Переделать зарядное устройство для шуруповерта на литий

Соединительные провода и ленты

Для соединения всех частей употребляют никелевую ленту (ссылка 1) либо многожильные провода огромного сечения (ссылка 2). 1-ые применяются при соединении точечной сваркой, 2-ые при пайке. Различия нет, просто контактная сварка резвее и технологичнее в производстве, т.е. при помощи нее можно штампонуть еще больше батарей при наименьших издержек. Для дома можно не заморачиваться и просто спаять, но только не перегревайте плюсовой контакт, т.е. не держите нажимало паяльничка более 20 секунд на нем.

Переделка зарядника для любых Литиевых аккумуляторов Li-ion

Высокотоковые аккумуляторы 21700

Более прибыльный и животрепещущий формат аккумуляторов. При чуток огромных габаритах имеют огромную энергоемкость и размеренное качество. Если позволяет место в корпусе батареи, рекомендую конкретно их. Сам мастерю батарею для псевдомакитовского инструмента на 21V из этих баночек, ну и конечно из оригиналов Самсунг 40T.

Платы BMS защиты

Нужный элемент при переделке батареи на литиевое питание. Она нужна для защиты аккумуляторов от переразряда, перезаряда, чрезвычайно высочайшего тока и недлинного замыкания (КЗ). Для 12V шурика получаем 3S BMS, для 14V — 4S BMS, для 18V — 5S BMS. Для коллекторных шуриков лучше выяснить (найти) наибольший ток (практически при стопоре патрона) и подбирать плату на ток чуток наименьший, чтобы при лишних усилиях не сжечь движок (1 ссылка). Для бесколлекторных – на очень вероятный ток, ибо защита мотора имеется в контроллере (2 ссылка).

Высокотоковые аккумуляторы 18650

Фактически, самый главный элемент при переделке. Нужны отличные банки с токоотдачей не мене 15А, для инструмента с бесколлекторным движком лучше батареи с токоотдачей не ниже добросовестных длительных 20А. Совершенно подходят по соотношению стоимость/качество LG HE4 2500mah, Самсунг 25R 2500mah, Самсунг 30Q 3000mah и LG HG4 3000mah («шоколадки»). Качество перепаковок ближайшее время очень снизилось, но Liitokala пока приемлимо обычные, в особенности с приваренными контактами.

Все для переделки шуруповерта на литий на распродаже AliExpress. Базовые компоненты

Все для переделки шуруповерта на литий на акции распродажи AliExpress. Базисные составляющие (часть 1). В топике представлено короткое управление и ссылки на базисные составляющие, которые нужны для переделки шуруповерта на литиевое питание и не только лишь. Это до боли просто!

Около года вспять я уже делал маленькую выборку по переделке шуруповертов, но вышло незначительно сумбурно, ну и многие ссылки закончили работать. Потому собрался сделать освеженный вариант в нескольких частях. В данной (первой) части будут перечислены нужные элементы, без которых нормально переделать батарею нереально. Во 2-ой части будут перечислены элементы, которые увеличивают безопасность и долговечность батареи, также делают лучше юзабилити в целом. В третьей части – инструменты и приспособления для переделки, как для любителей, так и для профессионалов.

Зарядное устройство

Заряжать собранную батарею от родного зарядного устройства не получится, ну только частично. Нужно спец устройство. Рекомендую приобретать зарядные устройства по первой ссылке – имеют хорошую схемотехнику и запас, выбирайте под нужное напряжение. По второй ссылке более простые варианты. Похуже, но работают.

Зарядное устройство батарей из трёх литий-ионных аккумуляторов

Предлагаемое зарядное устройство (ЗУ) предназначено для зарядки батарей из трёх элементов литий-ионных аккумуляторов стабильным током до заданного напряжения. ЗУ имеет следующие технические характеристики;

Параметр Значение

Способ зарядки	Ток. Напряжение
Зарядный ток	1,5 A
Конечное напряжение	12,6 В
Тип преобразования	Импульсный

В статье рассматривается небольшая переделка и доработка готовой конструкции, и за основу был взят импульсный блок питания, ремонт которого был представлен в предыдущей статье

В принципе можно использовать любой, подходящий по параметрам, преобразователь сетевого напряжения импульсного типа со стабилизацией выходного напряжения, и далее будет рассмотрено как переделать стабилизированный блок питания в зарядное устройство батареи аккумуляторов. Полная схема и конструктивные особенности переделываемого адаптера не имеют большого значения, поэтому была зарисована только часть схемы вторичного напряжения, в которой нужно будет произвести изменения и доработку, ставшая стандартной для большинства подобных устройств. Маркировка и порядковые номера радиоэлементов соответствуют обозначениям на плате устройства:

Для доработки в первую очередь нужно поднять верхний уровень выходного стабилизированного напряжения до 12,6 В, необходимого для полной зарядки батареи литий-ионных аккумуляторов из трёх элементов. Это напряжение задаётся цепью, состоящей из регулируемого интегрального стабилизатора напряжения параллельного типа TL431 и делителя из резисторов R15 и R16. На сайте «Паяльник» опубликована статья «Буферное зарядное устройство свинцовых аккумуляторов», где описана подобная возможность изменения напряжения стабилизации:

В данном же случае выходное напряжение можно повысить увеличением сопротивления резистора R15, и для этого можно воспользоваться TL431 калькулятором, но более точное значение сопротивления придётся подобрать опытным путём, и далее будет описано как это сделать.

Из расчётов было определено, что для получения выходного напряжения 12,6 Вольт резистор R15 нужно заменить на резистор сопротивлением 4,1 кОм. Для получения такого сопротивления на плату, вместо бывшего резистора, были установлены два параллельно соединённых резистора с сопротивлением 4,7 кОм и 33 кОм. Для расчёта общего сопротивления параллельно соединённых резисторов можно воспользоваться онлайн калькулятором

Сначала на плату был установлен резистор с сопротивлением 4,7 кОм, и с помощью мультиметра были отобраны несколько резисторов номинала 33 кОм с небольшим разбросом сопротивления. Далее, поочерёдно устанавливая каждый резистор и мультиметром замеряя выходное напряжение блока питания, нужно добиться максимально точного значения 12,6 Вольт. При сильно отличающемся напряжении в ту или иную сторону батарея не будет заряжаться до конца. При слишком низком значении, напряжения просто не хватит для полной зарядки, а при слишком высоком, зарядный ток в конце процесса зарядки не будет падать и плата защиты батареи преждевременно отключит её от цепи. Про это на сайте имеется статья «Самодельная разборная Li-ion 3S батарея с платой контроля и защиты HH. P3-10.8»

Всё это касалось повышения выходного напряжения дорабатываемого блока питания, но для правильной его работы как зарядного устройства, нужно ещё обеспечить постоянство зарядного тока в определённых пределах. Для этого на плате адаптера была разрезана, зачищена и просверлена токопроводящая дорожка положительного полюса вторичного питания, соединяющая два электролитических конденсатора фильтра. В этом месте был установлен токоизмерительный шунт R1 для модуля стабилизации и индикации тока зарядки. Так же был добавлен красный индикаторный светодиод LED2 с токоограничивающим резистором R2. Порядковые номера добавленных радиокомпонентов были заданы сначала, и они не пересекаются с уже имеющимися. Все изменённые и добавленные радиоэлементы на схеме выделены красным цветом:

Кроме этого был разработан и установлен модуль измерения/стабилизации и индикации зарядного тока. Модуль разрабатывался в несколько этапов и каждый раз его параметры улучшались по мере доработки. Изначально пороговым элементом являлся германиевый транзистор прямой проводимости типа МП41, а шунт имел сопротивление 0,33 Ом:

Резисторы R1, R2 и светодиод LED2 установлены на плате самого блока питания, а остальные компоненты были собраны на отдельной плате и двойными точками на схеме отмечены места соединения плат между собой.

Стабилизация работала, так же и индикация, но измерительный шунт заметно нагревался, а ток стабилизации сильно зависел от температуры внутри блока питания, что потребовало доработку модуля и применение кремниевого измерительного транзистора.

Но у кремниевых транзисторов пороговое напряжение открывания выше чем у германиевых, и для компенсации этого в схему была установлена стабильная вольт-добавка на таком же транзисторе:

Доработанная схема работала намного лучше, а сопротивление шунта, и следовательно выделение тепла на нём, получилось немного снизить. Принцип работы такой схемы с вольт-добавкой и расчёт её элементов был описан в статье «Простой способ стабилизации больших токов с малыми потерями на измерительном элементе»

Двойными точками с цифрами так же отмечены места подключения модуля с основной платой зарядного устройства, а полная схема доработанного выходного узла блока питания вместе с модулем измерения и индикации тока зарядки выглядит следующим образом:

• Точка «1» подключается к минусу блока питания;
• «2». к выходному выводу токоизмерительного шунта;
• «3». к входному выводу шунта;
• «4». к оптрону обратной связи;
• «5». к светодиоду индикации зарядки.

После включения в сеть, пока через нагрузку не течёт ток, дополнительно установленный модуль не влияет на работу адаптера, и выходное напряжение стабилизировано на уровне 12,6 Вольт. При подключении заряжаемого аккумулятора через шунт протекает ток, который обнаруживается транзистором Q1 и далее усиливается транзистором Q3. Коллекторной нагрузкой последнего является светодиод оптрона обратной связи, который начинает светиться всё ярче с ростом протекающего через нагрузку тока, а так как с увеличением яркости его свечения скважность импульсов генератора преобразователя так же увеличивается, то выходное напряжение уменьшается и ток нагрузки стабилизируется. Этот ток зависит от порога открывания измерительного транзистора и задаётся сопротивлением резистора токового шунта.

В активном режиме стабилизации тока транзистор Q4 входит в насыщение и светодиод LED2 светится, сигнализируя о процессе зарядки аккумулятора. Транзистор Q2 играет ключевую роль в значении порога срабатывания измерительного транзистора Q1. На нём создаётся стабильная вольт-добавка, которая складываясь с напряжением на шунте прикладывается к переходу база-эмиттер транзистора Q1 и понижает порог его срабатывания, уменьшая тем самым количество выделяемого на шунте тепла.

Модуль был собран из миниатюрных радиокомпонентов на небольшом отрезке платы подходящих размеров методом навесного монтажа:

Плата была расположена в пространстве между радиаторами силового транзистора и диодной сборки, над импульсным понижающим трансформатором, в перевёрнутом виде, и соединена с основной платой жёсткими разноцветными проводами в двойной изоляции:

В дальнейшем так же была разработана печатная плата для изготовления модуля, на которой оставлена большая часть фольги для экономии вытравливающего раствора и соединения с массой и проводом заземления адаптера (не общим проводом, и не минусом питания), если такой имеется:

Вид печатной платы со стороны расположения радиоэлементов

Вид печатной платы со стороны проводников

Плата рассчитана на установку транзисторов типа КТ209В и КТ315Б, но их можно заменить любыми маломощными соответствующей структуры с коэффициентом передачи тока базы более 50. Ещё лучшие результаты работы будут, если применить транзисторные сборки, но тогда придётся изменить чертёж печатной платы.

Токо-измерительный шунт представляет из себя сложенный вдвое отрезок нихромовой проволоки с подобранным необходимым сопротивлением, но при наличии можно установить обычный низкоомный резистор, или резистор поверхностного монтажа. От его сопротивления в большей степени зависит уровень тока зарядки. чем меньше сопротивление, тем больше ток зарядки, который естественно должен уметь обеспечивать переделываемый блок питания:

Налаживание устройства заключается в установке выходного напряжения 12,6 В без нагрузки, подбором сопротивления верхнего резистора R15 делителя напряжения, и установке желаемого тока заряда подбором сопротивления измерительного шунта.

Для этого нужно взять заведомо большую длину нихромового провода, и подключив к выходу разряженную батарею установить необходимое сопротивление шунта, постепенно укорачивая провод и контролируя силу тока низкоомным амперметром. Подключать батарею нужно обязательно разряженную, так как в конце зарядки ток постепенно будет падать и не удастся установить его номинальное значение.

Производить наладку лучше с реальной батареей, а не с резистивной нагрузкой, так как заряжаемая батарея представляет из себя динамическую нагрузку, и если настраивать не в реальных условиях, то в дальнейшем показания будут отличаться.

Оба резистора, как для настройки выходного напряжения, так и тока нагрузки, расположены в удобных и доступных для многократной пайки местах:

Во время включения с подсоединённой аккумуляторной батареей светится зелёный светодиод индикатора наличия генерации и вторичного напряжения, и дополнительно установленный красный светодиод индикатора зарядки. Не нужно забывать о технике безопасности во время работы с высоким напряжением, и не следует дотрагиваться до оголённых и токопроводящих элементов устройства, находящихся под сетевым напряжением :

Для проверки и налаживания зарядного устройства использовался многофункциональный измеритель параметров заряда/разряда аккумуляторов, включённый по схеме с дополнительным питанием:

Максимальный ток зарядки был установлен в пределах 1,5 А при полностью разряжённой батареи, а по мере зарядки ток незначительно падал, и резко снижался в самом её конце. В этот момент индикаторный светодиод снижал яркость своего свечения, но всё равно оставался информативным, и полностью погасал по достижении полного(почти) заряда батареи, так как установленный в батарее контроллер размыкал цепь.

В завершение устройство было помещено в корпус, а на конец выходного кабеля был установлен унифицированный разъём XT60 с контактами типа «папа», применяющийся в литий-ионных и литий-полимерных батареях:

Виды батарей

Аккумуляторы неодинаковы по типам и режимы заряда у них могут быть разными. Никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи являются очень хорошим источником энергии, способны отдавать большую мощность. Однако, по экологическим причинам их производство прекращено и они будут встречаться все реже и реже. Сейчас всюду их вытеснили литий-ионные аккумуляторы.

Сернокислотные (Pb) свинцовые гелевые аккумуляторы имеют неплохие характеристики, но утяжеляют инструмент и поэтому не пользуются особой популярностью, несмотря на относительную дешевизну. Поскольку они гелевые (раствор серной кислоты загущается силикатом натрия), то никаких пробок в них нет, электролит из них не вытекает и ими можно пользоваться в любом положении. (Кстати, и никель-кадмиевые аккумуляторы для шуруповертов тоже относятся к классу гелевых.)

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) являются сейчас наиболее перспективными и продвигаемыми в технике и на рынке. Их особенностью является полная герметичность ячейки. Они имеют весьма высокую удельную мощность, безопасны в обращении (благодаря встроенному контроллеру заряда!), выгодно утилизируются, являются наиболее экологически чистыми, имеют малый вес. В шуруповертах в настоящее время применяются очень часто.

Режимы заряда

Номинальное напряжение Ni-Cd ячейки 1.2 В. Никель-кадмиевый аккумулятор заряжается током от 0.1 до 1.0 номинальной емкости. Это означает, что аккумулятор емкостью 5 амперчасов можно заряжать током от 0.5 до 5 А.

Заряд сернокислотных аккумуляторов хорошо знаком всем людям, держащим в руках шуруповерт, ведь практически каждый их них еще и автолюбитель. Номинальное напряжение ячейки Pb-PbO2 составляет 2.0 В, а ток зарядки свинцового сернокислотного аккумулятора всегда 0.1 C (доля тока от номинальной емкости, см. выше).

Литий-ионная ячейка имеет номинальное напряжение 3.3 В. Ток заряда литий-ионного аккумулятора, 0.1 C. При комнатной температуре этот ток можно плавно повышать до 1.0 С – это быстрый заряд. Однако, это годится только для тех батарей, которые не были переразряжены. При заряде литий-ионных батарей следует точно соблюдать напряжение. Заряд производится до 4.2 В точно. Превышение резко снижает срок службы, понижение – уменьшает емкость. При зарядке следует следить за температурой. Теплый аккумулятор следует либо ограничить током до 0.1 С, либо отключить до остывания.

ВНИМАНИЕ! При перегреве литий-ионного аккумулятора при зарядке свыше 60 градусов Цельсия возможен его взрыв и возгорание! Не следует слишком полагаться на встроенную электронику безопасности (контроллер заряда).

При заряде литиевой батареи, контрольное напряжение (напряжение окончания заряда) образует приблизительный ряд (точные напряжения зависят от конкретной технологии и указаны в паспорте на батарею и на ее корпусе):

Число элементов	Номинал. напр., В	По паспорту, В	Конец заряда, В
1	3.6	3.6	4.2
2	7.2	7	8.4
3	10.8	10	12.6
4	14.4	12	16.8
5	18	18	21.0

Напряжение заряда следует контролировать мультиметром или схемой с компаратором напряжения, настроенным точно на применяемую батарею. Но для “электронщиков начального уровня” реально можно предложить только простую и надежную схему, описанную в следующем разделе.

Как сделать зарядное устройство для шуруповёрта?

Часто родное зарядное устройство, входящее в комплект шуруповерта, работает медленно, долго заряжая аккумулятор. Тем, кто интенсивно использует шуруповерт, это очень мешает в работе. Несмотря на то, что в комплект входит обычно два аккумулятора (один установлен в рукоятку инструмента и в работе, а другой подключен к зарядному устройству и находится в процессе зарядки), часто владельцы не могут приспособиться к рабочему циклу аккумуляторов. Тогда имеет смысл изготовить зарядное устройство своими руками и зарядка станет удобнее.

Зарядное устройство

Зарядное устройство, которое предлагается ниже, обеспечивает нужный зарядный ток для любого аккумулятора из всех перечисленных. Шуруповерты питаются от аккумуляторов с разными напряжениями 12 вольт или 18 вольт. Это неважно, главный параметр зарядного устройства для аккумуляторов – ток заряда. Напряжение зарядного устройства при отключенной нагрузке всегда выше номинального, оно падает до нормы при подключении батареи при заряде. В процессе заряда оно соответствует текущему состоянию аккумулятора и обычно чуть выше номинального в конце заряжания.

Зарядное устройство представляет собой генератор тока на мощном составном транзисторе VT2, который питается от выпрямительного мостика, подключенного к понижающему трансформатору с достаточным выходным напряжением (см. таблицу в предыдущем разделе).

Этот трансформатор должен также иметь достаточную мощность, чтобы обеспечить необходимый ток при длительной работе без перегрева обмоток. Иначе он может сгореть. Ток заряда выставляется регулировкой резистора R1 при подключенном аккумуляторе. Он остается постоянным в процессе заряда (тем постоянней, чем выше напряжение от трансформатора. Примечание: напряжение от трансформатора не должно превышать 27 В).

Резистор R3 (не менее 2 Вт 1 Ом) ограничивает максимальный ток, а светодиод VD6 горит, пока идет заряд. К концу заряда, свечение светодиода уменьшается и он гаснет. Тем не менее, не забывайте про точный контроль напряжения литий-ионных аккумуляторов и их температуру!

Все детали в описанной схеме монтируются на печатной плате из фольгированного текстолита. Вместо диодов, указанных в схеме, можно взять русские диоды КД202 или Д242, они довольно доступны в старом электронном ломе. Располагать детали надо так, чтобы на плате оказалось как можно меньше пересечений, в идеале ни одного. Не следует увлекаться высокой плотностью монтажа, ведь вы собираете не смартфон. Распаивать детали вам будет значительно легче, если между ними останется по 3-5 мм.

Транзистор должен быть установлен на теплоотводе достаточной пощади (20-50 см.кв). Все части зарядного устройства лучше всего смонтировать в удобный самодельный корпус. Это будет самым практичным решением, в работе вам ничто не будет мешать. Но здесь могут возникнуть большие сложности с клеммами и подключением к аккумулятору. Поэтому лучше сделать так: взять старое или неисправное зарядное устройство у знакомых, подходящее к вашей модели аккумулятора, и подвергнуть его переделке.

• Вскрыть корпус старого зарядного устройства.
• Удалить из него всю бывшую начинку.
• Подобрать следующие радиоэлементы:

Поз.	Описание
VD1-VD4	1N4001 диод выпрямительный
VD5	диод
VD6	VD6 светодиод, красный или зеленый, любого типа
C1	C1 К50-35 или аналогичный 220-1000 мФ от 50 В
C2	C1 К50-35 или аналогичный 220-1000 мФ от 50 В
R1	переменный резистор 10 ком, желательно проволочный
R2	резистор МЛТ-0,25 330 Ом
R3	резистор МЛТ-2, 1 Ом
VT1	транзистор КТ361В, Г
VT2	транзистор КТ829В (устанавливается на радиатор пл. 20 – 50 кв. см
Т1	Трансформатор силовой 220 В / 24 В, мощность 100 Вт

• Выбрать подходящий размер для печатной платы, помещающейся в корпус вместе с деталями из приведенной схемы, нарисовать нитрокраской ее дорожки по принципиальной схеме, протравить в медном купоросе и распаять все детали. Радиатор для транзистора нужно установить на алюминиевой пластинке так, чтобы она не касалась ни с какой частью схемы. Сам транзистор плотно прикручивается к ней винтиком и гайкой М3.
• Собрать плату в корпусе и припаять клеммы по схеме строго соблюдая полярность. Вывести провод для трансформатора.
• Трансформатор с предохранителем на 0.5 А установить в небольшой подходящий корпус и снабдить отдельным разъемом для подключения переделанного зарядного блока. Лучше всего взять разъемы от компьютерных блоков питания, папу установить в корпус с трансформатором, а маму подключить к диодам мостика в зарядном устройстве.

Собранное устройство будет работать надежно если вы аккуратно и тщательно проделали

Отличие от никель-кадмиевых аккумуляторных батарей

Исторически первыми по-настоящему массовыми аккумуляторными батареями для ручного электроинструмента были батареи никель-кадмиевые. При невысокой цене они вполне допускают относительно большие нагрузки и обладают удовлетворительной электрической емкостью при разумных габаритах и массе. Аккумуляторы этого типа до сих пор широко распространены, особенно в недорогом секторе ручных электроприборов.

Главное отличие литиевых аккумуляторов от никель-кадмиевых аккумуляторных батарей – малая масса при высокой электрической емкости и очень хорошей нагрузочной способности.

Кроме того, очень важным отличием литиевых элементов питания является существенно меньшее время зарядки. Такую батарею можно зарядить за пару часов. А вот полный цикл заряда никель-кадмиевых аккумуляторов занимает не менее двенадцати часов.

С этим связана еще одна особенность: в то время как литиевые батареи совершенно спокойно переносят как хранение, так и эксплуатацию в не полностью заряженном состоянии, никель-кадмиевые обладают крайне неприятным «эффектом памяти». На практике это означает, что для продления срока службы, а также, чтобы не допустить быструю потерю емкости, никель-кадмиевые аккумуляторы желательно использовать до полного разряда. После чего обязательно заряжать до полной емкости, что занимает значительное время.

Литиевые аккумуляторные батареи лишены этого недостатка.

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».

К сожалению, при превращении старой аккумуляторной батареи в проводной адаптер, теряется главное преимущество аккумуляторного шуруповерта – мобильность.

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.

Конструируя самодельную литиевую батарею, следует уHonor, что ее зарядка осуществляется особым образом. Обязательно придется предусмотреть в конструкции аккумуляторной батареи электронную схему контроля и балансировки заряда. Кроме того, такая схема должна предотвращать возможный перегрев батареи и чрезмерный ее разряд. Без такого устройства литиевая батарея попросту взрывоопасна.

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.

Особенности, преимущества и недостатки литиевых аккумуляторов для шуруповерта

Если ручной электроинструмент с питанием от бытовой электросети привязан к розетке проводом, ограничивая движения человека, держащего прибор в руках, то аккумуляторные собратья агрегатов «на привязи» обеспечивают куда большую свободу действий в работе. Наличие аккумулятора весьма важно, когда речь идет об использовании шуруповертов.

В зависимости от типа применяемой аккумуляторной батареи, их можно условно разделить на две группы – с аккумуляторами никелевыми и литиевыми, причем особенности последних делают этот электроинструмент наиболее интересным для пользователя.

Как выбрать?

Когда речь идет о выборе аккумулятора для шуруповерта, задача сводится к подбору самого электрического прибора, в комплекте с которым окажется батарея конкретной модели.

Рейтинг недорогих аккумуляторных шуруповертов этого сезона выглядит так:

• Makita HP331DZ, 10.8 вольт, 1,5 Ач, литий;
• Bosch PSR 1080 LI, 10.8 вольт, 1.5 Ач, литий;
• Bort BAB-12-P, 12 вольт, 1.3 Ач, никель;

Лучшими среди профессиональных моделей являются такие:

• Makita DHP481RTE, 18 вольт, 5 Ач, литий;
• Hitachi DS14DSAL, 14.4 вольта, 1,5 Ач, литий;
• Metabo BS 18 LTX Impuls 201, 18 вольт, 4 Ач, литий;
• Bosch GSR 18 V-EC 2016, 18 вольт, 4 Ач, литий;
• DeWALT DCD780M2, 18 вольт 1.5 Ач, литий.

Лучшие по надежности аккумуляторные шуруповерты:

• Bosch GSR 1440, 14.4 вольта, 1,5 Ач, литий;
• Hitachi DS18DFL, 18 вольт, 1,5 Ач, литий;
• DeWALT DCD790D2, 18 вольт, 2 Ач, литий.

Можно заметить, что лучшие шуруповерты полупрофессионального и профессионального сегментов имеют аккумуляторные батареи на напряжение 18 вольт.

Это напряжение считается отраслевым профессиональным стандартом для литиевых аккумуляторных батарей. Так как профессиональный инструмент рассчитан на долгую активную работу, а также подразумевает дополнительный уровень комфорта, значительная часть выпускаемых аккумуляторов для шуруповерта напряжением 18 вольт между собой полностью совместимы, и порой даже взаимозаменяемы между инструментами различных производителей.

Кроме того, широко распространены стандарты 10.8 вольт и 14.4 вольта. Первый вариант встречается только среди самых недорогих моделей. Второй традиционно является «середнячком» и может встречаться как среди профессиональных моделей шуруповертов, так и в моделях среднего (промежуточного) класса.

А вот обозначения 220 вольт в характеристиках лучших моделей нельзя увидеть, поскольку это говорит о том, что шуруповерт проводом соединен с розеткой бытовой электросети.

Преимущества и недостатки

Есть у литиевых аккумуляторов и некоторые специфические недостатки.

• Самым заметным является существенное падение практической емкости при работе на морозе. При отрицательных температурах инструмент, оснащенный литиевыми батареями, время от времени приходится отогревать, при этом электрическая емкость полностью восстанавливается.
• Вторым заметным недостатком является не слишком большой срок службы. Несмотря на заверения производителей, лучшие образцы при самой аккуратной эксплуатации выдерживают не более трех-пяти лет. Уже через год после покупки литиевый аккумулятор любой распространенной марки при самом аккуратном использовании может потерять до трети емкости. Через два года от исходной емкости останется едва ли половина. Средний срок нормальной эксплуатации – два-три года.
• И еще один заметный недостаток: цена литиевых батарей намного выше, чем стоимость все еще широко применяемых в ручном электроинструменте батарей никель-кадмиевого типа.

Особенности

Устройство литиевого аккумуляторного элемента питания не слишком отличается от конструкции аккумуляторов на базе иной химии. Но принципиальной особенностью является применение безводного электролита, что позволяет предотвратить выделение при работе свободного водорода. Это являлось существенным недостатком аккумуляторов предшествующих конструкций и приводило к высокой вероятности пожара.

Анод выполняется из пленки оксида кобальта, нанесенной на алюминиевую основу-токосъемник. Катодом служит сам электролит, содержащий соли лития в жидком виде. Электролитом пропитывается пористая масса из электропроводного химически нейтрального материала. Для него подходит рыхлый графит или кокс. Токосъем осуществляется с медной пластинки, наложенной на тыльную сторону катода.

Для нормальной работы аккумулятора пористый катод требуется достаточно плотно прижимать к аноду. Поэтому в конструкции литиевых элементов питания обязательно присутствует пружина, сжимающая «бутерброд» из анода, катода и отрицательного токосъемника. Попадание атмосферного воздуха может нарушить тщательно выверенный баланс химических процессов. А попадание влаги и вовсе грозит опасностью пожара и даже взрыва. Поэтому готовый аккумуляторный элемент обязательно тщательно герметизируется.

Аккумуляторная батарея плоской формы конструктивно проще. При прочих равных условиях плоский литиевый аккумулятор будет легче, гораздо компактнее и обеспечит значительный ток (то есть, большую мощность). Но проектировать устройство с литиевыми аккумуляторами плоской формы приходится в комплексе, а, значит, батарея будет иметь узкое, специализированное применение. Такие аккумуляторы дороже своих собратьев.

Чтобы рынок сбыта был шире, производители выпускают аккумуляторные элементы универсальной формы и стандартных размеров.

Среди литиевых батарей сегодня фактически доминирует вариант 18650. Такие аккумуляторы имеют вид, похожий на привычные в быту цилиндрические пальчиковые батарейки. Но стандарт 18650 специально предусматривает несколько большие габариты. Это помогает избежать путаницы и не позволяет ошибочно вставить такой блок питания на место обычной солевой батарейки. А ведь это было бы очень опасно, так как литиевый аккумулятор имеет в два с половиной раза большее стандартное напряжение (3.6 вольта против 1.5 вольт для солевого элемента питания).

Для электрического шуруповерта литиевые элементы последовательно собирают в батарею. Это позволяет увеличить напряжение, подаваемое на двигатель, что обеспечивает необходимые для инструмента мощность и крутящий момент.

Аккумуляторная батарея обязательно содержит в своей конструкции датчики температуры и специализированное электронное устройство – контроллер.

• следит за равномерностью заряда отдельных элементов;
• контролирует ток заряда;
• не допускает чрезмерного разряда элементов;
• предотвращает перегрев батареи.

Аккумуляторы описанного типа называются ионными. Существуют также литий-полимерные элементы, это модификация литий-ионных. Их конструкция принципиально отличается лишь материалом и конструктивным оформлением электролита.

Как правильно заряжать?

Литиевые аккумуляторы довольно привередливы к характеристикам зарядного устройства. Такие батареи можно довольно быстро зарядить значительным током, но чрезмерное превышение тока зарядки приводит к сильному разогреву и опасности пожара.

Чтобы зарядить литиевую батарею требуется обязательно использовать специальное зарядное устройство с электронным управлением тока заряда и контролем температуры.

Также нужно учитывать, что при последовательном соединении элементов в батарее литиевые источники очень склонны к неравномерному заряду отдельных элементов. Это приводит к тому, что зарядить батарею до полной емкости не удается, а элемент, регулярно работающий в режиме недозаряда, попросту быстрее изнашивается. Поэтому зарядные устройства обычно строятся по схеме «балансировщик заряда».

К счастью, все современные литиевые батареи заводского производства (кроме откровенных подделок) имеют встроенные цепи защиты и балансировки. Тем не менее, зарядное устройство для таких батарей должно быть специализированным.

Как хранить?

Что хорошо в литиевых аккумуляторах, так это то, что они не слишком требовательны к условиям хранения. Их можно складировать хоть заряженными, хоть разряженными, при почти любой разумной температуре. Лишь бы не было слишком холодно. Температуры ниже 25 градусов мороза для большинства видов литиевых аккумуляторов губительны. Ну, и выше 65 градусов жары тоже лучше не перегревать.

Однако при хранении литиевых батарей следует обязательно учитывать весьма немалую вероятность пожара.

При сочетании малой степени заряда и низкой температуры на складе внутренние процессы в батарее могут привести к образованию так называемых дендритов и вызвать спонтанный саморазогрев. Такого рода явления возможны и если хранить сильно разряженные батареи при высокой температуре.

Правильные условия хранения – это когда степень заряда аккумулятора составляет не менее 50%, а температура в помещении – от 0 до 40 градусов. Желательно при этом сберечь аккумуляторы от влаги, в том числе в виде капельных осадков (росы).

Какой аккумулятор лучше для шуроповерта, узнаете в следующем видео.

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

Соединение элементов батареи

Соединение Li—Ion аккумуляторов для шуроповерта выполняется несколькими способами:

• Применение специальных кассет. Метод быстрый, но контакты обладают большим переходным сопротивлением, могут быстро разрушиться от сравнительно больших токов;
• Пайка. Способ, годный для умеющих паять, так как надо обладать определенными навыками. Пайка должна производиться ускоренно, потому что припой быстро остывает, а долгий нагрев может повредить аккумулятор;
• Точечная сварка. Является предпочтительным методом. Не все имеют сварочный аппарат, такие услуги могут оказать специалисты.

Важно! Элементы должны соединяться последовательно, тогда напряжение аккумуляторов складывается, а емкость не изменяется.

На втором этапе припаиваются провода к контактам собранной батареи и к защитной плате согласно схеме подключения. К контактам самой батареи для силовых цепей припаиваются провода с площадью сечения 1,5 мм². Для других цепей можно брать провода потоньше – 0,75 мм²;

Затем на батарею надевается кусок термоусадочной трубки, но это не обязательно. На защитную микросхему также можно надеть термоусадку, чтобы изолировать ее от соприкосновения с аккумуляторами, иначе острые выступы пайки способны повредить оболочку элемента и спровоцировать КЗ.

Переделка стандартной зарядки Interskol под Li-ion-18650 своими руками

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).

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.

Сборка аккумулятора

Дальнейшая замена аккумулятора состоит из следующих этапов:

• Хорошо вычищаются разобранные части корпуса;
• Так как габариты новых аккумуляторных элементов будут меньше, их нужно надежно зафиксировать: приклеить к внутренней стенке корпуса клеем «Момент» или герметиком;
• К старому клеммнику припаиваются плюсовой и минусовой провод, он помещается на прежнее место в корпусе и фиксируется. Укладывается защитная плата, соединяются части аккумуляторного блока. Если они были ранее приклеены, то опять используется «Момент».

Разборка корпуса аккумулятора

Корпус часто бывает собран на шурупах-саморезах, другие варианты – с помощью защелок или клея. Склеенный блок разобрать сложнее всего, приходится применять специальный молоток с пластиковой головкой, чтобы не повредить части корпуса. Изнутри все удаляется. Повторно применить можно только контактные пластины или всю клеммную сборку для подключения к инструменту, зарядному устройству.

Выбор аккумуляторов

Часто для шуруповертов используются батареи напряжением 12 В. Факторы, которые необходимо учитывать при выборе Li-Ion аккумулятора для шуруповерта:

• В подобных инструментах применяются элементы с высокими значениями разрядного тока;
• Во многих случаях емкость элемента находится в обратной зависимости от тока разряда, поэтому нельзя выбирать его только по емкости. Главным показателем является ток. Значение рабочего тока шуруповерта можно посмотреть в паспорте инструмента. Обычно это от 15 до 30-40 А;
• Не рекомендуется при замене аккумулятора шуруповерта на Li-Ion 18650 использовать элементы с разными значениями емкости;
• Иногда встречаются советы применить литиевый аккумулятор от старого ноутбука. Это абсолютно недопустимо. Они рассчитаны на гораздо меньший ток разряда и имеют неподходящие технические характеристики;
• Количество элементов считается, исходя из примерного соотношения – 1 Li-Ion на 3 Ni-Cd. Для 12-вольтовой батареи понадобится для замены 10 старых банок поставить 3 новых. Уровень напряжения будет слегка снижен, но если установить 4 элемента, то повышенное напряжение сократит срок службы электродвигателя.

Важно! Перед сборкой необходимо произвести полный заряд всех элементов для уравнивания.

Советы по выбору защитной микросхемы

Литий-ионный аккумулятор шуруповерта не сможет нормально функционировать без защитной платы BMS. Продающиеся экземпляры имеют разные параметры. Маркировка BMS 3S предполагает, например, что плата рассчитана на 3 элемента.

На что надо обратить внимание, чтобы выбрать подходящую микросхему:

• Наличие балансировки для обеспечения равномерности заряда элементов. Если она присутствует, в описании технических данных должно стоять значение тока балансировки;
• Максимальное значение рабочего тока, выдерживаемого длительно. В среднем, надо ориентироваться на 20-30 А. Но это зависит от мощности шуруповерта. Маломощным достаточно 20 А, мощным – от 30 А;
• Напряжение, при достижении которого происходит отключение аккумуляторов при перезаряде (около 4,3 В);
• Напряжение, при котором отключается шуруповерт. Надо подобрать это значение, исходя из технических параметров аккумуляторного элемента (минимальное напряжение – около 2,6 В);
• Ток срабатывания защиты от перегрузки;
• Сопротивление транзисторных элементов (выбирается минимальное значение).

Важно! Величина тока срабатывания при перегрузке не имеет большого значения. Это значение отстраивается от тока рабочей нагрузки. При кратковременных перегрузках, даже если инструмент отключился, надо отпустить пусковую кнопку, а затем можно продолжать работать.

Схема соединения элементов с защитной платой

Имеет ли контроллер функцию автозапуска, можно установить по наличии записи «Automatic recovery» в технических данных. Если такой функции нет, то чтобы вновь запустить шуруповерт после срабатывания защиты надо будет вынимать аккумулятор и подключать его к ЗУ.

Самодельное зарядное устройство для литий ионных аккумуляторов шуруповерта

В предыдущей статье я рассматривал вопрос о замене никель-кадмиевых (никель-марганцевых) NiСd(NiMn) аккумуляторов шуруповерта на литиевые. Надо рассмотреть несколько правил по зарядке аккумуляторов.

Литий ионные аккумуляторы размера 18650 в основном могут заряжаться до напряжения 4,20В на ячейку с допустимым отклонением не больше 50 мВ потому, что увеличение напряжения может привести повреждению структуры батареи. Ток заряда аккумулятора может составлять 0,1хС до 1хС (здесь С-емкость). Лучше выбрать эти значение по даташиту. Я применил в переделке шуруповерта аккумуляторы марки Samsung INR18650-30Q 3000mAh 15A. Смотрим даташит-ток зарядки.1,5А.

Наиболее правильным будет провести заряд литиевых аккумуляторов в два приема по методике CCCV (ток постоянный, постоянное напряжение).

Первый этап- должен обеспечить постоянный ток заряда. Величина тока равна 0.2-0.5С. Я применил аккумулятор емкостью 3000 мА/ч, значит номинальный ток заряда будет 600-1500мА. После зарядка банки идет на неизменном напряжении, ток постоянно уменьшается.

Поддерживается напряжение на аккумуляторе в пределах 4.15-4.25В. Аккумулятор зарядился если ток уменьшится до 0.05-0.01С. Принимая во внимание вышесказанное используем электронные платы с Алиэкспресс. Понижающая плата CC/CV с ограничением по току на микросхеме XL4015E1 или на LM2596. Предпочтительней плата на XL4015E1 так, как она более удобна в настройках.

Характеристики XL4015E1.
Максимальный выходной ток до 5 А.
Напряжение на выходе: 0.8 В-30 В.
Напряжение на входе 5 В-32 В.
Плата на LM2596 имеет аналогичные параметры, только ток до 3 А.

-адаптер 220\12 В, 3 А.1шт;
-штатное зарядное устройство шуруповерта (или источник питания);
-плата заряда CC/CV на XL4015E1 или на LM2596.1шт;
-соединительные провода.паяльник;
-тестер;
-пластмассовая коробка для плата заряда.1шт;
-минивольтметр.1шт;
-переменный резистор (потенциометр) на 10-20 кОм.1шт;
-разъем питания для аккумуляторного отсека шуруповерта.1шт.

Шаг первый. Сборка ЗУ аккумуляторов шуруповерта на адаптере.

Плату cccv мы уже выбрали выше. В качестве источника питания можно применить любой с такими параметрами-выходное напряжение не ниже 18 В (для схемы 4S),ток 3 А. В первом примере изготовления зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов шуруповерта я использовал адаптер 12 В, 3 А.

Предварительно я проверил какой ток он может выдать пир номинальной нагрузке. Подключил к выходу автолампу и выждал полчаса. Выдает свободно без перегруза 1,9 А. Также измерил температуру на радиаторе транзистора-40°C. Вполне нормальный режим.

Но в этом случае не хватает напряжения. Это легко исправимо, с помощью всего одной копеечной радиодетали-переменного резистора (потенциометр) на 10-20 кОм. Рассмотрим типовую схему адаптера.

На схеме есть управляемый стабилитрон TL431, он находится в цепи обратной связи. Его задача поддерживать стабильное выходное напряжение в соответствие с нагрузкой. Через делитель из двух резисторов он подключен к плюсовому выходу адаптера. Нам нужно припаять к резистору(или выпаять его совсем и на его место припаять, тогда напряжение будет регулироваться и в меньшую сторону) который подключен к выводу 1 стабилитрона TL431 и к минусовой шине переменный резистор. Вращаем ось потенциометра и выставляем нужное напряжение. В моем случае я задал 18 В (небольшой запас от 16,8 В для падения на плате CC/CV). Если у вас напряжение указанное на корпусах электролитических конденсаторах стоящих на выходе схемы будет больше нового напряжения они могут взорваться. Тогда надо заменить их с запасом 30% по напряжению.

Далее подключаем к адаптеру плату для управление зарядом. Выставляем подстроечным резистором на плате напряжение 16,8 В. Другим подстроечным резистором выставляем ток 1,5 А, предварительно подключаем тестер в режиме амперметра к выходу платы. Теперь можно подсоединить литий-ионной сборку шуруповерта. Зарядка прошла нормально, ток к концу заряда упал до минимума, батарея зарядилась. Температура на адаптере была в пределах 40-43°C, что вполне нормально. В перспективе можно в корпусе адаптера для улучшения вентиляции (особенно в летнее время) насверлить отверстия.

Окончание заряда батареи можно увидеть по включению светодиода на плате на XL4015E1. В данном примере я использовал другую плату на LM2596 так, как случайно в ходе экспериментов сжег XL4015E1. Советую делать зарядку лучше на плате XL4015E1.

Шаг второй. Сборка схемы зарядного устройства аккумуляторов шуруповерта на штатном зарядном.

У меня было штатное зарядное от другого шуруповерта. Оно рассчитано на зарядку никель-марганцевых аккумуляторов. Задача стояла в том чтобы заряжать и никель-марганцевые аккумуляторы и литий-ионные.

Это решилось просто- припаял к выходным проводам (красный плюс, черный минус) провода к плате CC/CV.
Напряжение холостого хода на выходе штатное зарядного было 27 В, это вполне подходит для нашей зарядной платы. Далее все то же как и варианте с адаптером.

Окончание зарядки здесь мы видим по изменению цвета свечения светодиода(переключился с красного на зеленый).

Саму плату CC/CV я поместил в подходящую пластмассовую коробку, выведя провода наружу.

Если у вас штатное зарядное на трансформаторе то можно подключить плату CC/CV после диодного мостика выпрямителя.

Способ переделки адаптера под силу начинающим и может пригодиться в других целях, в результате получим бюджетный блок для питания различных устройств.

Всем желаю здоровья и успехов в жизни и творчестве!