Выбор типа химии литиевых аккумуляторов
В первую очередь нужно определиться с выбором типа химии литиевых аккумуляторов. Здесь два варианта – либо литий железо фосфатные (LiFePO4), либо литий ионные (Li Ion). Но в любом случае при работе на такую мощную нагрузку нужно учитывать что аккумулятор должен быть способен отдавать необходимый ток без вреда для своего самочувствия! Разберем кратко особенности этих типов аккумуляторов.
Рабочая температура
Если предполагается пользоваться шуруповертом при минусовых температурах, то лучше выбрать литий железо фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы. Диапазон температур при котором можно их разряжать -20 ~ 65 °С. У Li Ion емкость на морозе падает быстрее. Если работа в основном планируется при плюсовых температурах, то подойдут и те и другие. Но оба типа аккумуляторов (за исключением некоторых моделей LiFePO4) нельзя заряжать при отрицательной температуре. А верхний предел температуры при заряде у тех и других около 60°С.
Долговечность
Количество полных циклов заряд/разряд у LiFePO4 аккумуляторов более 1000, у Li Ion менее 500. Но! Если не до 0% разряжать и не до 100% заряжать, то количество циклов существенно возрастает. Хранение любые литиевые аккумуляторы лучше всего переносят наполовину заряженные при температуре 0 +10°C. Подробнее о хранении можно почитать в
Рабочее напряжение
Одна ячейка Li Ion аккумулятора при 100% заряде имеет напряжение 4,2 В, при полном разряде около 3 – 2,5 В. Среднее рабочее напряжение 3,7 В.
Одна ячейка LiFePO4 аккумулятора при 100% заряде имеет напряжение 3,6 В, при полном разряде около 2 В. Среднее рабочее напряжение 3,2 В.
Исходя из этого считаем количество последовательно соединенных ячеек для получения необходимого напряжения на выходе АКБ. Это принято обозначать числом последовательных ячеек + символ S (serial – последовательный). Напряжение при таком соединении суммируется.
последовательное соединение ячеек 3s 1p
Li Ion: 1S-4,2 В, 2S-8,4 В, 3S-12,6 В, 4S-16,8 В, 5S-21 В…
LiFePO4: 1S-3,6 В, 2S-7,2 В, 3S-10,8 В, 4S-14,4 В, 5S-18 В…
То есть к примеру, для 12 вольтового шуруповерта нужна АКБ Li Ion 3S, либо LiFePO4 4S.
Рабочий ток
В характеристиках аккумулятора обычно указывают номинальный и максимальный (пиковый) ток разряда. При номинальном токе он способен работать продолжительное время, а при пиковом – несколько секунд
Поэтому для такой мощной нагрузки как шуруповерт необходимо обращать внимание на этот показатель и выбирать высокотоковые модели аккумуляторов
На холостом ходу 12 вольтовый шуруповерт средней мощности потребляет ток 1-2 А, а при максимальной нагрузке (особенно в заторможенном состоянии) ток может достигать 30 А. Поэтому, если предполагается использовать например, аккумулятор GTF HG2 18650 3000 мАч с номинальным и пиковым токами соответственно 10А и 25А, то необходимо делать сборку минимум 3S2P, чтобы не перегружать аккумуляторы. При параллельном соединении двух аккумуляторов допустимые токи удваиваются, при соединении трех – утраиваются и т.д.
последовательно – параллельное соединение ячеек 3s 2p
Подготовительные моменты
В первую очередь следует определить максимальный показатель величины напряжения. Для данной цели требуется рассчитать число элементов. Для трех деталей наиболее приемлемым значением является 12 Вольт, для 4-х – 16 В.
Возьмите за основу аккумулятор на шуруповерт с максимальным напряжением 14,4 В. В данном случае рекомендуется использовать 4 элемента. Таким образом не только уравняется отличие в вольтах, но и повысится показатель емкости. Получается, что шуруповертам на литиевом аккумуляторе можно будет намного дольше работать.
Что касается типа батареек, то специалисты рекомендуют отдать предпочтение 18650 серии, она является наиболее оптимальным вариантом. Далее следует разобраться с емкостью и разрядным током. При нормализированном функционировании прибора потребляемый уровень тока варьируется в пределах 5-10 Ам. Но если происходит непредвиденный резкий спуск, то значение вырастает до 25 Ам. Чтобы не навредить батарее во время такого перепада, рекомендуется подбирать элементы с повышенным значением разрядного тока, к примеру, до 30 Ам.
Батарейки 18650 серии с повышенным значением разрядного тока
Вместо четырех литий ионных банок можно применять восемь. Но для этого необходимо скрепить параллельно по 2 элемента. Далее соединительные пары требуется присоединить последовательно
Здесь важно учитывать, что не все корпуса АКБ способны вместить одновременно 8 деталей
Контролер нужно подбирать по показателю номинального напряжения, а также с учетом тока разряда. Данные значения должны соответствовать. Точнее, напряжение будет полностью совпадать как для батарейки, так и для контролера, но только рабочий ток разряда должен быть в 2 раза меньше предельного.
Еще при переделке шуруповерта на литий необходимо учитывать размеры защитной платы, поскольку она должна полностью вместиться в корпус оборудования. В обратном случае необходимо применять фантазию для увеличения корпусной части. Оставлять открытой данную деталь категорически не рекомендуется.
Как переделать?
Рассмотрим, как переделать аккумуляторный шуруповерт в сетевой, используя блок питания от компьютера. Но прежде чем отправляться разбирать старый системник или в магазин, чтобы купить новый БП, почитайте, что написано на корпусе шуруповерта. Обычно там указано рекомендуемое напряжение, чаще всего это 12 В. Для такого варианта блок питания отыскать проще простого. Но вот если указано большее значение, то к некоторых случаях поиски могут затянуться. Словом, переделывайте только 12-вольтовый шуруповерт, чтобы не усложнять себе жизнь.
Шаг 1. Снимите б/у блок питания на 500 Вт со старого системника или купите самый дешевый в любом магазинчике или сервисе по ремонту компьютеров.
Приобретите блок питания
Шаг 2. Всю подробную информацию о технических характеристиках компьютерного блока вы сможете прочитать на наклейке, которая находится на боку этой детали.
Изучите характеристики блока питания
Шаг 3. Затем можно приступать к переделке. Разберите родную, но закончившую работать батарею и выньте из него все питающие элементы.
Разберите старую батарею
Шаг 4. Аккумуляторы нам уже не нужны, но сохраните клеммодержатели и клеммы. Аккуратно снимите последние с батарей.
Снимите клеммодержатели
Аккуратно снимите клеммы
Шаг 5. К клеммам припаяйте провод сечением 3 мм² , предварительно зачистив его.
Припаяйте к клеммам провод
Вот так должно получиться
Шаг 6. Закрепите клеммы на клеммодержателе.
Закрепите клеммы на клеммодержателе
Шаг 7. Запомните, что «минусовой» провод у вас — синий (например). Вставьте клеммы согласно этой информации и символам на корпусе батареи в сам корпус.
Вставьте клеммы внутрь корпуса
Шаг 8. Удерживая клеммодержатель внутри, просверлите корпус бывшей батареи в верхней части сверлом диаметром 3 мм.
Сделайте отверстие в корпусе
Шаг 9. Снимите фаску сверлом побольше, чтобы шуруп на 3 мм легко утапливался в пластике (его шляпка не должна выступать).
Снимите фаску и вкрутите шуруп
Шаг 10. Затяните шуруп. Таким образом вы зафиксируете внутри корпуса от батареи сами клеммы и провод.
Зафиксируйте шурупом клеммодержатели внутри корпуса
Шаг 11. В корпусе от батареи просверлите еще одно отверстие, чтобы вывести провод питания из него.
Сделайте второе отверстие в корпусе батареи
Шаг 12. Рекомендуем зафиксировать провод внутри корпуса, чтобы он не тянул клеммы, когда во время работы вы будете натягивать шнур. Для этого на определенном расстоянии на выходе провода из корпуса намотайте несколько слоев изоленты. Она не даст проводу вылезать из отверстия на большее чем нужно расстояние.
Изолента поможет зафиксировать провод
Шаг 13. Соберите корпус батареи назад, скрутите все детали. Батарея-заглушка с возможностью подключения шуруповерта к сети готова.
Соберите корпус батареи
Шаг 14. Но это еще не все. Теперь нужно подключить нашу заглушку к блоку питания. Еще раз посмотрите на информационную наклейку на нем: там будет указано, каким цветом провода дают напряжение на 12 вольт. Здесь это желтый и черно-желтый провода.
Посмотрите цвета проводов
Шаг 15. Соедините параллельно один черно-желтый и один желтый провод, а также два черных («земля»). Если у вас только одна линия на 12 В, то возьмите просто два желтых провода и два черных.
Скрутите параллельно нужные провода Вот так должно получиться
Шаг 16. Припаяйте провода к силовому разъему XT60.
Припаяйте провода к XT60
Шаг 17. Припаяйте провод, идущий от батареи-заглушки, к другой части разъема.
Провод от батареи тоже припаяйте Вот так должно получиться
Шаг 18. Чтобы запустить блок питания от компьютера без самого системника, замкните зеленый провод на черный — на землю. Это можно сделать перемычкой из обычной скрепки.
Замкните контакты скрепкой
Шаг 19. Блок питания готов к работе. Можно его включать. Лишние провода можно отрезать или смотать в пучок, чтобы не мешали.
Лишние провода можно отрезать. Не забудьте про изоляцию
Шаг 20. Проверьте работоспособность системы. В целом шуруповерт готов к работе от сети. А так как была изготовлена батарея-заглушка для такого подключения, то есть провода не были напрямую подключены к прибору, то при желании на такой шуруповерт можно купить новый аккумулятор и пользоваться и им, и этой системой.
Шуруповерт переделан и готов к работе
Сборка готового аккумулятора
Сборка будет состоять из нескольких этапов:
- Очистить все части корпуса.
- Продумать размещение нового зарядного блока в корпусе. Аккумулятор будет по габаритам существенно меньше старого, поэтому его нужно надежно зафиксировать внутри короба, иначе вибрации при работе шуруповерта быстро выведут из строя блок. Для фиксирования блока можно применить герметик или обычный клей Момент.
- Клеммник с припаянными проводами желательно постараться аккуратно поставить на старое место. Его также потребуется зафиксировать, если в корпусе не предусмотрены для этого пазы.
- Монтаж защитной платы.
- Объединение всех частей аккумуляторного блока. Проверка на надежность размещения. В некоторых моделях шуруповертов они зафиксированы клеем. Можно использовать Момент.
Несколько слов о том, как выбрать защитную микросхему
Выше было сказано, что без защитной платы инструмент не сможет стабильного и долго функционировать.
Поэтому прежде, чем начинать переделывать аккумулятор шуруповерта на литий 12 В или 18 вольт, нужно подобрать хорошую плату BMS.
На что обратить внимание при выборе?
- Балансировку. Если она есть, значит, можно легко обеспечить равномерность заряда батареек. Балансировка предполагает и подбор платы по значению тока.
- Значение тока. Ориентировочно параметр должен равняться 20-30 А. Если оборудование малой мощности, то берут плату с 20 А. Для мощных инструментов потребуется 30-40 А.
- Параметры напряжения для отключения аккумуляторных батарей при каждой перезарядке. Достаточно 3.4 В.
- Параметры напряжения для отключения оборудования. Плата подбирается под технические особенности блока. Минимальное значение — 2.6 В
- Значение тока для срабатывания защиты. Предупреждение перегрузки оборудования.
- Значение сопротивления транзисторов. Подойдет минимальный параметр.
Какой литиевый аккумулятор выбрать?
В 7 из 10 случае для шуруповертов применяют 12-вольтовые аккумуляторные батареи.
Величина напряжения — определяющий фактор при выборе. Его можно уточнить в технической документации к прибору, в интернете. Новые батарейки подбирают, учитывая:
- Значение разрядного тока. Шуруповерты работают от аккумуляторов с высоким параметром разрядного тока. Уточнить необходимый параметр для конкретной модели можно в технической документации. Делать выбор батарейки только по ее емкости — ошибка, поскольку основным параметром является ток. Он может колебаться в пределах 15-30 А, иногда до 40 А.
- Характеристики литий-ионных элементов. Аккумуляторы стандарта 18650 должны иметь одинаковые характеристики емкости.
- Количество новых батареек. Расчет выполнить несложно. Соотношение следующее — 3 Ni-CD равны 1 Li-ion. 12-вольтовый старый блок заменяют на блок из 3 литий-ионных элемента.
Рассчитывая число новых источников помнят, что повышенное напряжение (например, вместо 3 Li-ion взамен 10 Ni-CD взять 4 литиевых) увеличит износ оборудования, сократит срок эксплуатации. Но мощность увеличится. Поэтому нужно взвесить все за и против. Не стоит спешить и с установкой источников в инструмент. Первоначально их нужно полностью зарядить.
Шуруповерт не запускается – как решить вопрос
При проверке работы шуруповерта при наполовину заряженном аккумуляторе, двигатель запускался даже под нагрузкой стабильно. Но когда он был заряжен полностью, то шуруповерт, даже на холостом ходу, запускался только после многократного нажатия на клавишу включения.
Полазил щупом осциллографа по плате BMS и выяснил, что срабатывает защита по току. Дело в том, что в момент пуска двигателя шуруповерта сопротивление его обмоток определяется активным сопротивлением проводов и составляет десятки Ом. Поэтому пусковой ток в первый момент может составлять и сотню ампер.
Для исключения ложных срабатываний защиты в плате BMS обычно предусмотрена задержка ее срабатывания около 100 ms, что очевидно для данного шуруповерта оказалось недостаточно. Для стабильного запуска двигателя потребовалось увеличить задержку для срабатывания защиты до половины секунды (500 ms). Электрической схемы платы не было, поэтому решил увеличить время задержки методом научного тыка.
Предстояло найти точку в схеме, к которой припаять вывод конденсатора относительно минуса или плюса аккумуляторов. Для этого был взят конденсатор емкостью 0,47 mF и к одному из его концов припаян тонкий проводок. Второй его конец был припаян к отрицательному выводу аккумуляторов.
Затем свободным концом конденсатора производилось последовательное прикосновение ко всем выводам сопротивлений и конденсаторов, и каждый раз нажималась клавиша пуска двигателя на шуруповерте. Перед каждым следующим прикосновением выводы конденсатора замыкались, чтобы его разрядить и исключить повреждение схемы.
Но точку относительно минуса найти не удалось. Поэтому свободный конец провода был припаян к положительному выводу аккумулятора и проделана такая же операция, которая увенчалась успехом. Прикосновение вывода конденсатора к точке, указанной на фотографии двигатель шуруповерта стал запускаться уверенно даже под нагрузкой.
Для надежности решил увеличить емкость конденсатора до 2,2 mF. Он был одним концом припаян непосредственно к положительному выводу аккумулятора, а второй вывод подсоединен к левому выводу резистора 1 кОм с помощью проводника.
Возможно, есть и более рациональное решение, но проверка шуруповерта в работе показала эффективность установки дополнительного конденсатора. Двигатель как на холостом ходу, так и под нагрузкой запускался безотказно.
За $10 и пару вечеров удалось вернуть в строй, казалось бы, бесполезный шуруповерт. Надеюсь, что мой опыт поможет многим решиться на восстановление работоспособности заброшенных шуруповертов и других аккумуляторных инструментов.
Подготовительный этап
Спешка никогда не приведет к ожидаемому результату. Пошаговая инструкция по перемене элементов питания начинается с подготовительного этапа.
Перед началом работы необходимо определиться с числом используемых блоков в батарее, что существенно скажется на уровне итогового напряжения
Не менее важно правильно выбрать используемый литиевый компонент. Особого внимания заслуживает показатель разрядного тока и емкости
Не стоит забывать и о контроллере.
Характеристики детали сопоставляются с показателями номинального напряжения и тока разряда. Другими словами, чтобы собрать блоки питания 14В, потребуется контроллер с одинаковым уровнем напряжения.
Разобранный корпус АКБ
Особенности выбора литиевых аккумуляторов
Литий-ионное поколение является наиболее современным
При выборе аккумулятора необходимо обращать внимание на следующие показатели:
- Число доступных циклов разрядки и зарядки (последние модели способны разряжаться до 600 раз).
- Скорость зарядки (максимум 2 часа).
- Цена (не более 50 % стоимости шуруповерта).
- Особенность работы на полной мощности.
- Память уровня заряда.
- Самозарядка.
- Габариты.
- Устойчивость к температурным перепадам.
Демонтаж корпуса аккумулятора
Каждый пользователь способен самостоятельно разобрать корпус, состоящий из соединенных винтами и клеем двух частей. Винты откручиваются, слой клея нарушается при помощи тонкого предмета, который пропихивается по всему периметру.
После ремонта винты устанавливаются на первоначальное место, а слой клея обновляется.
АКБ без корпуса
Типы соединений элементов в батареи
Принято выделять:
- Последовательное соединение — положительный полюс соединяется с отрицательным.
- Параллельное соединение — положительный полюс крепится к положительному, отрицательный к отрицательному.
Пайка блоков питания
Существует несколько способов спаивания, наиболее распространенный — припаивание с металлической лентой, которую можно снять с банки. Места будущих контактах с двух сторон залудиваются прогретым паяльником с каплей припоя. Не доводя до сильного перегрева прикладывается лента.
Пайка проводов АКБ с модулем
Перед пайкой провода поверхность обрабатывается флюсом, концы провода зачищаются. Для соединения провода с контактной зоной блока используется классический 25 ватный паяльник. Для припоя используется легкоплавкий состав. Окончательная плавка должна занимать не более 3 секунд.
Сборка АКБ
После проверки внутреннего сопротивления каждой ячейке разрешено приступать к сборке батареи. Собранные ячейки помещаются в пакет с учетом полярности. Затем подключаются балансиры и силовые провода, пакеты соединяются между собой.
Существует 2 техники соединения батареи — пайкой и болтами. Припаять деталь, значит обеспечить надежность соединения, однако если нет уверенности в собственных навыках, лучше выбрать альтернативный вариант и выбрать элементы, предназначенные для сборки болтами.
После стяжки все элементы помещаются в заранее приготовленный бокс с отверстием для кабелей. Монтируется плата BMS и балансиров. После вывода силовых проводов, отверстия герметизируются.
Зарядка
Большинство пользователей предпочитает универсальные зарядники, однако подходящий конкретной батарее прибор будет не лишним, так как согласно отзывам не все зарядные устройства идеально соответствуют конкретным шуруповертам. Выделяют следующие виды аккумуляторов:
- Со встроенным блоком питания.
- С внешним блоком.
- Импульсивные.
Перед началом зарядки важно ознакомиться с инструкцией. Изучив информацию выше, любой мастер сможет создать АКБ для своего шуруповерта
Конечно, далеко не все хотят заниматься таким творчеством, переделывать и припаивать банки. Многие просто идут в магазин и покупают аккумулятор, идеально подходящий для оборудования Бош, Интерскол или любого другого бренда
Изучив информацию выше, любой мастер сможет создать АКБ для своего шуруповерта. Конечно, далеко не все хотят заниматься таким творчеством, переделывать и припаивать банки. Многие просто идут в магазин и покупают аккумулятор, идеально подходящий для оборудования Бош, Интерскол или любого другого бренда.
