Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы

Сборка готового аккумулятора

Сборка будет состоять из нескольких этапов:

• Очистить все части корпуса.
• Продумать размещение нового зарядного блока в корпусе. Аккумулятор будет по габаритам существенно меньше старого, поэтому его нужно надежно зафиксировать внутри короба, иначе вибрации при работе шуруповерта быстро выведут из строя блок. Для фиксирования блока можно применить герметик или обычный клей Момент.
• Клеммник с припаянными проводами желательно постараться аккуратно поставить на старое место. Его также потребуется зафиксировать, если в корпусе не предусмотрены для этого пазы.
• Монтаж защитной платы.
• Объединение всех частей аккумуляторного блока. Проверка на надежность размещения. В некоторых моделях шуруповертов они зафиксированы клеем. Можно использовать Момент.

Несколько слов о том, как выбрать защитную микросхему

Выше было сказано, что без защитной платы инструмент не сможет стабильного и долго функционировать.

Поэтому прежде, чем начинать переделывать аккумулятор шуруповерта на литий 12 В или 18 вольт, нужно подобрать хорошую плату BMS.

• Балансировку. Если она есть, значит, можно легко обеспечить равномерность заряда батареек. Балансировка предполагает и подбор платы по значению тока.
• Значение тока. Ориентировочно параметр должен равняться 20-30 А. Если оборудование малой мощности, то берут плату с 20 А. Для мощных инструментов потребуется 30-40 А.
• Параметры напряжения для отключения аккумуляторных батарей при каждой перезарядке. Достаточно 3.4 В.
• Параметры напряжения для отключения оборудования. Плата подбирается под технические особенности блока. Минимальное значение — 2.6 В
• Значение тока для срабатывания защиты. Предупреждение перегрузки оборудования.
• Значение сопротивления транзисторов. Подойдет минимальный параметр.

Делаем самодельную зарядку для переделанного под Li-Iion шуруповерта.

Можно регулировать напряжение на выходе и ток зарядки. Греется прилично, но справляется.

Напряжение на выходе настраиваем на 16.8 В. Ток по вкусу 2-3А. Для тех кто хочет беречь аккумуляторы на 1-2А. К входу подключаем достаточно мощный блок питания. Если блок питания не будет выдавать достаточно тока под ваши настройки на платке, то и она настроенный ток не выдаст.

Все разместил в корпусе. Разломал старую зарядку и верх приклеил к новому корпусу. На плате есть два маленьких smd светодиода. Один горит при подачи питания. Второй когда идет зарядка. Впаял вместо них светодиоды на проводках и встроил их в корпус зарядки.

Подключено питание горит зеленый.

Идет зарядка горит красный. Так как красный светодиод мощнее зеленого, то во время зарядки зеленый тухнет и горит только красный, когда зарядка закончена красный тухнет и загорается зеленый.

С какими сложностями можно столкнуться при модернизации?

Прежде чем приступать к работе, надо определить целесообразность доработки. Некачественный или уже давно эксплуатируемый инструмент разумнее не переделывать — нерентабельно.

Цена необходимых материалов и затраченных усилий составит 2/3 стоимости самого оборудования.

• Литиевые аккумуляторные батареи стандарта 18650 (только они подойдут в качестве замены) имеют длину 6.5 см и диаметр 1.8 см. Посадочное гнездо для Ni-CD не подойдет для Li-ion. Размещать батареи придется в корпусе АКБ. При этом потребуется самостоятельно выполнить монтаж проводов и защитной микросхемы.
• На выходе Li-ion напряжение равно 3.6 В. Этот параметр у Ni-CD равен 1.2 В. Новые АКБ могут быть просто несовместимы с оборудованием.
• Литий-ионные АКБ не выдержат перезарядное напряжение больше 4.2 В и разрядное до 2.7 В. Работа в таком режиме очень быстро выведет из строя аккумуляторные элементы, поэтому установка защитной платы обязательна.
• Родное зарядное устройство (прилагаемое к оборудованию для работы от Ni-CD) в 8 из 10 случаев использовать для Li-ion нельзя. Потребуется купить новое. Если в планах покупки нет, тогда надо еще переделать и зарядное устройство шуруповерта для работы от литиевых аккумуляторов, что тоже может иметь свои трудности.

Переделкой инструмента всех неудобств не исключить.

Новый выказывает плохие эксплуатационные характеристики при использовании в условиях низких температур.

Плюсы и минусы модернизации шуруповерта

Замену проводят и по другим причинам:

• Емкость литий-ионных батареек в 2 раза больше, чем у никель-кадмиевых тех же параметров;
• Нет «эффекта памяти» заряда. Зарядку можно проводить при любом разряде элемента, в любое время.
• Стандарт 18650 облегчит вес конструкции. Будет проще и легче работать.

Не надо забывать о необходимости устанавливать защитную плату (перегреваясь, Li-ion элемент взрывается, может спровоцировать возгорание) в ходе работ.

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.

Защита для АКБ и переделка контроллера аккумуляторов.

С аккумуляторами разобрались, продолжаем нашу переделку аккумулятора шуруповерта под Li-ion.

Литию нужен контроллер защиты. Который будет защищать аккумуляторные банки от перегрузки по току, переразряда, перезаряда, а так же балансировать банки при зарядке.

Из тех, что я пробовал по соотношению цена качество, мне больше понравился такой контроллер.

Отлично работает. С нагрузкой справляется. Но есть и свои минусы. Защита не снимается автоматически. Для ее снятия нужно подать напряжение на АКБ ну или просто поставить его на зарядку на пару секунд.

Второй недочет на некоторых шуруповертах может срабатывать защита при резком нажатии на курок шуруповерта, да и вообще настроена она не под наши банки (которые легко справятся с токами и побольше), а исходя из даташита на ключевые транзисторы (которые тоже рассчитаны на больший ток) контроллера защиты аккумуляторов ее можно загрубить.

Оба недочета я исправил следующим образом.

Доработка контроллера литиевых аккумуляторов. На рисунке платы видим два смд резистора с маркировкой R010. Их номинал 0.01 Ом каждый. Они задают на какой ток нагрузки будет срабатывать защита.

Я добавил еще один такой же резистор 0.01 Ом на свой контроллер аккумуляторов см. схему. К нему можно еще добавить пленочный конденсатор, как раз полезно, чтобы при резком нажатии на курок не срабатывала защита.

Верхняя часть схемы отвечает за режим «Power». При включеном положении транзисторные ключи вообще не работают и нагрузки на них нет. Но и защиты тоже. Поэтому этот режим лучше не использовать.

Предохранитель на 15 Ампер в данном режиме осуществляет защиту по току. Ставим на свой вкус. Диод берем по мощнее. У меня стоят два импульсных диода в параллель на 6А каждый (вместе 12А), то что под руку попалось в общем.

Можно подключить маленький цифровой вольтметр, например, такой чтобы следить за контролем разряда.

Я подключил вместо вольтметра самодельный индикатор разряда настроенный на 12В. Его сработка совпадает со сработкой платы защиты при работе в обычном режиме.

Так же для наглядности параллельно индикатору разряда (на схеме это вольтметр) подключил светодиод через 2КОм резистор, чтобы сразу видеть когда включен режим «Power».

Для работы шуруповертом режим «Power» я практически не использую, но он нужен для снятия сработавшей защиты. Просто переключаем туда и обратно и можно крутить дальше.

.

Банки паяем по схемке ниже:

Запихал все это дело обратно в корпус.

Такой у меня получился переключатель в режим «Power». Он же используется для сброса защиты.

Сзади расположились два индикатора. Красный светодиод оповещает о включенном режиме «Power». Желтый загорается при включенном режиме «Power», когда аккумулятор сядет до 12 вольт.

Так же добавил розетку. USB с напряжением аккумулятора. Главное, чтобы ни кто по ошибке не вставил телефон подзарядить:) Использую на стройке для прослушивания адаптированного приемника и светодиодной лампы.

Уже месяц тестирую новую переделку аккумулятора под литий, теперь мне все нравиться. АКБ долго не садиться. Шурик легко справляется с большими нагрузками.

Осталось еще одно. Быстрая зарядка, как в топовых моделях:)

Как переделать и собрать?

Зачастую у мастера уже есть старый аккумуляторный шуруповерт, который его полностью устраивает. Но аппарат оснащен устаревшими никель-кадмиевыми аккумуляторами. Так как аккумуляторную батарею все равно придется менять, возникает желание заменить старый аккумулятор на что-то более новое. Это не только обеспечит более комфортную работу, но и избавит от необходимости искать на рынке аккумуляторы устаревшей модели.

Самое простое, что приходит на ум, это собрать в корпусе старой батареи блок питания из электронного трансформатора. Теперь можно будет пользоваться шуруповертом, подключив его к бытовой электросети.

Модели напряжением 14.4 вольта можно подключать к автомобильным аккумуляторам. Собрав из корпуса старой батареи переходник-удлинитель с клеммами или штекером прикуривателя, получаешь незаменимый прибор для гаража или работы «в поле».

Если мы переделываем старую аккумуляторную батарею на литий, можно принять во внимание то, что на рынке чрезвычайно широко распространены литиевые элементы стандарта 18650. Таким образом, мы сможем сделать аккумуляторы для шуруповерта на основе легкодоступных деталей

Более того, распространенность стандарта 18650 позволяет выбирать аккумуляторы любого производителя.

Вскрыть корпус старой аккумуляторной батареи и извлечь из него прежнюю начинку труда не составит

Важно не забыть пометить на корпусе контакт, к которому ранее подсоединялся «плюс» старой аккумуляторной сборки

В зависимости от напряжения, на которое был рассчитан старый аккумулятор, надо подобрать количество литиевых элементов, соединяемых последовательно. Стандартное напряжение литиевого элемента ровно втрое больше, чем у никелевого (3.6 В вместо 1.2 В). Таким образом, каждый «литий» заменяет три последовательно соединенных «никеля».

Предусмотрев конструкцию батареи, в которой один за другим соединяются по три литиевых элемента, можно получить батарею на напряжение 10.8 вольт. Среди никелевых батарей такие встречаются, но нечасто. При соединении в гирлянду четырех литиевых элементов получаем уже 14.4 вольта. Это позволит заменить никелевую батарею как на 12 вольт, так и на 14.4 вольта – это очень распространенные стандарты никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов. Все зависит от конкретной модели шуруповерта.

После того как удалось определиться с количеством последовательных ступеней, наверняка выяснится, что в старом корпусе все еще остается свободное место. Это позволит соединить в каждой ступени по два элемента параллельно, что удвоит емкость батареи. Для соединения литиевых аккумуляторов между собой на производствах применяют никелевую ленту. Отрезки ленты соединяются между собой и с литиевыми элементами контактной сваркой. Но в быту вполне допустима пайка.

Паять литиевые элементы нужно с особой аккуратностью. Место соединения предварительно следует тщательно очистить и нанести хороший флюс. Лужение производится очень быстро, хорошо разогретым паяльником достаточно большой мощности.

Сама пайка производится быстрым и уверенным прогревом места присоединения провода к литиевому элементу. Чтобы избежать опасного перегрева элемента, длительность пайки не должна превышать трех-пяти секунд.

Хорошо, что сейчас в продаже есть готовые электронные модули контроля и балансировки по довольно низким ценам. Достаточно выбрать решение, подходящее в конкретном случае. В основном такие контроллеры различаются между собой количеством последовательно соединенных «ступеней», напряжение между которыми подлежит уравниванию (балансировке). Кроме того, они отличаются допустимым током нагрузки и способом контроля температуры.

В любом случае, заряжать самодельную литиевую батарею с помощью старого зарядного устройства для никелевых батарей теперь нельзя. У них принципиально разные алгоритмы зарядки и контрольные напряжения. Понадобится специализированное зарядное устройство.

Какой литиевый аккумулятор выбрать?

В 7 из 10 случае для шуруповертов применяют 12-вольтовые аккумуляторные батареи.

Величина напряжения — определяющий фактор при выборе. Его можно уточнить в технической документации к прибору, в интернете.

• Значение разрядного тока. Шуруповерты работают от аккумуляторов с высоким параметром разрядного тока. Уточнить необходимый параметр для конкретной модели можно в технической документации. Делать выбор батарейки только по ее емкости — ошибка, поскольку основным параметром является ток. Он может колебаться в пределах 15-30 А, иногда до 40 А.
• Характеристики литий-ионных элементов. Аккумуляторы стандарта 18650 должны иметь одинаковые характеристики емкости.
• Количество новых батареек. Расчет выполнить несложно. Соотношение следующее — 3 Ni-CD равны 1 Li-ion. 12-вольтовый старый блок заменяют на блок из 3 литий-ионных элемента.

Рассчитывая число новых источников помнят, что повышенное напряжение (например, вместо 3 Li-ion взамен 10 Ni-CD взять 4 литиевых) увеличит износ оборудования, сократит срок эксплуатации. Но мощность увеличится. Поэтому нужно взвесить все за и против. Не стоит спешить и с установкой источников в инструмент. Первоначально их нужно полностью зарядить.

Инструкция по настройке ЗУ

1. Подключаем к БП, у которого напряжение минимум на 1 В выше чем может дать сборка из аккумуляторов. Например, для сборки из 6хLi-Ion надо БП с выходом 26,2В. Выходной ток БП зависит от тока зарядки АКБ. 
2. На ХХ настраиваем нужное выходное напряжение, соответствующее максимальному напряжению АКБ в заряженном состоянии. В моем случае — 25,2 В. 
3. Подключаем АКБ к ЗУ, в разрыв между ними измеритель тока — устанавливаем нужный ток заряда. Я установил 1 А для АКБ с емкостью 2800 мА/ч. 
4. При снижении зарядного тока до 0,1 х Ток заряда крутим средний многооборотник до зажигания синего светодиода — «зарядка окончена».

Все соответствует корявому описанию)). Работает отлично. Буду использовать для зарядки переделанного шуруповерта. До Самары дошло за 25 дней. Для тех кто не может разобраться в работе светодиодов нашел отличное описание:

Верхний горит пока преобразователь способен отдавать в нагрузку установленный ток (в случае использования как зарядного получается это индикатор фазы СС, как только он погаснет — пошла фаза CV) средний светодиод горит пока ток в нагрузке не опустится до 0.1 установленного, погас — заряд окончен.

Значение 0.1 установлено по умолчанию, при желании корректируется как большую (заряд быстрее, емкость меньше) так и в меньшую сторону (время заряда увеличивается, аккумулятор заряжается полнее) средним потенциометром. Но заряд продолжается и после его выключения, это лишь индикатор, что аккумулятор в принципе заряжен и готов к использованию. Нижний светодиод — просто индикатор работы преобразователя.

charge — этот индикатор горит, пока ток в выходной цепи выше заданного значения. Это значение устанавливается относительно максимального тока. При установке большого максимального тока (единицы ампер) может не получиться установить индикацию на маленький ток (единицы и десятки миллиампер).

Литиевые аккумуляторы

  

  

Далее купил 10 литиевых аккумуляторов и собрал из них батареи по 2 штуки параллельно, и затем подключил 5 получившихся блоков последовательно. Соединение аккумуляторов между собой производилось пайкой с помощью предварительно залуженных медных пластин. Для пайки нужно одно основное правило — не перегреть АКБ! Поэтому паять нужно мощным паяльником и как можно быстрее за 1-2с. Если сразу не получилось лучше подождать и не кипятить аккумулятор.

У кого имеется точечная сварка — проблем с соединением не будет. В результате собралась батарея на напряжение 21 В и емкость 5,2 А*ч. Подключение АКБ к плате контроля представлено на рисунке.

Далее все упаковывается в корпус и проверяется под нагрузкой.

В стандартную зарядку я встроил модуль на LM2596. Блок питания должен быть на пару вольт больше, чем напряжение заряженной батареи. Выставил напряжение на холостом ходу 21 В. Затем подключил АКБ и выставил зарядный ток 0,8 А. Почему такой? Потому что нашелся блок питания на 24 В с макс. током 0,8 А. Специально приобретать не стал. Пусть лучше дольше заряжается. Это не производственный, а домашний вариант инструмента.

В процессе зарядке выявился небольшой минус. При достижении у аккумулятора напряжения полного заряда ЗУ должно переходить из фазы CC в фазу СV. То есть сначала АКБ заряжается установленным током (0,8 А в моем случае), и при достижении 21 В напряжение поддерживается на этом уровне, а ток постепенно падает до 0,1*Iуст (в моем случае 0,08 А, устанавливается средним потенциометром). На этом процесс зарядки останавливается. На данном модуле об этом сигнализирует средний светодиод, но всего лишь сигнализирует, что аккумулятор готов к работе, но по факту зарядка продолжается, что в принципе не критично. АКБ все равно не перезарядится. А минус состоит в том, что из-за того, что плата контроля имеет свою защиту от перезаряда, она отключает ЗУ не дойдя до фазы CV.

Чтобы это обойти пришлось уменьшить напряжение модуля ЗУ до примерно 20,7-20,8 В. Фаза CV начинается раньше, но в любом случае АКБ заряжается полнее, чем вообще без нее. Если не знать об этом небольшом недостатке, то вы и не заметите разницы в процессе эксплуатации.

Выбираем аккумуляторы для переделки шуруповерта на литий.

Во первых литий литию рознь. Если коротко, то бывают Li-Ion аккумуляторы на разный ток отдачи (нагрузки). В нашем случае, как раз требуются АКБ с большим током отдачи. Так же такие аккумуляторы, как правило имеют и повышенный ток заряда, а следовательно сделав правильную зарядку, можно быстро заряжать аккумуляторы.

Я выбрал такие (см. фото). Это 18650 Sony VTC4 (или аналог) 2100мАч. Брал у китайцев здесь.

Отличное соотношение цена и качество. Высокие характеристики токов отдачи и заряда. Максимальный ток нагрузки аж 30 ампер. Нужно ли говорить, что в шуруповерте такие банки чувствуют себя прекрасно. Емкость 2100мАч против стандартной 1100мАч (такой емкости (1100мАч) обычно делают и заводские Li-Ion аккумуляторы).

Четыре банки это для шуруповерта с номинальным напряжением 14.4В. Для 12 Вольтового шуруповерта берем три банки. По дешевле можно взять такие HG2.