Принцип работы ЗУ
При выходе из строя ЗУ есть смысл сначала попробовать его восстановить. Для проведения ремонта желательно иметь схему прибора заряда и мультиметр. Схемотехника многих приборов заряда построена на микросхеме HCF4060BE. Её схема включения формирует выдержку интервала времени заряда. Она включает в себя цепь кварцевого генератора и 14-разрядный двоичный счётчик, благодаря чему на ней легко реализовывается таймер.
Принцип работы схемы зарядника проще разобрать на реальном примере. Вот как выглядит она в шуруповёрте Интерскол:
Такая схема предназначена для заряда 14,4-вольтовых аккумуляторов. Она имеет светодиодную индикацию, показывающую подключение в сеть, горит светодиод LED2, и процесс заряда, горит LED1. В качестве счётчика используется микросхема U1 HCF4060BE или её аналоги: TC4060, CD4060. Выпрямитель собран на силовых диодах VD1-VD4 типа 1N5408. Транзистор PNP типа Q1 работает в ключевом режиме, к его выводам подключены управляющие контакты реле S3-12A. Работой ключа управляет контроллер U1.
При включении ЗУ переменное напряжение сети 220 вольт через предохранитель поступает на понижающий трансформатор, на выходе которого её значение составляет 18 вольт. Далее, проходя через диодный мост, выпрямляется и попадает на сглаживающий конденсатор C1 ёмкостью 330 мкФ. Величина напряжения на нём равна 24 вольта. Во время подсоединения батареи контактная группа реле находится в разомкнутом положении. Микросхема U1 запитывается через стабилитрон VD6 постоянным сигналом равным 12 вольт.
Используемая кнопка SK1 работает без фиксации. При её отпускании всё питание поступает через цепочку VD7, VD6 и ограничительное сопротивление R6. И также питание подаётся на светодиод LED1 через резистор R1. Светодиод загорается, сигнализируя, что начат процесс заряда. Время работы микросхемы U1 настроено на один час работы, после чего питание снимается с транзистора Q1 и, соответственно, с реле. Его контактная группа разрывается и ток заряда пропадает. Светодиод LED1 гаснет.
Читать также: Удельный вес себестоимости формула
Этот прибор заряда оборудован схемой защиты от перегрева. Реализуется такая защита с помощью датчика температуры — термопара SA1. Если во время процесса температура достигнет значения более 45 градусов Цельсия, то термопара сработает, микросхема получит сигнал и цепь заряда разорвётся. После окончания процесса напряжение на клеммах батареи достигает 16,8 вольт.
Такой способ зарядки не считается интеллектуальным, ЗУ не может определить, в каком состоянии находится батарея. Из-за чего продолжительность работы шуруповёрта от аккумулятора будет уменьшаться в связи с развитием у него эффекта памяти. То есть ёмкость аккумулятора каждый раз после заряда снижается.
Пошаговая инструкция
Чтобы сделать зарядку аккумулятора для шуруповерта своими руками, потребуются следующие материалы и инструменты:
Расшифровка индикаторов зарядного устройства.
- зарядный стакан;
- испорченная батарея;
- 2 провода длиной по 15 см;
- паяльник;
- отвертка;
- дрель;
- нож;
- термопистолет.
При помощи паяльника отпаивают клеммы испорченной батареи. Маркером на крышке устройства делают пометки, где был минус и плюс. При необходимости подготовленные отверстия подгоняют по нужным размерам. Для этого применяют лезвие.
Следующий этап заключается в прокладке провода через отверстия. Кабель припаивается к стакану с учетом полярности. Чтобы разъем не развалился, в батарею вставляется картон. Нижняя крышка крепится к зарядному стакану. Полученная конструкция вставляется в переходник, а затем в батарею.
Универсальный агрегат
Чтобы заряжалось устройство, можно изготовить зарядку из USB-источника. Для этого используют розетку, USB-зарядку, предохранитель (10 А), разъемы, краску, изоленту и скотч. Шуруповерт разбирают на детали. Верхний корпус отрезается от ручки ножом.
Схема зарядного устройства для шуруповерта.
Сбоку ручки делают отверстие для предохранителя. Провод соединяют с предохранителем и монтируют в ручку агрегата. Для фиксации предохранителя применяют клей и термопистолет. Корпус обматывается скотчем. Полученная конструкция подсоединяется к разъему батареи. Вверху шуруповерта монтируют провода. Инструмент собирают своими руками и обматывают изолентой. Корпус отшлифовывают и покрывают краской. Полученное устройство заряжают.
Прежде чем покупать шуруповерт, рекомендуется обратить внимание на его мощность. Если инструмент будет эксплуатироваться в домашних условиях, тогда можно приобрести агрегат с числом вращения 10-15 Нм
Профессионалам подойдет инструмент с внутренним усилием не более 130 Нм. Покупатель должен обратить внимание на число оборотов в минуту. Инструмент, который будет использоваться в домашних условиях, должен совершать 400-500 об/мин, а профессиональный агрегат — 1200-1300 об/мин.
Что делать, если аккумулятор не заряжается или не держит заряд
В данном случае, вариантов немного: либо причина неисправности кроется в зарядном устройстве, либо «барахлит» сам шуруповерт. Также и аккумуляторный блок со временем может исчерпать свой ресурс и нуждаться в замене. Для того чтобы выяснить причину, необходимо внимательно осмотреть как сам инструмент, так и его аккумулятор вместе с ЗУ.
Часто причина слабой зарядки аккумулятора заключается в том, что контакт между шуруповертом и его зарядником ослабевает вследствие разгибания клемм. Чтобы устранить эту неполадку, достаточно будет просто разобрать зарядник и аккуратно загнуть его клеммы обратно.
Не стоит забывать и о такой частой неполадке, как окисление металлических частей самого аккумулятора и зарядника. Постоянное попадание строительной пыли и грязи тоже способствуют слабому поступлению тока заряда от ЗУ к батарее: инструменты заряжаются хуже
Важно не забывать ухаживать за всеми составляющими инструмента для того, чтобы предотвратить ухудшение его работы, протирая металлические контакты и очищая их от загрязнений
В случае, если села сама батарея, можно попытаться «раскачать» ее, как это обычно делается в случае с никель-кадмиевыми элементами. Если это не помогает, придется либо менять аккумуляторный блок полностью, либо осуществить частичную замену его элементов.
О ремонте аккумулятора шуруповерта →
Обычно любой шуруповерт укомплектован двумя идентичными батареями. Если одна из них выходит из строя, при желании можно собрать один работающий аккумулятор из двух, в случае, если емкость стала меньше в обоих. После того как из двух блоков будет собран один работающий, нужно не забыть уравнять показатели емкости элементов, «прокачав» батарею несколькими циклами «заряда-разряда» в течение 3-4 часов.
Можно также попытаться «взбодрить» батарейки по отдельности. Для этого наиболее слабые из них следует подвергнуть зарядке большими токами, после чего собрать аккумулятор обратно и заряжать уже в обычном режиме. Такой метод иногда работает в случае с никель-кадмиевыми аккумуляторами. «Точечная» подзарядка большими токами должна длиться не больше 3-5 секунд, при этом желательно не допускать сильного перегрева элемента во избежание его разрушения.
Как правильно заряжать новый аккумулятор первый раз и во время тренировок
После покупки нового элемента питания или шуруповерта батарейка не будет заряжаться до конца. Эта проблема легко решается при помощи проведения тренировочных циклов. Рекомендуется провести полные 3-5 циклов зарядки и разрядки АКБ. Литий-ионная батарейка для шуруповерта более подвержена глубокому разряду, поэтому требует проведения особых измерений и процедур перед началом эксплуатации. Перед первым использованием Li-ion батареи следует:
- Взять в руки мультиметр и проверить текущий остаточный заряд. Примерное значение должно быть в диапазоне от 20% до 30%.
- В зависимости от значений, которые были получены при помощи мультиметра, разрядить АКБ до значения в 20%.
- Поставить блок на зарядку, пока она полностью не зарядится.
При тренировке аккумуляторных батареи зарядное устройство нельзя подключать через удлинитель. Лучше всего расположить ЗУ к вводному кабелю, чтобы слегка повысить входящее напряжение. Новую аккумуляторную батарею следует заряжать при температурном режиме в районе 20-25°С., в сухом помещении.
Зарядка аккумулятора шуруповерта требует постоянного зрительного контроля, потому что батарея может вести себя непредсказуемо в первый раз: перегрев или вздутие корпуса указывает на заводской брак
Важно отключить зарядное устройство, когда уровень заряда достигнет 100%, обеспечить все внешние условия, в том числе влажность воздуха. При выполнении тренировочного цикла разрядки нужно ограничить входящий ток до 0.1 C
Вздутый аккумулятор
Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы
Существует несколько схем зарядки литиевых аккумуляторов. Чаще используется двухэтапная зарядка, разработанная компанией SONY. Не применяются устройства с применением импульсного заряда и ступенчатой зарядки, как для кислотных АКБ.
Зарядка любых разновидностей ионно-литиевых или литий-полимерных аккумуляторов требует строгое соблюдение напряжения. На одном элементе заряженного литиевого аккумулятора должно быть не больше 4,2 В. Номинальным напряжением для них считается 3,7 В.
Литиевые аккумуляторы можно ли заряжать быстро, не полностью? Да. Их всегда можно дозарядить. Работа батареи на 40-80 % емкости удлинняет АКБ срок годности.
Двухступенчатая схема зарядки батареи литиевых аккумуляторов
Принцип схемы CC/CV – постоянная сила зарядного тока/ постоянное напряжение. Как зарядить по этой схеме литиевый аккумулятор?
На схеме до 1 этапа зарядки изображен предэтап, для восстановления глубоко севшего литиевого аккумулятора, с напряжением на клеммах не менее 2,0 В. Первый этап должен восстановить 70-80 % емкости. Ток зарядки выбирают 0,2-0,5 С. Ускоренно заряжать можно, током 0,5-1,0 С. (С – емкость литиевых аккумуляторов, цифровое значение). Каким должно быть напряжение зарядки на первом этапе? Стабильным, 5 В. Когда достигнуто напряжение на клеммах аккумулятора 4,2 – это сигнал перехода на второй этап.
Теперь ЗУ поддерживает стабильное напряжение на клеммах, а зарядный ток по мере поднятия емкости снижается. При уменьшении его значения до 0,05-0,01 С зарядка закончится, устройство отключится, не допуская перезарядки. Общее время восстановления емкости для литиевого аккумулятора не превышает 3 часов.
Если литий-ионная батарея разряжена глубже 3,0 В, потребуется провести «толчок». Это заключается в зарядке малым током до тех пор, пока на клеммах не будет 3,1 В. Потом используется обычная схема.
Как контролируют параметры зарядки
Так как литиевые аккумуляторы работают в узком диапазоне изменения напряжения на клеммах, их нельзя перезаряжать выше 4,2 В и допускать разрядку ниже 3 В. Контроллер заряда установлен в ЗУ. Но каждый аккумулятор или батарея имеют собственные прерыватели, РСВ плату или РСМ модули защиты. В аккумуляторах установлена именно защита от того или иного фактора. В случае нарушения параметра, она должна отключить банку, разорвать цепь.
Контроллер – устройство, которое должно реализовать функции управления – переводить режимы CC/CV, контролировать количество энергии в банках, отключать зарядку. При этом сборка работает, нагревается.
Самодельные схемы зарядки, применяемые для литиевых аккумуляторов
- LM317 – схема простого зарядного устройства с индикатором заряда. От USB порта не запитывается.
- MAX1555, MAX1551- специально для Li Аккумуляторов, устанавливаются в адаптер питания от телефона в USB. Есть функция предварительного заряда.
- LP2951- стабилизатор ограничивает ток, формирует стабильное напряжение 4,08-4,26В.
- MCP73831- одна из простейших схем, подходит для зарядки ионных и полимерных устройств.
Если батарея состоит из нескольких банок, разряжаются они не всегда равномерно. При зарядке необходим балансир, распределяющий заряд и обеспечивающий равномерный заряд всех банок в батарее. Балансир может быть отдельным или встроенным в схему подключения АКБ. Устройство защиты батареи называется BMS. Зная как заряжать приборы, разбираясь в схемах, можно своими руками собрать схему защитного устройства для литиевого аккумулятора.
Общие правила зарядки аккумулятора шуруповерта
Для разных типов аккумуляторов есть собственные правила зарядки и эксплуатации, но существуют и общие рекомендации, которые нужно соблюдать.
Чтобы зарядить шуруповерт, используют только штатное ЗУ, идущее в комплекте с инструментом. Во время процедуры температура аккумулятора повышается, поэтому запрещается проводить ее в закрытом помещении с температурой выше 30° или при прямых солнечных лучах.
В ходе зарядки внимательно следят за индикаторами на корпусе ЗУ. Они оповестят, когда процесс завершится и можно будет отключить аккумулятор. Далее батарея должна остыть, только потом ее подсоединяют к инструменту для эксплуатации.
С какими сложностями можно столкнуться при модернизации?
Прежде чем приступать к работе, надо определить целесообразность доработки. Некачественный или уже давно эксплуатируемый инструмент разумнее не переделывать — нерентабельно.
Цена необходимых материалов и затраченных усилий составит 2/3 стоимости самого оборудования.
Рациональнее купить новый шуруповерт или дрель. Стоит обдумать и другие моменты:
- Литиевые аккумуляторные батареи стандарта 18650 (только они подойдут в качестве замены) имеют длину 6.5 см и диаметр 1.8 см. Посадочное гнездо для Ni-CD не подойдет для Li-ion. Размещать батареи придется в корпусе АКБ. При этом потребуется самостоятельно выполнить монтаж проводов и защитной микросхемы.
- На выходе Li-ion напряжение равно 3.6 В. Этот параметр у Ni-CD равен 1.2 В. Новые АКБ могут быть просто несовместимы с оборудованием.
- Литий-ионные АКБ не выдержат перезарядное напряжение больше 4.2 В и разрядное до 2.7 В. Работа в таком режиме очень быстро выведет из строя аккумуляторные элементы, поэтому установка защитной платы обязательна.
- Родное зарядное устройство (прилагаемое к оборудованию для работы от Ni-CD) в 8 из 10 случаев использовать для Li-ion нельзя. Потребуется купить новое. Если в планах покупки нет, тогда надо еще переделать и зарядное устройство шуруповерта для работы от литиевых аккумуляторов, что тоже может иметь свои трудности.
Переделкой инструмента всех неудобств не исключить.
Новый литиевый АКБ выказывает плохие эксплуатационные характеристики при использовании в условиях низких температур.
Надо взвесить все за и против, приступая к работе.
Плюсы и минусы модернизации шуруповерта
Замену проводят и по другим причинам:
- Емкость литий-ионных батареек в 2 раза больше, чем у никель-кадмиевых тех же параметров;
- Нет «эффекта памяти» заряда. Зарядку можно проводить при любом разряде элемента, в любое время.
- Стандарт 18650 облегчит вес конструкции. Будет проще и легче работать.
Не надо забывать о необходимости устанавливать защитную плату (перегреваясь, Li-ion элемент взрывается, может спровоцировать возгорание) в ходе работ.
Когда необходимо?
Существуют ситуации, когда зарядник шуруповерта недоступен. Например, он может выйти из строя, что может стать причиной остановки работы. Кроме того, зарядник может быть утерян. Третьей причиной является элементарное перегорание и износ зарядного устройства, а также разгибание клемм в самой батарее, из-за чего отходит контакт. Чтобы устранить проблему, приходится искать подходящие варианты для зарядки, которые будут совместимыми с имеющейся моделью шуруповерта. В этом случае предпочтительно купить правильную зарядку, которая будет способствовать безопасной работе и полноценно заряжать батарею инструмента.
Проверка состояния АКБ при помощи мультиметра
Будет полезно, чтобы определить причину, по которой батарея не заряжается. Процедура выявит работоспособность аккумуляторов. Приведем простые в реализации методы, которые можно использовать в домашних условиях. Подготовьте оборудование: помимо мультиметра потребуются инструменты для разборки АКБ (плоскогубцы, паяльник, отвертка, нож.
- Проверьте батарею на зарядке, снимая показания с интервалом 30 минут. Вольтаж должен стабильно возрастать до полной зарядки.
- Быстрый метод проверки состояния АКБ. Замеряем U вхолостую. Сопоставляем результат с реальным напряжением и количеством элементов Показатели разнятся – АКБ имеет нерабочие части, которые требуется заменить.
Виды аккумуляторных элементов
За последние 20 — 30 лет разработано множество технологий портативных аккумуляторных батарей: Ni-Cd, Ni-Mh, Li-ion, Li-Pol, Al-Ion, Li-S, Mg-S, Li-O2, LiFePO4 и даже литий-нанофосфатные. Рассмотрим самые популярные из них.
Никель-кадмиевые аккумуляторы
Это самые популярный тип аккумуляторных секций для .
Достоинства: они дешево стоят и могут хорошо работать при отрицательных температурах. Также они не боятся разряда и хранения в таком положении.
Недостатки: кадмий токсичен и такие аккумуляторы нужно утилизировать специальным образом. Присутствует саморазряд и эффект памяти, низкая удельная объемная емкость.
Никель-металлгидридные аккумуляторы
Никель-металлгидридные стоят чуть подороже, но в целом по уровню они примерно такие же, может чуть лучше никель-кадмиевых.
Достоинства: не токсичны, меньший эффект памяти и саморазряд, большее число циклов заряда/разряда.
Недостатки: более чувствительны к отрицательным температурам, боятся хранения в разряженном состоянии — теряют емкость.
Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные батареи все чаще применяются в шуруповертах даже бюджетного класса.
Достоинства: нет эффекта памяти — можно заряжать и разряжать в любой момент, большая емкость при меньших габаритах, малый саморазряд, большое число зарядов/разрядов.
Недостатки: высокая цена, опасность чрезмерного нагрева при интенсивном заряде и разряде.
Литий-полимерные аккумуляторы
Пока что литий-полимерные аккумуляторы мало применяются в шуруповертах, но с развитием технологий скорее всего их начнут туда ставить массово.
Достоинства: бОльшая емкость при меньших габаритах, чем у Li-ion, может принимать любую форму, напряжение при разряде держит лучше, низкий саморазряд.
Недостатки: высокая стоимость, нагрев при эксплуатации и опасность возгорания.
Зарядное устройство
Осталось разобраться с тем, как выполнять зарядку инструмента. Его нельзя подключать к стандартному блоку питания. Необходимо зарядное устройство.
В большинстве случаев родные аксессуары без проблем подзаряжают литиевые батарейки.
Заряд поступает через контроллер. Если заводское устройство не подходит, его переделывают при помощи доустановки недостающих элементов схемы. В их числе узлы прекращения зарядки, защитные компоненты и пр. Схема дорабатывается под основной определяющий параметр — ток зарядки.
При основательной доработке схемы зарядного устройства проводить модернизацию нерентабельно. Его легко заменить на универсальное оборудование или приобрести новое. Даже с покупкой зарядного устройства владелец шуруповерта приобретает по минимальной цене мощный инструмент с увеличенным сроком автономной работы.
Как правильно заряжать новый аккумулятор первый раз и во время тренировок
Как заряжать шуруповёрт в первый раз после покупки? Многие производители шуруповёртов с литиевыми батареями (Li) рекомендуют перед первым использованием просто полностью зарядить элемент. Немногие рекомендуют выполнить 3 тренировочных цикла — разряд-заряд. В целом для литиевых батарей тренировочный цикл будет полезен.
К сожалению, никто из производителей не пишет, даже Bosch, как правильно разряжать аккумулятор при проведении тренировочных циклов
Почему это важно, уже было сказано выше
Если электроинструмент с Ni-Cd и Ni-MH батареями имеет защиту от глубокого разряда, то разряжают до отключения шуруповёрта. Если защиты нет, то до уровня минимального напряжения. Это 0,9 В на каждый элемент питания в АКБ.
У шуруповёртов на литиевых батареях обязательно стоит защита от глубокого разряда, но будет полезным знать, что минимальное напряжение должно быть не менее 2,8 В. Ниже этого порога наступает разрушение литиевых элементов. Производители страхуются и устанавливают границу отключения 3,2–3 В.
Обобщая всё вышесказанное в этой статье, изложим порядок проведения тренировочных циклов, полезных и для нового аккумулятора. Проводить такой цикл рекомендуется не реже 1 раза в 6 месяцев, лучше чаще.
- Разрядить батарею током 0,1 от её емкости, либо током работающего инструмента без нагрузки, с чередованием времени работы и паузы по 3 минуты.
- Зарядить аккумулятор до отключения зарядного устройства.
- Выждать 20–30 минут.
- Снова зарядить до отключения зарядного устройства.
- Опять выждать 20–30 минут.
- Зарядить в третий раз до отключения зарядного устройства.
- Выждать 20–30 минут для стабилизации напряжения.
- Теперь разрядить способом, описанным в п. 1.
- Повторить пп. 1–8 до трёх раз.
- Подзарядить или зарядить полностью для хранения с учётом типа аккумулятора. Если инструмент будет использоваться в ближайшее время, то зарядить полностью до отключения зарядного устройства.
Рекомендации по зарядке аккумуляторов от производителей: Sturm (Ni-Cd), RedVerg (Li-ion), Hammer (Ni-Cd)
Поиск «слабого звена»: определение вышедшей из строя «банки»
Итак, аккумулятор для шуруповерта «Макита» — это несколько последовательно соединенных элементов питания. Впрочем, стандартная схема (когда плюсовой контакт одной из емкостей подсоединен к минусу следующей «банки») применяется практически во всех подобных устройствах. Конечно, имеется в виду автономно работающий электроинструмент. Итак, алгоритм действий:
- С помощью мультиметра произведите методичный замер всех элементов «энергетической обвязки».
- Чтобы не запутаться – не ухмыляйтесь, ибо никель-кадмиевые аккумуляторы для шуруповертов (18 вольт) обычно состоят из 15-ти последовательно соединенных емкостей, – на каждой «банке» посредством обычного карандаша делайте пометки «актуального» напряжения.
Внимание: при замере следует использовать нехитрое приспособление, которое состоит из двух проводов и нагрузочного сопротивления в 0,5 Ом. В результате вы получите максимально правдоподобные данные о состоянии задействованных элементов питания
- Подключив «нагрузку» к измерительному прибору, проверьте выдаваемые емкостями значения.
- Элемент с самым низким показателем требуется заменить заведомо работоспособным компонентом энергетической системы питания.
- Стоит отметить, что отклонение в 0,5-0,7 В от нормы принято считать критическим.
