После того, как все составляющие элементы и инструменты для замены аккумуляторов в шуруповерте подготовлены, можно приступать к сбору. В качестве примера, была разобрана переделка 12 вольтового оборудования на Li-lon батарейку, внутри которого присутствовало 12 NiCd аккумуляторных банок по 1,2 В.

1. В первую очередь требуется демонтировать корпус и достать из него встроенный аккумулятор. Для этого нужны кусачки, поскольку сам разъем должен остаться на своем месте.
2. Возьмите контроллерный прибор и термопару. Данные элементы необходимо установить в область, где был термодатчик. К слову, если данная деталь еще не извлечена, ее следует убрать. Также нужно помнить о том, что требуется подбирать все детали таким образом, чтобы они смогли поместиться в корпус инструмента.

Так как аккумуляторы не токовые для облегчения их работы было решено ставить по 2 акб в параллель

1. После этого в строгой последовательности спаяйте все подготовленные детали. По выбранной схеме к плате припаяйте контроллер. Здесь главное не забыть подсоединить балансировочные точки. Для этого на схеме имеется специальный разъем и проводка.
2. Завершающим этапом считается подключение вывода на полюс и минус.
3. Основная часть работы выполнена, теперь остается все аккуратно укомплектовать в корпус ничего не повредив.

Если в комплекте имелось штатное ЗУ, то с ними не возникнет проблем. Такие устройства вполне подходят для литиевых аккумуляторных блоков. Еще весь заряд будет поступать через контроллер, что полностью исключает вероятность перегрева батареи от скачков напряжения.

Если изначально шуруповерт на 12 вольт, лучше собирать по такой схеме

Многие задаются вопросом, можно ли сделать зарядку, которая будет заряжать два типа аккумуляторов? Схемы на такие приборы существуют, и они рабочие, но использовать подобное ЗУ не рекомендуется из-за разности напряжения аккумуляторных блоков.

Новые аккумуляторные блоки на рынке продаются в среднем около 2000-3000 рублей. А затраты на модернизацию никель-кадмиевых в литий-ионные не превышают 1000 рублей. Поэтому переделка полностью оправдана.

ВИДЕО: Как пересадить шуруповерт на литиевые аккумуляторы (сварка аккумуляторов в батарею)

Особенности переделки

В большинстве моделей, по крайней мере «Интерскол», «Макита», «Хитачи» представлены универсальные механизмы. Это означает, что зарядник предназначен для питания батарей Ni-Mh и Li-Ion типа.

Особенности связаны с мощностью аккумуляторов. Новые и заменяемые изделия должны соответствовать друг другу. В противном случае возникнет сбой или разрыв цепи, о чем сигнализирует индикатор. При перегрузках или разрыве одновременно мигают красная и зеленая лампочка.

В ситуации, когда зарядное устройство не универсальное, ему потребуется переделка, также как и блоку питания. Процесс зависит от типа ЗУ и производителя, подразумевая практически полное выпаивание элементов платы, установку конденсатора, резисторов и их последующую настройку.

Наряду с этим существует универсальный способ трансформации ЗУ. Он связан с использованием платы BMS, стабилизирующей входное напряжение и ток. На рынке она имеет обозначение DC-DC StepDown, а непосредственно на плате присутствуют подстроечные резисторы. Модуль впаивают в схему зарядного устройства, используя соединения P+ и P- на плате и старые клеммы зарядки.

Методы соединения элементов батареи

Аккумулирующий энергию блок собирают одним из трех способов:

• Точечная сварка. Если нет дома в наличие сварочного аппарата, можно обратиться к специалистам. Эта техника соединения элементов в блок является наиболее предпочтительной.
• Пайка. Паяльник наверняка найдется в каждом доме. Но при спаивании все манипуляции нужно выполнять очень быстро, поскольку припой почти мгновенно охлаждается. Надо избегать длительного нагрева батареек. Высокие температуры повредят элементы. Если навыков пайки нет, лучше доверить работу специалисту.
• Кассеты. Альтернативный, но не самый надежный способ. Контакты, полученные в процессе, будут обладать существенным переходным сопротивлением. Значит, нужно быть готовым к тому, что при больших токах она будет  быстро разрушаться. При помощи специальных кассет проводится быстрое соединение батареек в блок.

Чтобы напряжение суммировалось, а значение емкости не изменилось, нужно соединять элементы последовательно.

Переделка на литиевые аккумуляторы 12 вольт

Приведенный выше способ применяется для всех аккумуляторов. Вольтаж определяется параметрами блока питания. Отличия связаны с количеством батарей. Основная масса руководств по трансформации относится к 14 В агрегатам, где для замены используют 4 литиевых батареи 18650. Для 12 В устройства такого количества многовато. Здесь будет достаточно 3-х батарей 18650.

Переделка на литиевые аккумуляторы 18 вольт

Аналогичный подход применяется к 18 вольтовым изделиям. Здесь отличия, также связаны с численностью аккумуляторов. Батарея состоит из 5 единиц 18650, что обеспечивает ей сверх эффективную работу. Если процесс работы слишком интенсивен, шуруповерт даже отдает горелым. Поэтому впоследствии 5-й аккумулятор нередко удаляют.

Подробный видеоурок по переводу шуруповёрта на литий

Основные моменты, касающиеся сборки защищённых аккумуляторных батарей для переделки шуруповёрта под литиевые аккумуляторы

Алюминиевый профиль: виды и применение

Порядок пошивки

После выбора фасона изделия, подсчета материала с учетом складок, сборочек и прочих декоративных элементов определяемся с метражом материала, необходимого для пошива накидки.

Затем приступаем к изготовлению выкройки, которая будет понятна даже начинающим швеям. На двух одинаковых заготовках немного закругляем края так, чтобы они зеркально повторяли друг друга. Далее верхние и нижние слои каждой из них обрабатываются лентой, можно просто на оверлоке.

Обе части заготовки соединяются. Затем пришиваем оборки и кружева и приступаем к пришиванию тесьмы, необходимой для закрепления к каркасу. Накидку продеваем через держатель, равномерно распределяем по всему периметру пялец и аккуратно расправляем складочки.

Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650

> Инструмент > Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650

Промышленность давно выпускает шуруповерты, и многие люди обладают старыми моделями с никель-кадмиевыми и никель-металлогидридными аккумуляторами. Переделка шуруповерта на литий позволит улучшить эксплуатационные характеристики аппарата, не покупая новый инструмент. Сейчас много фирм предлагают услуги переделки аккумуляторов шуруповерта, но сделать это можно и своими руками.

Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Никель-кадмиевые аккумуляторы обладают низкой ценой, выдерживают много зарядных циклов, не боятся низких температур. Но ёмкость батареи будет снижаться, если поставить ее на заряд, не дождавшись полного разряда (эффект памяти).

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы имеют следующие преимущества:

• высокая емкость, которая обеспечит большее время работы шуруповерта;
• меньшие размеры и вес;
• хорошо сохраняет заряд в нерабочем состоянии.

Но литиевый аккумулятор для шуруповерта плохо выдерживает полный разряд, поэтому заводские инструменты на таких аккумуляторах оснащают дополнительными платами, защищающими работу батареи от перегрева, КЗ, избыточного заряда во избежание взрыва, полного разряда. При установке микросхемы непосредственно в аккумулятор происходит размыкание цепи, если неиспользуемая батарея находится отдельно от инструмента.

Фото лоскутного одеяла

Зарядное устройство

Осталось разобраться с тем, как выполнять зарядку инструмента. Его нельзя подключать к стандартному блоку питания. Необходимо зарядное устройство.

В большинстве случаев родные аксессуары без проблем подзаряжают литиевые батарейки. Заряд поступает через контроллер. Если заводское устройство не подходит, его переделывают при помощи доустановки недостающих элементов схемы. В их числе узлы прекращения зарядки, защитные компоненты и пр. Схема дорабатывается под основной определяющий параметр — ток зарядки.

При основательной доработке схемы зарядного устройства проводить модернизацию нерентабельно. Его легко заменить на универсальное оборудование или приобрести новое. Даже с покупкой зарядного устройства владелец шуруповерта приобретает по минимальной цене мощный инструмент с увеличенным сроком автономной работы.

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.

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.
• Литиевая батарея шуруповерта разряжается на электронной нагрузке. 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.