Переделка аккумулятора шуруповёрта на литиевые элементы. Переделка шуруповёрта на литиевые акб Установка li ion контроллера заряда на шуруповерт

Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:

с катодом из кобальтата лития;
с катодом на основе литированного фосфата железа;
на основе никель-кобальт-алюминия;
на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.

Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):

Обозначение	Типоразмер	Схожий типоразмер
XXYY0 , где XX - указание диаметра в мм, YY - значение длины в мм, 0 - отражает исполнение в виде цилиндра	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины)
	10280
	10430	ААА
	10440	ААА
	14250	1/2 AA
	14270	Ø АА, длина CR2
	14430	Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше
	14500	АА
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S/300S
	17670	2xCR123 (или 168S/600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (или 150A/300P)
	18650	2xCR123 (или 168A/600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	С
	26650
	32650
	33600	D
	42120

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.

Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.

Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .

Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.

1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С - это емкость аккумулятора).

Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.

Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.

Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.

В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном - чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.

2. Второй этап заряда - это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.

На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.

По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.

Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.

За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.

Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда - т.н. предзаряд.

Предварительный этап заряда (предзаряд) - этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.

На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.

Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.

Еще одна польза предзаряда - это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).

Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.

Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:

Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.

Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:

1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?

Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.

Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный - 3400 мА.

2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?

Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:

T = С / I зар.

Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.

3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?

Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаково. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой разницы нет.

Что такое плата защиты?

Плата защиты (или PCB - power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.

В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:

В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.

Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:

Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.

Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.

Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.

Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.

На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе ("Protected").

Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM - power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда - ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата - это и есть то, что мы называем контроллером заряда.

Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.

LM317

Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:

Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 - не менее 1 Ватт.

Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.

Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).

LM317 бывает в разных корпусах:

Назначение выводов (цоколевка):

Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два - отечественного производства).

Зарядный ток можно увеличить до 3А, если вместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет - 11 руб/шт .

Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:

Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.

Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.

MAX1555 или MAX1551

MAX1551/MAX1555 - специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).

Единственное отличие этих микросхем - МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 - сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее, поэтому 1551 сейчас уже трудно найти в продаже.

Подробное описание этих микросхем от производителя - .

Максимальное входное напряжение от DC-адаптера - 7 В, при питании от USB - 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.

Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА - это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.

При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.

В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.

Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.

Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:

Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой .

Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого ().

LP2951

Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.

Величина напряжения заряда составляет 4,08 - 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.

Ток заряда составляет 150 - 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).

Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.

Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.

Микросхему можно купить как в DIP-корпусе , так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).

MCP73831

Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.

Типовая схема включения взята из :

Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.

Зарядка в сборе выглядит так:

Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.

Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:

LTC4054 (STC4054)

Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. ). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.

Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):

Один из вариантов печатной платы доступен по . Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.

I=1000/R . Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Я для своих целей взял резистор на 2.7 кОм, при этом ток заряда получился около 360 мА.

Радиатор к этой микросхеме вряд ли получится приспособить, да и не факт, что он будет эффективен из-за высокого теплового сопротивления перехода кристалл-корпус. Производитель рекомендует делать теплоотвод "через выводы" - делать как можно более толстые дорожки и оставлять фольгу под корпусом микросхемы. И вообще, чем больше будет оставлено "земляной" фольги, тем лучше.

Кстати говоря, бОльшая часть тепла отводится через 3-ю ногу, так что можно сделать эту дорожку очень широкой и толстой (залить ее избыточным количеством припоя).

Корпус микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.

LTH7 от LTADY отличаются тем, что первая может поднять сильно севший аккумулятор (на котором напряжение меньше 2.9 вольт), а вторая - нет (нужно отдельно раскачивать).

Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Прежде, чем использовать какой-либо из аналогов, сверяйтесь по даташитам.

TP4056

Микросхема выполнена в корпусе SOP-8 (см. ), имеет на брюхе металлический теплосьемник не соединенный с контактами, что позволяет эффективнее отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (ток зависит от токозадающего резистора).

Схема подключения требует самый минимум навесных элементов:

Схема реализует классический процесс заряда - сначала заряд постоянным током, затем постоянным напряжением и падающим током. Все по-научному. Если разобрать зарядку по шагам, то можно выделить несколько этапов:

Контроль напряжения подключенного аккумулятора (это происходит постоянно).
Этап предзаряда (если аккумулятор разряжен ниже 2.9 В). Заряд током 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) до уровня 2.9 В.
Зарядка максимальным током постоянной величины (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
При достижении на батарее 4.2 В, напряжение на батарее фиксируется на этому уровне. Начинается плавное снижение зарядного тока.
При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядное устройство отключается.
После окончания зарядки контроллер продолжает мониторинг напряжения аккумулятора (см. п.1). Ток, потребляемый схемой мониторинга 2-3 мкА. После падения напряжения до 4.0В, зарядка включается снова. И так по кругу.

Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1200/R prog . Допустимый максимум - 1000 мА.

Реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 на 3400 мА/ч показан на графике:

Достоинство микросхемы в том, что ток заряда задается всего лишь одним резистором. Не требуются мощные низкоомные резисторы. Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки. При неподключенном аккумуляторе, индикатор моргает с периодичностью раз в несколько секунд.

Напряжение питания схемы должно лежать в пределах 4.5...8 вольт. Чем ближе к 4.5В - тем лучше (так чип меньше греется).

Первая нога используется для подключения датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею (обычно это средний вывод аккумулятора сотового телефона). Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостанавливается. Если контроль температуры вам не нужен, просто посадите эту ногу на землю.

Внимание! У данной схемы есть один существенный недостаток: отсутствие схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выгорает из строя из-за превышения максимального тока. При этом напряжение питания схемы напрямую попадает на аккумулятор, что очень опасно.

Печатка простая, делается за час на коленке. Если время терпит, можно заказать готовые модули. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и переразряда ( , например, можно выбрать какая плата вам нужна - с защитой или без, и с каким разъемом).

Так же можно найти готовые платы с выведенным контактом под температурный датчик. Или даже модуль зарядки с несколькими запараллеленными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от переполюсовки (пример).

LTC1734

Тоже очень простая схема. Ток заряда задается резистором R prog (например, если поставить резистор на 3 кОм, ток будет равен 500 мА).

Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (их можно часто встретить в старых телефонах от самсунгов).

Транзистор подойдет вообще любой p-n-p, главное, чтобы он был рассчитан на заданный ток зарядки.

Индикатора заряда на указанной схеме нет, но в на LTC1734 сказано, что вывод "4" (Prog) имеет две функции - установку тока и контроль окончания заряда батареи. Для примера приведена схема с контролем окончания заряда при помощи компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 в данном случае можно заменить дешевым LM358.

TL431 + транзистор

Наверное, сложно придумать схему из более доступных компонентов. Здесь самое сложное - это найти источник опорного напряжение TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически повсюду (редко какой источник питания обходится без этой микросхемы).

Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора. Подойдут даже старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).

Настройка схемы сводится к установке выходного напряжения (без аккумулятора!!!) с помощью подстроечного резистора на уровне 4.2 вольта. Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока.

Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов - сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля. Единственный недостаток - плохая повторяемость схемы (капризна в настройке и требовательна к используемым компонентам).

MCP73812

Есть еще одна незаслуженно обделенная вниманием микросхема от компании Microchip - MCP73812 (см. ). На ее базе получается очень бюджетный вариант зарядки (и недорогой!). Весь обвес - всего один резистор!

Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе - SOT23-5.

Единственный минус - сильно греется и нет индикации заряда. Еще она как-то не очень надежно работает, если у вас маломощный источник питания (который дает просадку напряжения).

В общем, если для вас индикация заряда не важна, и ток в 500 мА вас устраивает, то МСР73812 - очень неплохой вариант.

NCP1835

Предлагается полностью интегрированное решение - NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4.2 ±0.05 В).

Пожалуй, единственным недостатком данной микросхемы является ее слишком миниатюрный размер (корпус DFN-10, размер 3х3 мм). Не каждому под силу обеспечить качественную пайку таких миниатюрных элементов.

Из неоспоримых преимуществ хотелось бы отметить следующее:

Минимальное количество деталей обвеса.
Возможность зарядки полностью разряженной батареи (предзаряд током 30мА);
Определение окончания зарядки.
Программируемый зарядный ток - до 1000 мА.
Индикация заряда и ошибок (способна детектировать незаряжаемые батарейки и сигнализировать об этом).
Защита от продолжительного заряда (изменяя емкость конденсатора С т, можно задать максимальное время заряда от 6,6 до 784 минут).

Стоимость микросхемы не то чтобы копеечная, но и не настолько большая (~1$), чтобы отказаться от ее применения. Если вы дружите с паяльником, я бы порекомендовал остановить свой выбор на этом варианте.

Более подробное описание находится в .

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?

Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.

Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.

Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора - это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:

Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.

Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.

Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:

U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта

Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.

Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.

Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

Мощность рассеивания резистора:

P r = I 2 R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт

В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:

I зар = (U ип - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0.3 А

Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).

Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение - электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.

Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства. Однако такой способ зарядки имеет существенные минусы, о которых мы рассказывали в .

Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).

Зарядка при помощи лабораторного блока питания

Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).

Все, что нужно сделать для зарядки li-ion - это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.

Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.

Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.

Как видите, лабораторный БП - практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.

Как заряжать литиевые батарейки?

И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос - НИКАК.

Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.

Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 - это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.

О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.

85 коп/шт. Купить MCP73812 65 руб/шт. Купить NCP1835 83 руб/шт. Купить *Все микросхемы с бесплатной доставкой

Когда я придумывал схему, то старался ее максимально упростить, применив минимум компонентов.
1. Реле - любое с напряжением обмотки 12 Вольт (для вариантов с 3-4 аккумуляторами) и контактами рассчитанными на ток хотя бы 2х от тока заряда.
2. Транзистор - BC846, 847, или известный КТ315, КТ3102, а также аналоги.
3. Диод - любой маломощный диод.
4. Резисторы - любые в диапазоне 15 - 33кОм
5. Конденсатор - 33-47мкФ 25-50 Вольт.
6. Оптрон - PC817, стоит на большинстве плат блоков питания.

Собрал плату.

Здесь применены немного другие номиналы, хотя по сути важен только номинал резисторов R4 и R5. Номинал R5 должен быть по крайней мере в 2 раза меньше чем у R4.

Подбираем компоненты для будущей платы. К сожалению транзистор скорее всего придется купить, так как в готовых устройствах такие применяются редко, они могут встречаться на материнских платах, но крайне редко.

Плата универсальная, можно применить реле и сделать по предыдущей схеме, а можно применить полевой транзистор.

Теперь блок схема зарядного устройства будет выглядеть следующим образом:
Трансформатор, затем диодный мост и конденсатор фильтра, потом плата DC-DC преобразователя, ну и в конце плата отключения.
Полярность выводов индикации заряда я не подписывал, так как на разных платах может быть по разному, если что то не работает, то надо просто поменять их местами, тем самым изменив полярность на противоположную.

Переходим собственно к переделке.
Первым делом я перерезаю дорожки от выхода диодного моста, клемм подключения аккумулятора и светодиода индикации заряда. Цель - отключить их от остальной схемы, чтобы она не мешала «процессу». Можно конечно просто выпаять все детали кроме диодов моста, будет то же самое, но мне было проще перерезать дорожки.

Затем припаиваем фильтрующий конденсатор. Я припаял его прямо к выводам диодов, но можно поставить отдельный диодный мост, как я показывал выше.
Помним, что вывод с полоской - плюс, без полоски - минус. У конденсатора длинный вывод - плюс.

Печатные платы сверху не влазили совсем, постоянно упираясь в верхнюю крышку, потому пришлось разместить их снизу. Здесь конечно было тоже не все так гладко, пришлось выкусить одну стойку и немного подпилить пластмассу, но в любом случае здесь им было куда лучше.
по высоте они стали даже с запасом.

Переходим к электрическим соединениям. Для начала припаиваем провода, сначала я хотел применить более толстые, но потом понял что просто с ними не развернусь в тесном корпусе и взял обычные многожильные сечением 0.22мм.кв.
К верхней плате припаял провода:
1. Слева - вход питания платы преобразователя, подключается к диодному мосту.
2. Справа - белый с синим - выход платы преобразователя. Если применена плата отключения, то к ней, если нет, то на контакты аккумулятора.
3. Красный с синим - выход индикации процесса заряда, если с платой отключения, то к ней, если нет, то на светодиод индикации.
4. Черный с зеленым - Индикация окончания заряда, если с платой отключения, то на светодиод, если нет, то никуда не подключаем.

К нижней плате припаяны пока только провода к аккумулятору.

Да, совсем забыл, на левой плате виден светодиод. Дело в том, что я совсем забыл и выпаял все светодиоды, которые были на плате, но проблема в том, что если выпаять светодиод индикации ограничения тока, то ток ограничиваться не будет, потому его надо оставить (помечен на плате как CC/CV), будьте внимательны.

В общем соединяем все так, как на показано, фото кликабельно.

Затем клеим на дно корпуса двухсторонний скотч, так как снизу платы не совсем гладкие, то лучше использовать толстый. В общем этот момент каждый делает как удобно, можно приклеить термоклеем, привинтить саморезами, прибить гвоздями :)

Приклеиваем платы, провода прячем.
В итоге у нас должны остаться свободными 6 проводов - 2 к батарее, 2 к диодному мосту и 2 к светодиоду.

На желтый провод внимание не обращайте, это частный случай, у меня нашлось только реле на 24 Вольта, потому я его запитал от входа преобразователя.
Когда готовите провода, то всегда старайтесь соблюдать цветовую маркировку, красный/белый - плюс, черный/синий - минус.

Подключаем провода к родной плате зарядного. Здесь конечно у каждого будет по своему, но общий принцип думаю понятен. Особенно внимательно надо проверить правильность подключения к клеммам аккумулятора, лучше предварительно проверить тестером, где плюс и минус, впрочем то же самое касается и входа питания.

После всех этих манипуляций обязательно надо проверить и возможно заново установить выходное напряжение платы преобразователя, так как в процессе монтажа можно сбить настройку и получить на выходе не 12.6 Вольт (напряжение трех литиевых аккумуляторов), а к примеру 12.79.
Также можно подкорректировать и ток заряда.

Так как настройка порога срабатывания индикации окончания заряда не очень удобна, то я рекомендую купить плату с двумя подстроечными резисторами, это проще. Если купили плату с тремя подстроечными резисторами, то для настройки надо подключить к выходу нагрузку примерно соответствующую 1/10 - 1/5 от установленного тока заряда. Т.е. если ток заряда 1.5 Ампера и напряжение 12 Вольт, то это может быть резистор номиналом 51-100 Ом мощностью около 1-2 Ватт.

Настроили, перед сборкой проверяем.
Если сделали все правильно, то при подключении аккумулятора должно сработать реле и включиться заряд. В моем случае светодиод индикации при этом погасает, а включается когда заряд окончен. Если хотите сделать наоборот, то можно включить этот светодиод последовательно с входом оптрона, тогда светодиод будет светить пока идет заряд.

Так как в заголовке обзора все таки указана плата, а обзор о переделке зарядного, то я решил проверить и саму плату. Через пол часа работы при токе заряда 1 Ампер температура микросхемы была около 60 градусов, потому я могу сказать, что данную плату можно использовать до тока 1.5 Ампера. Впрочем это я подозревал с самого начала, при токе в 3 Ампера плата скорее всего выйдет из строя из-за перегрева. Максимальный ток при котором плату еще можно относительно безопасно использовать - 2 Ампера, но так как плата находится в корпусе и охлаждение не очень хорошее, то я рекомендую 1.5 Ампера.

Все, скручиваем корпус и ставим на полный прогон. Мне правда пришлось перед этим разрядить аккумулятор, так как я его зарядил в процессе подготовки прошлой части.
Если к зарядному подключается заряженный аккумулятор, то на 1.5-2 секунды срабатывает реле, потом опять отключается, так как ток низкий и блокировка не происходит.

Так, а теперь о хорошем и не очень.
Хорошее - переделка удалась, заряд идет, плата отключает аккумулятор, в общем просто, удобно и практично.
Плохое - Если в процессе заряда отключить питания зарядного, а потом опять включить, то заряд автоматически не включится.
Но есть куда большая проблема. В процессе подготовки я использовал плату из предыдущего обзора, но там же я писал, что плата без контроллера, потому полностью блокироваться не умеет. Но более «умные» платы в критической ситуации полностью отключают выход, а так как он одновременно является и входом то при подключении к зарядному которое я переделал выше, стартовать оно не будет. Для старта необходимо напряжение, и плате для старта необходимо напряжение:(

Решения данной проблемы несколько.
1. Поставить между входом и выходом платы защиты резистор, через который на клеммы будет попадать ток для старта зарядного, но как поведет себя плата защиты, я не знаю, для проверки ничего нет.
2. Вывести вход для зарядного на отдельную клемму батареи, так часто делается у аккумуляторного инструмента с литиевыми аккумуляторами. Т.е. заряжаем через одни контакты, разряжаем через другие.
3. Не ставить плату отключения вообще.
4. Вместо автоматики поставить кнопку как на этой схеме.

Вверху вариант без платы защиты, внизу просто реле, оптрон и кнопка. Принцип прост, вставили аккумулятор в зарядное, нажали на кнопку, пошел заряд, а мы пошли отдыхать. Как только заряд будет окончен, реле полностью отключит аккумулятор от зарядного.

Обычные зарядные устройства постоянно пытаются подать напряжение на выход если оно ниже определенного значения, но такой вариант доработки неудобен, а с реле не очень то и применим. Но пока думаю, возможно и получится сделать красиво.

Что можно посоветовать по поводу выбора вариантов заряда батарей:
1. Просто применить плату с двумя подстроечными резисторами (она есть в обзоре), просто, вполне корректно, но лучше не забывать что зарядное включено. День-два проблем думаю не будет, но уехать в отпуск и забыть зарядное включенным я бы не рекомендовал.
2. Сделать как в обзоре. Сложно, с ограничениями, но более правильно.
3. Использовать отдельное зарядное, например известный Imax.
4. Если в вашей батарее сборка из двух-трех аккумуляторов, то можно использовать B3.
Это довольно просто и удобно, кроме того есть полное описание в этом от автора Onegin45.

5. Взять блок питания и немного доработать его. Нечто подобное я делал в этом .

6. Сделать полностью свое зарядное, со всем автоотключениями, корректным зарядом и расширенной индикацией. Самый сложный вариант. Но это тема третьей части обзора, впрочем там же скорее всего будет и переделка блока питания в зарядное.

7. Использовать зарядное устройство типа такого.

Кроме того я часто встречаю вопросы насчет балансировки элементов в батарее. Лично я считаю, что это лишнее, так как качественные и подобранные аккумуляторы разбалансировать не так просто. Если хочется просто и качественно, то куда проще купить плату защиты с функцией балансировки.

Недавно был вопрос, можно ли сделать так, чтобы зарядное умело заряжать и литиевые аккумуляторы и кадмиевые. Да, сделать можно, но лучше не нужно так как кроме разной химии аккумуляторы имеют и разное напряжение. Например сборке из 10 кадмиевых аккумуляторов надо 14.3-15 Вольт, а из трех литиевых - 12.6 Вольта. В связи с этим нужен переключатель, который можно случайно забыть переключить. Универсальный вариант возможен только если количество кадмиевых аккумуляторов кратно трем, 9-12-15, тогда их можно заряжать как литиевые сборки 3-4-5. Но в распространенных батареях инструмента стоят сборки 10 штук.

На этом вроде все, я постарался ответить на некоторые вопросы, которые мне задают в личке. Кроме того, обзор скорее всего будет дополнен ответами на ваши следующие вопросы.

Купленные платы вполне работоспособны, но микросхемы скорее всего поддельные, потому нагружать лучше не более чем на 50-60% от заявленного.

А я пока думаю что надо иметь в правильном зарядном устройстве, которое будет делаться с нуля. Пока из планов -
1. Автостарт заряда при установке аккумулятора
2. Рестарт при пропадании питания.
3. Несколько ступеней индикации процесса заряда
4. Выбор количества аккумуляторов и их типа при помощи джамперов на плате.
5. Микропроцессорное управление

Хотелось бы также узнать, что интересно было бы вам увидеть в третьей части обзора (можно в личку).

Хотел применить специализированную микросхему (вроде даже бесплатный семпл можно заказать), но она работает только в линейном режиме, а это нагрев:((((

Возможно будет полезно, на архив с трассировками и схемами, но как я выше писал, добавочная плата скорее всего не будет работать с платами, которые полностью отключают аккумуляторы.

Дополнение, такие способы переделки подходят только для батарей до 14.4 Вольта (примерно), так как зарядные устройства под 18 Вольт аккумуляторы выдают напряжение выше 35 Вольт, а платы DC-DC рассчитаны только до 35-40.

Планирую купить +220 Добавить в избранное Обзор понравился +194 +384

ВКонтакте

Аккумуляторный инструмент мобильнее и удобнее в использовании по сравнению со своими сетевыми собратьями. Но не надо забывать и о существенном недостатке аккумуляторного инструмента, это как вы сами понимаете недолговечность батарей питания. Покупать отдельно новые аккумуляторы сопоставимо по цене с приобретением нового инструмента.После четырех лет службы мой первый шуруповерт, а точнее батареи стали терять емкость. Для начала я из двух батарей собрал одну выбрав рабочие «банки», но и этой модернизации хватило ненадолго. Переделывал свой шуруповерт на сетевой - оказалось очень неудобно. Пришлось, купить такой же, но новый 12 вольтовый «Интерскол ДА-12ЭР». Батареи в новом шуруповерте прослужили еще меньше. В итоге два исправных шуруповерта и не одной рабочей батареи.На просторах интернета много пишут, как решить данную проблему. Предлагается переделать отслужившие свой срок Ni-Cd батареи на Li-ion аккумуляторы типоразмера 18650. На первый взгляд ничего сложного в этом нет. Удаляешь из корпуса старые Ni-Cd батареи и устанавливаешь новые Li-ion. Но оказалось не все так просто. Ниже описано, на что следует обратить внимание при модернизации аккумуляторного инструмента.

Для переделки потребуется:

Начну с литий ионных аккумуляторов 18650. Приобретались на AliExpress.
Номинальное напряжение элементов 18650 - 3,7 В. По заявлению продавца емкость 2600мАч, маркировка ICR18650 26F, габариты 18 на 65 мм.

Преимущества Li-ion батарей перед Ni-Cd - меньшие габариты и вес, при большей емкости, а так же отсутствие так называемого «эффекта памяти». Но у литий ионных батарей есть серьезные недостатки, а именно:

1. Отрицательные температуры резко снижают емкость, что не скажешь про никель кадмиевые батареи. Отсюда вывод – если инструмент часто используется при отрицательных температурах, то замена на Li-ion не решит проблему.2. Разряд ниже 2,9 - 2,5В и перезаряд выше 4,2В может быть критичным, возможен полный выход из строя. Следовательно, нужна BMS плата для контроля заряда и разряда, если ее не установить, то новые элементы питания быстро выйдут из строя.В интернете в основном описывают, как переделать 14 вольтовый шуруповерт – он идеально подходит для модернизации. При последовательном соединении четырех элементов 18650 и номинальном напряжении 3,7В. получаем 14,8В. – как раз, что надо, даже при полной зарядке плюс еще 2В это не страшно для электродвигателя. А как быть с 12В инструментом. Возможны два варианта, установить 3 или 4 элемента 18650, если три то вроде бы маловато, особенно при частичном разряде, а если четыре – многовато. Я выбрал четыре и на мой взгляд сделал правильный выбор.

А сейчас про BMS плату, она тоже с AliExpress.

Это так называемая плата контроля заряда, разряда батареи, конкретно в моем случае CF-4S30A-A. Как видно из маркировки рассчитана она для батареи из четырех «банок» 18650 и ток разряда до 30А. Еще в нее встроен так называемый «балансир», который контролирует заряд каждого элемента отдельно и исключает неравномерную зарядку. Для правильной работы платы аккумуляторы для сборки берутся одной емкости и желательно из одной партии.Вообще в продаже есть великое множество BMS плат с разными характеристиками. На ток ниже 30А брать не советую – плата постоянно будет уходить в защиту и для восстановления работы на некоторые платы нужно кратковременно подать зарядный ток, а для этого нужно вынуть аккумулятор и подключить к зарядному устройству. На плате, которую мы рассматриваем, такого недостатка нет, просто отпускаешь курок шуруповерта и при отсутствии токов короткого замыкания плата включится сама.

Для зарядки переделанного аккумулятора прекрасно подошло родное универсальное зарядное устройство. В последние годы «Интерскол» стал комплектовать свой инструмент универсальными ЗУ.

На фото видно, до какого напряжения BMS плата заряжает мою батарею совместно со штатным зарядным устройством. Напряжение на аккумуляторе после зарядки 14,95В немного выше нужного для 12 вольтового шуруповерта, но это скорее даже лучше. Мой старый шуруповерт стал резвее и мощнее, а опасения что он перегорит, после четырех месяцев использования постепенно развеялись. Вот вроде бы и все основные нюансы, можно приступать к переделке.

Разбираем старую батарею.

Выпаиваем старые банки и оставляем клеммы вместе с термодатчиком. Если удалить и датчик, то при использовании штатного ЗУ оно не включится.

Согласно схеме на фото, спаиваем 18650 элементы в одну батарею. Перемычки между «банками» должны быть выполнены толстым проводом минимум 2,5кв. мм, так как токи при работе шуруповерта большие, а при маленьком сечении резко упадет мощность инструмента. В сети пишут, что паять Li-ion аккумуляторы нельзя так как они боятся перегрева, и рекомендуют соединять при помощи точечной сварки. Паять можно только нужен паяльник по мощней не менее 60 ватт. Самое главное паять надо быстро, чтоб не перегреть сам элемент.

Должно получиться примерно так, чтобы вошло в корпус аккумулятора.

От платы до клеммы провода должны быть гибкие, как можно короче и сечение минимум 2,5 кв. мм.

Всю схему аккуратно помещаем в корпус и фиксируем любым уплотнителем, для предотвращения повреждения деталей.

Для фиксации клеммы просто поместил ее на место и расклинил деревянными клиньями. Осталось только собрать корпус.

Вес стандартного Ni-Cd аккумулятора как видно 558 грамм.

Вес переделанного аккумулятора 376 грамм, следовательно, инструмент стал легче на 182 грамма. В заключении хочу сказать, что данная переделка того стоит. Шуруповерт стал мощнее и заряда хватает намного дольше, чем с родным аккумулятором. Переделывайте, не пожалеете!

ВКонтакте

Оцени самоделку:

59 Добавлено 10 комментариев Чтобы написать комментарий необходимо войти на сайт через соц. сети (или зарегистрироваться): Обычная регистрация

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

usamodelkina.ru

Переделка аккумулятора шуруповерта на Li-Ion

Переделка аккумулятора шуруповерта на Li-Ion Эту заметку (источник: stumpof.blogspot.ru) я собираюсь продублировать на https://mysku.ru, поэтому нужен товар, который будет обозреваться. И этим товаром будет у нас выступать обычный компьютерный разъем DB9F. На Али купить можно, например, тут. Но я этот разъем не покупал, а нашел в своих исторически сложившихся закромах. Думаю, что и большинство читателей смогут найти, порывшись в старом компьютерном железе. «Папа» тоже нужен, он есть на старых модемных и прочих CОМ-port шнурках. Почему написана эта заметка. Каждый раз, встречая на муське (и других форумах) статьи (и особенно последующие дискуссии) о переделке аккумуляторов шуруповертов на Li-Ion аккумуляторы, я задумываюсь о том, что шуруповертов в домашних хозяйствах нашей необъятной страны все-таки существенно больше, чем радиолюбителей с прямыми руками и просто людей которые умеет использовать паяльник по прямому назначению.

Ну, грустно читать все эти многоэкранные обсуждения (обзор 1, обзор 2, обзор 3, обзор 4, обзор 5… и т.д.), в которых предлагается покупать какие то контроллеры зарядки ценой в чуть меньше 2 тысяч рублей (для больших токов). Достаточно посмотреть на размеры этих плат и размеры мощных полевиков на платах, чтобы интуитивно понять, что что-то тут не так.

В одном из обсуждений, человек даже собрался Imax B6 покупать. Мысль хорошая, но не из-за аккумулятора же для шуруповерта. Естественно, все можно сделать существенно проще и дешевле и без ущерба качеству зарядки. Далее я пропускаю все абзацы про то, зачем вообще переводить шуруповерт на литий, про выбор высокотоковых аккумуляторов. Собственно, текст того что я хочу сказать я уже излагал в обсуждении на муське в очередном обзоре на данную тему. stump 03 августа 2016, 22:01 Универсальный рецепт для переделки шуруповертов, пылесосов и всего прочего, причем с любым напряжением от 12 до… Покупаем удлиннитель с N розетками на 220 В, покупаем N сетевых адаптеров (вилок) на 0,5...1,0А с Usb выходом, можно купить самые-самые китайские по 50 рублей (сейчас где-то около 70 рублей). покупаем N usb разъемов на Али и там же N платок TP4056 (15 рублей). Получаем N гальванически развязанных «зарядок» для одного Li-ION с выходом 0.5....1.0 A. Далее без всяких ненужных плат выравнивания и лишних мощных транзисторов паяем последовательную батарею Li-ION и все ее точки (крайние и промежуточные) выводим на разъем DB-9 (хватит на 4 или 5 последовательных банок, тут есть тонкость, лучше совместных участков зарядных проводов избегать). Паяем кабель: Выходы TP4056 -> DB-9. Все!!! Ограничение по току - определяется типом аккумулятора. Каждый акк. заряжается всегда полностью до 4.2В. Дешевле не придумаешь. Окончание зарядки - все LED на TP4056 зеленые (вариант - синие). Сетевой «размножитель» можно не покупать, а просто засунуть платки адаптера TP4056 (N-пар) в какой-нибудь большой старый адаптерный корпус и в этот же корпус поставить такой же DB-9.

Шуруповерт никаким образом нельзя переразрядить, в силу особенностей его применения (пылесос, по-видимому, можно). Он просто «тянуть» перестает. Поэтому никаких индикаторов и защиты от переразряда не требуется. Даже если включать шуруповерт с полностью разряженными аккумуляторами - ну, упадет напряжение на аккумуляторе под нагрузкой до (ниже) 2-х вольт. Ничего страшного. При снятии нагрузки (именно кратковременной) напряжение на банке восстановится до 2,5...3.0 вольт. Не почувствовать этот момент никак нельзя.

А дальше, просто на фотографиях, покажу, как это сделано. У меня 4 шуруповерта. Два на даче (18V), дома (18V) и на работе (12V). Если делать с платами защиты/контроллерами заряда, то будет полное финансовое разорение, особенно с учетом того, что в 18V шуруповерты требуются платы на 5 последовательно соединенных аккумуляторов (они реже встречаются и дороже). Комментарии, я думаю, тут практически не требуются. Показан вариант на 4 литиевых аккумулятора для 12V шуруповерта.

Это мой шуруповерт. В аккумулятор установлен разъем DB9F.

Это зарядное устройство с 4-мя гальванически развязанными каналами. На выходе все четыре канала «объединяются» в разъеме DB9M.

Четыре платы ЗУ LI-Ion с Али на микросхеме TP4056. Я находил по 12 рублей (20 штук). Ссылку потерял.

Естественно, все это можно засунуть в единую коробочку, на выходе которой будет только разъем DB9M, но иметь 4 гальванически развязанных отдельных канала зарядки очень удобно. Например, у меня переделано питание тестера с «Кроны» на два последовательно включенных литиевых аккумулятора от одноразовых электронных сигарет. Заряжаю той же зарядкой, двумя каналами. Такую конструкцию сможет повторить любой, далекий от электроники, домашний умелец. Небольшое примечание/уточнение. Аккумуляторы в корпусе шуруповертного аккумулятора мы соединяем последовательно. Четыре штуки для 12, 14, 16V шуруповертов и 5 штук для 18V аккумуляторов. 18 - вольтовый шуруповерт совершенно нормально работает и от четырех Li-Ion аккумуляторов, но только на свежезаряженных аккумуляторах. Придется его гораздо чаще подзаряжать. На разъем DB9.1 и DB9.2 выведены + и - первого аккумулятора отдельными проводами, которые припаяны непосредственно к полюсам аккумулятора. На DB9.3 выведен отдельным проводом + второго аккумулятора и т.д.… По электрической схеме контакт 2 и 3 DB9 это одна и та же точка. Однако это не совсем так с точки зрения платы заряда на TP4056. Следует избегать в цепи заряда совместных участков проводников, потому что при разных токах от двух плат заряда в конкретный момент времени может появиться ошибка в десятки/сотни милливольт. Провода в цепи зарядки желательно ставить диаметром побольше (ну, и в основной цепи разряда, естественно, тоже). Для шуруповерта с аккумулятором 18V при таком подключении потребуется 10 контактов. У меня в качестве 10-го контакта задействован металлический корпус разъема DB9. Еще картинка. Вариант для аккумулятора на 18 Вольт, 5 каналов.

Как купить маленькие дешевые (40...70 рублей) сетевые адаптеры на Али, чтобы они реально выдавали один ампер - это отдельная тема. Я покупал адаптеры лотами по 5 и 10 штук. Ссылку дать не могу, потому что странички на которых были приобретены показанные на фотографиях адаптеры, к сожалению, уже не существуют. Помню, что у продавца на страничке была картинка с нагрузочными резисторами и USB доктором, на котором было написано 0,98 А. Не обманул, ток такой на выходе действительно присутствовал, правда он сопровождался пульсациями с размахом полтора вольта. Пришлось допаивать внутрь танталовые конденсаторы. Одной емкости 220 мкФ, 6.3...10V на выходе таких адаптеров вполне достаточно, чтобы адаптер по характеристикам приблизился к фирменной зарядке от эппла (получаются пульсации 50...150 mV). Вместо кота.

Вот такой неплохой USB-doctor можно сделать из купленного на Алиэкспрессе вольтметра-амперметра (100 В, 10 А). Он чуть лучше большинства «докторов» первого поколения по падению напряжения на токоизмерительном шунте. Точно я не замерял, но цифра порядка 70 милливольт/1А. Такое падение напряжения сравнимо с «доктором» с OLED дисплеем. У остальных (и у «стандартного» белого «доктора» со шнурком) падение на шунте больше 100 мВ. Точные цифры, на самом деле, получить не так просто как бы хотелось, потому что каждый лишний USB контакт в цепи «съедает» около 30 мВ/1,0 А протекающего тока. На больших зарядных токах старые варианты «докторов», включенные в цепь, могут сами по себе снижать ток зарядки смартфона/планшета даже с короткими и качественными USB шнурками.

Источник: stumpof.blogspot.ru

Дополнение от 07.10.2017

Когда я написал эту заметку год назад и продублировал ее на сайте mysku.ru, меня там «отругали» за «колхозную» реализацию моего варианта зарядного устройства. Я не очень-то проникся критикой, потому что по-прежнему не вижу особого смысла совершать много лишних телодвижений для изготовления вспомогательного устройства, которое используется довольно редко. С другой стороны, за этот год я докупил еще немножко плат ЗУ на TP4056 и нашел в своих «закромах» подходящий корпус от сетевого адаптера. Ну и сделал вариант, такой, какой он с самого начала и планировался. Может быть так кому-то понравится больше. Нагляднее, что это самый простой вариант переделки шуруповерта на литий, да и по размеру такая зарядка меньше штатной. Все показано на картинках, и чуток пояснений.

Использованы самые дешевые сетевые белые USB адаптеры с Али, точнее их внутренности. USB разъем отпаян, а на выход каждой зарядки добавлен электролит 1500uF*6.3V Low ESR (можно найти на старых материнских платах, если платы поновее, то там же можно найти танталовые электролиты 100...200 uF, этот вариант еще лучше). Доработка нужна, чтобы можно было использовать самые-самые китайские сетевые адаптеры, независимо от исходной величины их пульсаций. То, что эти адаптеры не всегда вытягивают ток нагрузки 1А, на работоспособность конструкции не влияет. Даже если на выходе всего 0.5А - работать будет. И резистор на плате ЗУ TP4056 1.2 кОм (ток зарядки 1А) заменять на 2.4 кОм (ток зарядки 0.5А) не нужно. Будет чуть дольше заряжаться и только. Корпус ЗУ - какой-то типовой трансформаторный сетевой адаптер купленный очень-очень давно в магазине «Чип@Дип».

Изоляции каналов между собой уделено повышенное внимание. Это про фотки ниже. Нельзя здесь обойтись просто клеящим пистолетом и запихнуть в корпус комок проводов и плат потому что и напряжение сетевое и греется все это прилично. А КЗ нам ни к чему, учитывая, что следить за процессом зарядки как-то не принято.

Небольшое пояснение про то, что в основной статье речь шла о пяти Li-Ion аккумуляторах для шуруповертов с питанием 18 V, а в дополнении представлен вариант на 4 канала. Опыт эксплуатации переделанных батарей показал, что литиевые аккумуляторы все же помощнее исходных никель-кадмиевых. Да и последовательно их 5 штук (30-ти амперных), а не 15 штук. Все что раньше «падало» и «рассеивалось» на источнике, теперь греет электродвигатель. В результате, даже без особой нагрузки, но при длительном включении (пример: сверлил сверлом 4...5 мм «скользкую» нержавейку толщиной миллиметров 5), мотор начинает попахивать горелой изоляцией. Поэтому, во избежание, я все «пятые» аккумуляторы из трех 18-ти вольтовых шуруповертов удалил. Результат:

Видно не очень хорошо, но здесь горят два красных светодиода и два синих (они белые потому что оргстекло желтое). Вот, как все красные погаснут, так можно шуриком начинать работать. «Выравнивание» происходит «автоматически» на уровне 4.2 вольта.

Забыл написать, а это важно. Если кого-то заинтересовало, обратите внимание, что корпус адаптера из Чип@Дип-а изначально имеет вентиляционные прорези, да еще я сам снизу и по бокам насверлил дополнительных отверстий. В закрытом корпусе вся эта конструкция может «отдать концы» из-за перегрева.

mysku.ru

3S-4S платы BMS или один из вариантов переделки шуруповерта под литий

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о двух простеньких платках, предназначенных для контроля за сборками Li-Ion аккумуляторов, именуемые BMS. В обзоре будет тестирование, а также несколько вариантов переделки шуруповерта под литий на основе этих плат или подобных. Кому интересно, милости прошу под кат. Update 1, Добавлен тест рабочего тока плат и небольшое видео по красной плате Update 2, Поскольку тема вызвала небольшой интерес, поэтому постараюсь дополнить обзор еще несколькими способами переделки шурика, чтобы получился некий простенький FAQ Общий вид:

Краткие ТТХ плат:

Примечание: Сразу же хочу предупредить – с балансиром только синяя плата, красная без балансира, т.е. это чисто плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока. А также вопреки некоторым убеждениям ни одна из них не имеет контроллера заряда (CC/CV), поэтому для их работы необходима специальная платка с фиксированным напряжение и ограничением тока.

Габариты плат:

Размеры плат совсем небольшие, всего 56мм*21мм у синей и 50мм*22мм у красной:

Вот сравнение с аккумуляторами АА и 18650:

Внешний вид:

Начнем с синей платы защиты:

При более детальном рассмотрении можно увидеть контроллер защиты – S8254AA и компоненты балансировки для 3S сборки:

К сожалению, рабочий ток по заявлению продавца всего 8А, но судя по даташитам один мосфет AO4407A рассчитан на 12А (пиковый 60А), а у нас их два:

Еще отмечу, что ток балансировки совсем небольшой (около 40ma) и активируется балансировка, как только все ячейки/банки перейдут в режим CV (вторая фаза заряда). Подключение:

Красная плата попроще, ибо не имеет балансира:
Она также выполнена на основе контроллера защиты – S8254AA, но рассчитана на более высокий рабочий ток в 15А (опять же по заявлениям производителя):

Ходя по даташитам на используемые силовые мосфеты, рабочий ток заявлен 70А, а пиковый 200А, хватит даже одного мосфета, а у нас их два:

Подключение аналогичное:

Итого, как мы видим, на обеих платах присутствует контроллер защиты с необходимой развязкой, силовые мосфеты и шунты для контроля проходящего тока, но в синей есть еще и встроенный балансир. Я особо не вникал в схему, но похоже, что силовые мосфеты запараллелены, поэтому рабочие токи можно умножать на два. Важное примечание - максимальные рабочие токи ограничиваются токовыми шунтами! Про алгоритм заряда (CC/CV) эти платки не знают. В подтверждение тому, что это именно платы защиты, можно судить по даташиту на контроллер S8254AA, в котором о зарядном модуле ни слова:

Сам контроллер рассчитан на 4S соединение, поэтому с некоторой доработкой (судя по даташиту) – подпайкой кондера и резистора, возможно, заработает красная платка:

Синюю платку так просто доработать до 4S не получится, придется допаивать элементы балансира.

Тестирование плат:

Итак, переходим к самому главному, а именно к тому, насколько они пригодны для реального применения. Для тестирования нам помогут следующие приспособления:

Сборный модуль (три трех/четырехрегистровых вольтметра и холдер для трех 18650 аккумуляторов), который мелькал в моем обзоре зарядника iCharger 208B, правда, уже без балансировочного хвостика:

- двухрегистровый ампервольтметр для контроля тока (нижние показания прибора):

Понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития:

Зарядно-балансировочное устройство iCharger 208B для разряда всей сборки Стенд простой - плата преобразователь подает фиксированное постоянное напряжение 12,6V и ограничивает зарядный ток. По вольтметрам смотрим, на каком напряжении срабатывают платы и как отбалансированы банки. Для начала посмотрим главную фишку синей платы, а именно балансировку. На фото 3 банки, заряженные на 4,15V/4,18V/4,08V. Как видим – разбалансировка. Подаем напряжение, зарядный ток постепенно падает (нижний приборчик):

Поскольку платка не имеет каких-либо индикаторов, то окончание балансировки можно оценить только на глаз. Амперметр за час с лишним до окончания уже показывал по нулям. Кому интересно, вот небольшой ролик о том, как работает балансир в этой плате:

В итоге банки отбалансированы на уровне 4,210V/4,212V/4,206V, что весьма неплохо:

При подаче напряжения чуть большего 12,6V, как я понял, балансир неактивен и как-только напряжение на одной из банок достигнет 4,25V, то контроллер защиты S8254AA отключает заряд:

Такая же ситуация и с красной платой, контроллер защиты S8254AA отключает заряд также на уровне 4,25V: Теперь пройдемся по отсечке при нагрузке. Разряжать буду, как уже упоминал выше, зарядно-балансировочным устройством iCharger 208B в режиме 3S током 0,5А (для более точных замеров). Поскольку мне не очень хочется ждать разряда всей батареи, поэтому я взял один разряженный аккумулятор (на фото зеленый Самсон INR18650-25R). Синяя плата отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,7V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание): Как видим, ровно на 2,7V плата отключает нагрузку (продавец заявлял 2,8V). Как мне кажется, немного высоковато, особенно если учитывать тот факт, что в тех же шуруповертах нагрузки огромные, следовательно, и просадка напряжения большая. Все же желательно в таких приборах иметь отсечку под 2,4-2,5V. Красная плата, наоборот, отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,5V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание): Вот здесь вообще все отлично, но нет балансира.

Update 1: Тест нагрузки:

По току отдачи нам поможет следующий стенд: - все тот же холдер/держатель для трех 18650 аккумуляторов - 4-х регистровый вольтметр (контроль общего напряжения) - автомобильные лампы накаливания в качестве нагрузки (к сожалению, у меня всего 4 лампы накаливания по 65W, больше не имею) - мультиметр HoldPeak HP-890CN для измерения токов (макс 20А) - качественные медные многожильные акустические провода большого сечения Пару слов о стенде: аккумуляторы соединены «вальтом», т.е. как бы друг за другом, для уменьшения длины соединительных проводов, а следовательно и падения напряжения на них при нагрузке будет минимальным:

Соединение банок на холдере («вальтом»):

В качестве щупов для мультиметра выступили качественные провода с крокодилами от зарядно-балансировочного устройства iCharger 208B, ибо HoldPeak’овские не внушают доверие, да и лишние соединения будут вносить дополнительные искажения. Для начала потестим красную плату защиты, как самую интересную в плане токовой нагрузки. Припаяем силовые и побаночные провода:

Получается что-то типа этого (нагрузочные соединения получились минимальной длины):

Я уже упоминал в разделе о переделке шурика о том, что подобные холдеры не очень предназначены для таких токов, но для тестов пойдет. Итак, стенд на основе красной платки (по замерам не более 15А):

Коротко поясню: плата держит 15А, но у меня нет подходящей нагрузки, чтобы вписаться в этот ток, поскольку четвертая лампа добавляет еще около 4,5-5А, а это уже за пределами платки. При 12,6А силовые мосфеты теплые, но не горячие, самое то для продолжительной работы. При токах более 15А плата уходит в защиту. Я замерял с резисторами, они добавляли пару ампер, но стенд уже разобран. Огромный плюс красной платы – нет блокировки защиты. Т.е. при срабатывании защиты ее не нужно активировать подачей напряжения на выходные контакты. Вот небольшой видеоролик:

Немного поясню. Поскольку лампы накаливания в холодном виде имеют низкое сопротивление, да к тому же еще включены параллельно, то платка думает, что произошло короткое замыкание и срабатывает защита. Но благодаря тому, что у платы нет блокировки, можно немного разогреть спиральки, сделав более «мягкий» старт. Синяя платка держит больший ток, но на токах более 10А силовые мосфеты сильно греются. На 15А платка выдержит не более минуты, ибо через 10-15 секунд палец уже не держит температуру. Благо остывают быстро, поэтому для кратковременной нагрузки вполне подойдут. Все бы ничего, но при срабатывании защиты плата блокируется и для разблокировки необходимо подавать напряжение на выходные контакты. Это вариант явно не для шуруповерта. Итого, ток в 16А держит, но мосфеты очень сильно греются:

Вывод: лично мое мнение таково, что для электроинструмента отлично подойдет обычная плата защиты без балансира (красная). Она имеет высокие рабочие токи, оптимальное напряжение отсечки в 2,5V, да и легко дорабатывается до конфигурации 4S (14,4V/16,8V). Я считаю – это самый оптимальный выбор для переделки бюджетного шурика под литий. Теперь по синей платке. Из плюсов – наличие балансировки, но рабочие токи все же небольшие, 12А (24А) это для шурика с крутящим моментом 15-25Нм несколько маловато, особенно когда патрон уже почти стопорит при затяжке самореза. Да и напряжение отсечки всего 2,7V, а это значит, что при сильной нагрузке часть емкости батареи останется невостребованной, поскольку на высоких токах просадка напряжения на банках приличная, да и они рассчитаны на 2,5V. И самый большой минус – плата при сработке защиты блокируется, поэтому применение в шуруповерте нежелательно. Синюю платку лучше использовать в каких-нибудь самоделках, но это опять же, лично мое мнение.

Возможные схемы применения или как переделать питание шурика на литий:

Итак, как же можно переделать питание любимого шурика с NiCd на Li-Ion/Li-Pol? Эта тема уже достаточно заезжена и решения, в принципе, найдены, но я вкратце повторюсь. Для начала скажу лишь одно – в бюджетных шуриках стоит лишь плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока (аналог обозреваемой красной платы). Никакой балансировки там нет. Более того, даже в некоторых брендовых электроинструментах нет балансировки. Это же относится ко всем инструментам, где есть гордые надписи «Зарядка за 30 минут». Да, они заряжаются за полчаса, но отключение происходит тогда, как только напряжение на одной из банок достигнет номинала или сработает плата защиты. Не трудно догадаться, что банки будут заряжены не полностью, но разница всего 5-10%, поэтому не столь важно. Главное запомнить, заряд с балансировкой идет, как минимум, несколько часов. Поэтому возникает вопрос, а оно вам надо?

Итак, самый распространенный вариант выглядит так:

Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V и ограничением тока (1-2А) -> плата защиты -> 3 последовательно соединенных аккумулятора В итоге: дешево, быстро, приемлемо, надежно. Балансировка гуляет в зависимости от состояния банок (емкость и внутреннее сопротивление). Вполне рабочий вариант, но через некоторое время разбалансировка даст о себе знать по времени работы.

Более правильный вариант:

Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V, ограничением тока (1-2А) -> плата защиты с балансировкой -> 3 последовательно соединенных аккумулятора В итоге: дорого, быстро/медленно, качественно, надежно. Балансировка в норме, емкость батареи максимальная Итого, будем стараться сделать наподобие второго варианта, вот как можно сделать: 1) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, платы защиты и специализированное зарядно-балансировочное устройство (iCharger, iMax). Дополнительно придется вывести балансировочный разъем. Минусов всего два – модельные зарядники недешевые, да и обслуживать не очень удобно. Плюсы – высокий ток заряда, высокий ток балансировки банок 2) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты с балансировкой, DC преобразователь с токоограничением, БП 3) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты без балансировки (красная), DC преобразователь с токоограничением, БП. Из минусов только то, что со временем появится разбалансировка банок. Для минимизации разбалансировки, перед переделкой шурика необходимо подогнать напряжение к одному уровню и желательно брать банки из одной партии Первый вариант сгодится только тем, кто имеет модельное ЗУ, но мне кажется, если им нужно было, то они уже давным давно переделали свой шурик. Второй и третий варианты практически одинаковые и имеют право на жизнь. Необходимо лишь выбрать, что важнее – скорость или емкость. Я считаю, что самый оптимальный вариант – последний, но только раз в несколько месяцев нужно балансировать банки.

Итак, хватит болтовни, переходим к переделке. Поскольку я не имею шурика на NiCd аккумах, поэтому о переделке только на словах. Нам будет нужно:

1) Источник питания:

Первый вариант. Блок питания (БП), как минимум, на 14V или больше. Ток отдачи желателен не менее 1А (в идеале около 2-3А). Нам подойдет блок питания от ноутбуков/нетбуков, от зарядных устройств (выход более 14V), блоки для питания светодиодных лент, видеозаписывающей аппаратуры (DIY БП), например этот или этот:

- Понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития, например этот или этот:

- Второй вариант. Готовые блоки питания для шуриков с токоограничением и выходом 12,6V. Стоят недешево, как пример из моего обзора шуруповерта MNT - тыц:

- Третий вариант. Готовый БП со стабилизацией:

2) Плата защиты с балансиром или без оного. То току желательно брать с запасом:

Если использоваться будет вариант без балансира, то необходимо подпаять балансировочный разъем. Это нужно для контроля напряжения на банках, т.е. для оценки разбалансировки. И как вы понимаете, нужно будет периодически дозаряжать батарею побаночно простым зарядным модулем TP4056, если началась разбалансировка. Т.е. раз в несколько месяцев, берем платку TP4056 и заряжаем поочереди все банки, которые по окончании заряда имеют напряжение ниже 4,18V. Данный модуль корректно отрубает заряд на фиксированном напряжении 4,2V. Данная процедура займет час-полтора, зато банки будут более-менее отбалансированы. Написано немного сумбурно, но для тех, кто в танке: Через пару месяцев ставим на зарядку батарею шуруповерта. По окончании заряда достаем балансировочный хвостик и меряем напряжение на банках. Если получается что-то вроде этого – 4,20V/4,18V/4,19V, то балансировка, в принципе не нужна. Но если картина следующая – 4,20V/4,06V/4,14V, то берем модуль TP4056 и дозаряжаем поочереди две банки до 4,2V. Другого варианта, кроме специализированных зарядников-балансиров я не вижу. 3) Высокотоковые аккумуляторы:

Я уже ранее писал пару небольших обзоров о некоторых из них – тыц и тыц. Вот основные модели высокотоковых 18650 Li-Ion аккумуляторов: - Sanyo UR18650W2 1500mah (20А макс.) - Sanyo UR18650RX 2000mah (20А макс.) - Sanyo UR18650NSX 2500mah (20А макс.) - Samsung INR18650-15L 1500mah (18А макс.) - Samsung INR18650-20R 2000mah (22А макс.) - Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.) - Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.) - LG INR18650HB6 1500mah (30А макс.) - LG INR18650HD2 2000mah (25А макс.) - LG INR18650HD2C 2100mah (20А макс.) - LG INR18650HE2 2500mah (20А макс.) - LG INR18650HE4 2500mah (20А макс.) - LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.) - SONY US18650VTC3 1600mah (30А макс.) - SONY US18650VTC4 2100mah (30А макс.) - SONY US18650VTC5 2600mah (30А макс.) Я рекомендую проверенные временем дешевенькие Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.) или LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.). С другими баночками особо не сталкивался, но лично мой выбор - Samsung INR18650-30Q 3000mah. У Лыж был небольшой технологический дефект и начали появляться фейки с заниженной токоотдачей. Статью о том, как отличить фейк от оригинала могу скинуть, но чуть позже, нужно поискать ее.

Как все это хозяйство соединить:

Ну и пару слов о соединении. Используем качественные медные многожильные провода приличного сечения. Это качественные акустические или обычные ШВВП/ПВС сечением 0,5 или 0,75 мм2 из хозмага (вспарываем изоляцию и получаем качественные проводочки разного цвета). Длина соединительных проводников должна быть минимальной. Аккумуляторы, желательны из одной партии. Перед их соединением желательно зарядить их до одного напряжения, чтобы как можно дольше не было разбалансировки. Пайка аккумуляторов не представляет ничего сложного. Главное иметь мощный паяльник (60-80Вт) и активный флюс (паяльная кислота, например). Паяется на ура. Главное потом протереть место пайки спиртом или ацетоном. Сами аккумуляторы размещаются в батарейном отсеке от старых NiCd банок. Располагать лучше треугольником, минус к плюсу или как в народе «вальтом», по аналогии с этим (один аккум будет расположен наоборот), либо чуть выше хорошее пояснение (в разделе тестирование):

Так, соединяющие аккумуляторы провода, получатся короткими, следовательно, падение драгоценного напряжения в них под нагрузкой будет минимальным. Использовать холдеры на 3-4 аккумулятора не рекомендую, не для таких токов они предназначены. Побаночные и балансировочные проводники не так важны и могут быть меньшего сечения. В идеале, аккумы и плату защиты лучше запихать в батарейный отсек, а понижающий DC преобразователь отдельно в док станцию. Светодиодные индикаторы заряд/заряжено можно заменить своими и вывести на корпус докстанции. При желании можно добавить в батарейный модуль минивольтметр, но это лишние деньги, ибо общее напряжение на АКБ только косвенно скажет об остаточной емкости. Но если есть желание, почему бы и нет. Вот он самый:
Теперь прикинем по ценам: 1) БП – от 5 до 7 долларов 2) DC/DC преобразователь – от 2 до 4 долларов 3) Платы защиты - от 5 до 6 долларов 4) Аккумуляторы – от 9 до 12 долларов (3-4$ штучка) Итого, в среднем 15-20$ за переделку (со скидками/купонами), либо 25$ без оных.

Update 2, еще несколько способов переделки шурика:

Следующий вариант (подсказали по комментам, спасибо I_R_O и cartmannn):

Использовать недорогие 2S-3S зарядные устройства типа SkyRC e3 (это производитель того же iMax B6) или всевозможные копии B3/B3 AC/imax RC B3 (тыц) или (тыц) Оригинальный SkyRC e3 имеет зарядный ток на каждую банку 1,2А против 0,8А у копий, должен быть точен и надежен, но в два раза дороже копий. Совсем недорого можно купить на том же Банггуде. Как я понял по описанию, он имеет 3 независимых зарядных модуля, что-то сродни 3 модулей TP4056. Т.е. SkyRC e3 и его копии не имеют балансировки как таковой, а просто заряжают банки до одного значения напряжения (4,2V) одновременно, поскольку у них не выведены силовые разъемы. В ассортименте SkyRC есть действительно зарядно-балансировочные устройства, например, SkyRC e4, но ток балансировки всего 200ma и стоит уже в районе 15-20 долларов, зато умеет заряжать лифешки (LiFeP04) и токи заряда до 3А. Кому интересно, могут ознакомиться с модельным рядом SkyRC. Итого, для данного варианта необходимо любое из вышеперечисленных 2S-3S зарядных устройств, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты и высокотоковые аккумуляторы:

Как по мне, очень хороший и экономичный вариант, наверно, я бы остановился на нем.

Еще один вариант, предложенный камрадом Volosaty:

Использовать так называемый «Чешский балансир»:

Где он продается лучше спросить у него, я первый раз о нем услышал, :-). По токам ничего не подскажу, но судя по описанию, ему необходим источник питания, поэтому вариант не такой бюджетный, но вроде как интересный в плане зарядного тока. Вот ссылка на статью. Итого, для данного варианта необходимы: источник питания, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты, «чешский балансир» и высокотоковые аккумуляторы.

Преимущества:

Я уже ранее упоминал о преимуществах литиевых источников питания (Li-Ion/Li-Pol) над никелевыми (NiCd). В нашем случае сравнение лицом к лицу – типичная батарея шурика из NiCd аккумов против литиевой: + высокая плотность энергии. У типичной никелевой батареи 12S 14,4V 1300mah запасенная энергия 14,4*1,3=18,72Wh, а у литиевой батареи 4S 18650 14,4V 3000mah - 14,4*3=43,2Wh + отсутствие эффекта памяти, т.е. можно заряжать их в любой момент, не дожидаясь полного разряда + меньшие габариты и вес при одинаковых параметрах с NiCd + быстрое время заряда (не боятся больших токов заряда) и понятная индикация + низкий саморазряд Из минусов Li-Ion можно отметить только: - низкая морозостойкость аккумуляторов (боятся отрицательных температур) - требуется балансировка банок при заряде и наличие защиты от переразряда Как видим, преимущества лития налицо, поэтому зачастую имеет смысл переделки питания…

Вывод: обозреваемые платки неплохи, должны подойти для любой задачи. Если бы у меня был шурик на NiCd банках, для переделки я бы выбрал красную платку, :-)…

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Стоимость нового шуруповерта примерно на 70% состоит из стоимости аккумулятора к нему. Поэтому не удивительно, когда столкнувшись с выходом из строя аккумулятора, мы задаем себе вопрос - что дальше? Покупать новый аккумулятор или шуруповерт, а может, есть возможность произвести ремонт аккумулятора шуруповерта своими руками и продолжить работу уже привычным инструментом?

В данной статье, которую условно разделим на три части, мы рассмотрим: виды аккумуляторов, которые применяют в шуруповертах (ч.1), их возможные причины выхода из строя (ч.2) и доступные способы ремонта (ч.3).

Аккумулятор шуруповерта: конструкция и виды

Следует заметить, что независимо от марки шуруповерта и страны производителя аккумуляторы имеют идентичное строение. Собранный аккумуляторный блок имеет такой вид.

Если мы его разберем, то увидим, что он собран из небольших элементов, которые собраны последовательно. А из школьного курса физики мы знаем, что элементы, имеющие последовательное соединение, слаживают свои потенциалы.

Примечание. Сумма каждого элемента питания и дает нам итоговое напряжение на контактах аккумуляторной батареи.

Наборные части или «банки», как правило, имеют стандартный размер и напряжение, отличаются они только емкостью. Емкость аккумулятора измеряется в А/ч и указывается на элементе (изображено ниже).

Для компоновки аккумуляторов шуруповертов применяют следующие виды элементов:

никель - кадмиевые (Ni - Cd)батареи, с номинальным напряжением на «банках» 1,2V;
никель-металл-гидридный (Ni-MH), напряжение на элементах - 1,2V;
литий-ионный (Li-Ion), с напряжением - 3,6V.

Рассмотрим более подробно достоинства и недостатки каждого вида.

Самый распространённый вид ввиду низкой стоимости;
Не страшны низкие температуры, например как Li-Ion батареям;
Хранится в разряженном состоянии, при этом сохраняет свои характеристики.

Производится только в странах «третьего мира», ввиду токсичности при производстве;
Эффект памяти;
Саморазряд;
Маленькая емкость;
Малое количество циклов заряд/разряд, значит, долго не «живут» при интенсивном использовании.

Экологически чистое производство, есть возможность приобрести высококачественный фирменный аккумулятор;
Низкий эффект памяти;
Низкий саморазряд;
Большая емкость, в сравнении с Ni - Cd;
Большее количество циклов заряд/разряд.

Цена;
Теряет часть характеристик при длительном хранении в разряженном состоянии;
При низких температурах долго не «живет».

Нет эффекта памяти;
Почти отсутствует саморазряд;
Высокая емкость аккумулятора;
Количество циклов заряд/разряд в разы больше, нежели у предыдущих типов аккумуляторов;
Для набора необходимого напряжения необходимо меньшее количество «банок», что существенно уменьшает вес и габариты аккумулятора.

Высокая цена, почти в 3 раза в сравнении с никель - кадмиевым;
Через три года происходит существенная потеря емкости, т.к. Li разлагается.

С элементами мы познакомились, перейдем к остальным элементам аккумуляторного блока шуруповерта. Разборка блока, например, для ремонта аккумулятора шуруповерта Hitachi (изображен ниже), очень проста - откручиваем шурупы по периметру и разъединяем корпус.

Корпус имеет четыре контакта:

Два силовые, «+» и «-» , для заряда/разряда;
Верхний управляющий, он включен через термодатчик (термистор). Термистор необходим для защиты батарей, он отключает или ограничивает ток заряда при превышении определенной температуры элементов (как правило, в диапазоне 50 - 600С). Нагрев происходит по причине больших токов при форсированном заряде, так называемая «быстрая» зарядка;
Так называемый «сервисный» контакт, который включен через сопротивление 9Ком. Он используется для сложных зарядных станций, которые выравнивают заряд на всех элементах аккумулятора. В быту такие станции ни к чему, ввиду их высокой стоимости.

Вот собственно и вся конструкция аккумулятора. Ниже приведено видео, о том, как разобрать блок.

Определение неисправности

С назначением элементов конструкции аккумулятора разобрались, теперь рассмотрим, как определить неисправность, это ч.2 ремонта аккумулятора шуруповерта. Сразу заметим, что все элементы разом выйти из строя не могут, а поскольку цепь у нас последовательная, при выходе одного элемента - не работает вся цепь. Значит, наша задача определить, где у нас в цепи самое слабое звено.

Для этого нам будет необходим мультиметр, и для второго способа поиска неисправности лампа на 12В, если Ваш аккумулятор на шуруповерт тоже 12 вольтовой. Порядок действий следующий:

Ставим аккумулятор на зарядку, ждем сигнала о полном заряде.

Разбираем корпус и меряем на каждой банке аккумулятора. Для Ni - Cd у нас должно быть 1,2 - 1,4В, в литиевых - 3,6/3,8В.

Отмечайте все «банки», в которых напряжение меньше номинального. Например, у большинства элементов Ni - Cd напряжение 1,3В, а на одной или нескольких - 1,2/1,1В.

Собираем аккумулятор и работаем до заметной потери мощности.

Снимаем, разбираем и меряем падение напряжения на «банках» аккумулятора. На отмеченных элементах «проседание» напряжения будет больше чем на других. Например, на них уже не 1,2В, а 1,0В или еще ниже.

Примечание. Разница между элементами в аккумуляторной батарее в 0,5 - 0,7В считается существенной, это означает, что элемент приходит в негодность.

Таким образом, мы нашли кандидаты на «реанимацию» или «ампутацию» и замену на новые элементы.

Если Ваш шуруповерт работает от напряжения 12 или 13В можно произвести поиск более простым методом. Полностью заряженный аккумулятор разбираем и к контактам «+» и «-» подключаем 12 вольтовою лампу. Лампа будет нагрузкой, и будет разряжать аккумулятор. Далее проводим замеры на элементах батареи, там, где сильнее всего падение напряжения, там и слабое звено.

Есть и другие способы, вместо лампы можно подобрать сопротивление, но для этого уже необходимы азы электротехники, да и сомнительно что бы резистор с необходимым сопротивлением был под рукой.

Другие неисправности очень редко встречаются. Например, потеря контакта в местах пайки батарей или силовых контактах блока, выход из строя термистора. Эта проблемма больше присуща подделкам. В виду редкости, заострять внимание не будем, ограничимся элементами батареи.

С «проблемными» элементами разобрались, необходимо ремонтировать. Как отремонтировать аккумулятор шуруповерта? Вообще для ремонта доступно 2 способа, если так можно выразиться. Это восстановление и замена элементов, которые пришли в негодность.

Можно ли «реанимировать» элементы и как?

Приступим к ч.3 ремонта аккумулятора шуруповерта и сразу оговоримся, что понятие «реанимация» для литий - ионных батарей не применима. Эффекта памяти в них нет, скорее всего, произошло разложение лития, а с этим уже ничего не поделаешь. В таких аккумуляторах необходимо выяснить, в чем причина неисправности: сам элемент или схема управления. Здесь два варианта:

меняем схему управления от другой, но аналогичной нашей, батареи, если помогло - находим замену и меняем;
подать 4V на элемент с током примерно в 200мА, для этого необходимо регулируемое зарядное устройство. Если напряжение на элементе растет до 3,6V - элемент исправен, проблема в других элементах, либо в схеме управления.

Восстановительный ремонт аккумулятора шуруповерта доступен преимущественно для Ni - Cd батарей, но они, как правило, и самые распространённые в бытовых шуруповертах.

Итак, как реанимировать аккумулятор шуруповерта? Существует два вида «реанимации» для этих видов аккумуляторов:

Метод уплотнения или сжатия (он сработает в тех случаях, когда электролит все еще в наличии, но потерян объём);
«Прошивка» напряжением и током большим от номинального. Этот способ позволяет устранить эффект памяти, и хотя и не полностью, но восстановить утраченную емкость.

Этот способ приведен ниже на видео.

Примечание. Как правило, в никель - кадмиевой батарее основная причина потери емкости - выкипание электролита, и если его критически мало - никакая «прошивка» не поможет.

Этот способ, если его результат будет положительным, не решит проблему выхода из строя элементов. Скорее он лишь отсрочит замену пришедших в негодность и в дальнейшем все равно понадобится ремонт аккумулятора шуруповерта Макита или любого другого.

Ремонт и замена элементов аккумулятора шуруповерта

Более действенный способ ремонта аккумуляторов для шуруповерта - замена элементов, которые определены нами как неисправные.

Для осуществления ремонта нам необходим либо аккумулятор - «донор», в котором часть элементов исправна, либо новые «банки». Приобрести их не составит большого труда, даже в интернете Вы с легкостью найдете с десяток магазинов, которые готовы выслать эти элементы по почте. Цена особо не кусается, например никель- кадмиевый элемент емкостью в 2000 мА/ч стоит в районе 100 рублей.

Примечание. Приобретая новый элемент, следите за тем, чтобы его емкость и габариты совпадали с родными элементами.

Так же нам понадобится паяльник, малокорозийный флюс (желательно спиртовой флюс на канифоли) и олово. О точечной сварке не говорим, так как для разового ремонта аккумулятора вряд ли есть потребность ее приобретать или собирать…

В самой замене ничего сложного нет, тем более если хоть какой - то опыт в пайке есть. На фотографиях достаточно подробно все изображено, обрезаем неисправный элемент, вместо него запаиваем новый.

Необходимо отметить несколько нюансов:

при пайке паяльником, старайтесь паять быстро, так что бы аккумулятор не нагревался, т.к. рискуете испортить его;
при возможности соединение реализуйте при помощи родных пластин, или используйте таких же размеров медные, это важно потому как токи зарядки большие и при неправильном сечении соединительных проводов они будут греться, соответственно будет срабатывать защита термистора;
ни в коем случае не перепутайте плюс батареи с минусом - соединение последовательное, значит, минус предыдущей банки идет на плюс новой банки, а минус новой - на плюс следующей.

После того как спаяли новые элементы, необходимо выравнивание потенциалов на «банках», поскольку они разные. Проводим цикл заряд/разряд: ставим заряжаться на всю ночь, даем сутки на остывание и меряем напряжение на элементах. Если мы все сделали правильно, картина будет примерно такой: на всех элементах одинаковый показатель мультиметра, в пределах 1,3В.

Далее приступаем к разряду батареи, вставляем аккумулятор в шуруповерт и нагружаем его «по полной». Главное щадите сам шуруповерт, иначе придется ремонтировать и его. Доводим до полного разряда. Данную процедуру повторяем еще два раза, т.е. заряжаем и полностью разряжаем.

Следует отметить, что процедуру стирания «эффекта памяти» следует проводить раз в три месяца. Проводится по аналогии вышеописанной тренировки.

Такая не очень хитрая процедура продлит работу Вашего шуруповерта, по крайней мере, до тех пор, пока его самого не придётся менять на новый

Проблема, стоящая перед всеми, кто имеет дома какой-либо эл/инструмент, работающий от АКБ – повышение срока их эксплуатации. В основном все бытовые модели шуруповертов комплектуются аккумуляторами металлгидридными (NiMH) или никель-кадмиевыми (NiCd). И это объясняется в первую очередь их более низкой ценой по сравнению с литий-ионными (Li-ion) аналогами.

Несмотря на высокую стоимость, последние предпочтительнее по многим параметрам. Достаточно обозначить лишь два – практически полное отсутствие саморазряда и более длительный срок пригодности. Пользоваться шуруповертом в быту приходится не каждый день, а лишь изредка, поэтому имеет смысл переделать аккумулятор шуруповерта с NiCd (или NiMH) на литий-ионную батарею самостоятельно, не тратя деньги на образец промышленного изготовления. О том, как это осуществить – данная статья.

Все обозначенные ниже величины напряжений – лишь для одной из моделей шуруповертов, как пример расчетов.

Алгоритм переделки АКБ на литий-ионную батарею

Подбор аккумуляторов

Здесь нелишне вспомнить среднюю школу – при последовательном соединении батарей номиналы их напряжений суммируются. К примеру, если для нормальной работы шуруповерта нужно 14,4 В, то вместо одного (штатного) аккумулятора достаточно приобрести 4 штуки по 3,3 В. Вполне хватит, так как литий-ионные элементы при включении инструмента не слишком «проседают».

Что учесть:

Раз принято решение о переделке АКБ шуруповерта, то для достижения ожидаемого эффекта следует покупать мини-батареи от известного производителя. Например, аккумуляторы LiFePO4 компании Sistem A123. Их емкость (в мА/ч) – 2 300, что вполне достаточно для нормальной работы эл/инструмента. Если ориентироваться на дешевые элементы «made in Китай», то переделка теряет смысл – эти изделия долго не прослужат.
Покупка мини-аккумуляторов литий-ионных через интернет-магазин позволит существенно сэкономить. Они обойдутся примерно в 900 рублей, в то время как в торговой точке за них придется отдать не менее 1 700 – 2 000. Это же касается и зарядного устройства. Такой подход позволит решить проблему с минимальными затратами, иначе проще купить к шуруповерту готовый Li-ion аккумулятор за 6 800 – 7 150 рублей и не тратить время на переделку. О том, .
При покупке батарей следует обратить внимание на наличие медных полосок на их выводах. Это существенно облегчит процесс сборки аккумулятора из отдельных элементов (этап пайки).

Подбор инструментов и материалов

Процесс пайки отличается своей спецификой. Жало паяльника разогревается до высокой температуры, а длительное термическое воздействие для АКБ губительно. Следовательно, необходимо свести время нагрева до минимума. Этого получится добиться, если вместо традиционного флюса – сосновая канифоль или спиртосодержащие составы на ее основе – использовать паяльную кислоту. Приобрести можно в любой точке, где продаются радиомонтажные инструменты и детали, или в автомагазине (отдел запчастей). Стоимость флакончика для пайки в 20 г – порядка 35 рублей.

Исходя из сказанного, и так, чтобы его мощности хватило для быстрого плавления припоя. Автор использовал самый распространенный в быту – 65 Вт/220. С инструментом более высокой мощности – 100 Вт – работать сложнее, так как перегрева избежать трудно. Здесь нужен опыт и аккуратность. То же касается и паяльника на 40 Вт. Придется увеличить время нагрева, поэтому можно «переборщить». Хотя это рекомендация на основе личного опыта и автор не вправе навязывать свое мнение.

Монтаж литий-ионной батареи

Подготовка «сборки»

Перед тем, как заняться пайкой, следует определиться с компоновкой отсека для аккумулятора. То есть расположить все элементы так, чтобы они удобно в него ложились. После этого приобретенные батарейки скрепляются клейкой лентой (ПВХ, скотч).

Обработка контактов мини-аккумуляторов

Они постепенно окисляются. Значит, их нужно немного зачистить. Именно слегка, с помощью мелкозернистой (шлифовальной) шкурки.

Он начинается с обезжиривания «контактной» части аккумулятора и кратковременном нагреве приложенного припоя. Лудить лучше легко плавящимся, например, ПОС-40. Паяльник должен соприкасаться с металлом АКБ не более 1,2 – 2 сек. Особое внимание при пайке плюсового вывода.
Использовать в качестве соединительных проводов желательно медные, сечением не менее 2,5 «квадрата». Они обязательно изолируются термокембриком.
Все мини-аккумуляторы соединяются перемычками согласно схеме. В качестве таковых используется провод или «шины» из полосок тонкого металла.
Заключительный этап – присоединение проводов к выводам отсека для аккумулятора. В случае, если укладка сборки в него затруднена, следует убрать ребра жесткости. Они из пластмассы, поэтому при помощи бокорезов избавиться от них несложно.

Дополнительно

Делать или нет, решать вам, читатель. Но особенность Li-ion аккумуляторов в том, что они чувствительны к перезаряду. Поэтому желательно контролировать номинал напряжения не только на всей сборке, но и на каждом элементе в отдельности. Значит, кроме 2-х проводов «+» и «–», нужно вывести еще 5. Чтобы ограничиться всего лишь одним разъемом (и для заряда, и для балансировки), можно использовать такой.

Схема распайки контактов

«+» – 5 и 9.
«–» – 1 и 6.
Контакты балансировочные (по возрастающей) – 2, 7, 3, 8 и 4.

Разъемы для подключения к зарядному устройству выбираются в зависимости от его модели. Оба соединительных кабеля припаиваются по схеме.

Несмотря на то, что использование литий-ионных аккумуляторов дает множество преимуществ – отсутствие «памяти» батареи, крайне низкий саморазряд, возможность работать шуруповертом в условиях отрицательных температур, длительный (до 8 лет) срок пригодности – они более чувствительны к соблюдению технологии зарядки. Если не контролировать номинал напряжения, то Li-ion АКБ быстро разрушаются. Следовательно, придется приобретать специальное, более дорогое зарядное устройство. То, которым изначально укомплектован шуруповерт, для литий-ионных аккумуляторов не подходит.

В интернете встречаются рекомендации по вторичному использованию Li-ion батарей, которые ранее были установлены в других технических устройствах. Например, для обеспечения автономной работы ноутбука или телефона (сотового). Вариантов много. Автор предлагает задаться простым вопросом – рациональна ли такая экономия, если изделия категории б/у не обеспечат нормального функционирования шуруповерта, учитывая специфику применения данного эл/инструмента? Возможно, какое-то время он и будет выполнять свою задачу, но насколько эффективно и как долго – вполне закономерный вопрос. Поэтому подобные советы различных «самоделкиных» вряд ли заслуживают внимания.

Для контроля над состоянием элементов аккумулятора можно приобрести индикатор напряжения. В радиомагазине подскажут, какую плату целесообразнее использовать. Стоит недорого – в пределах 180 рублей.

Прежде чем заниматься переделкой аккумулятора, следует посмотреть паспорт шуруповерта. Какое номинальное напряжение в нем указано. В зависимости от этого выбирается требуемое количество элементов.

Автор обращает внимание, что без достаточных познаний в радиотехнике заниматься самостоятельным изготовлением электронных плат нецелесообразно. Малейшая ошибка, к примеру, в подборе деталей для балансировочной схемы приведет к тому, что элементы начнут один за другим «вылетать», и их заменой на новые мини-АКБ придется заниматься регулярно.

Если нет уверенности в том, что работу получится выполнить качественно, не стоит тратить время на переделку и приобрести литий-ионную батарею к шуруповерту в магазине. Несмотря на ее цену, в конечном итоге это выйдет дешевле, чем постоянная реанимация самодельного аккумулятора. Или поступить проще – купить соответствующую модель зарядного устройства. Тогда и платы монтировать не придется.

2016-06-02

Предыдущая статья: Аукционный робот для росэлторг, ртс-тендер и сбербанк-аст Как выигрывать больше c аукционным роботом Следующая статья: Принцип работы реле контроля фаз и схема подключения Слипание фаз определение