Переделка шуруповерта интерскол на литиевые аккумуляторы. Как переделать аккумулятор шуруповерта на литий-ионный: пошаговая инструкция

Достоинства аккумуляторных электроинструментов очевидны, обсуждать этот вопрос не имеет смысла. К негативным факторам можно отнести некоторые неудобства, связанные с необходимостью заряжать батареи, а также высокую стоимость элементов питания (речь идет о качественных энергосборках).

Если с зарядкой приходится мириться, то вторую проблему производители решают не самым лучшим для потребителя способом. Большинство шуруповертов в доступном ценовом диапазоне оснащены никель-кадмиевыми аккумуляторами (Ni-Ca), эксплуатационные свойства которых оставляют желать лучшего.

В корпусе батареи размещено 10-12 соединенных между собой пальчиковых Ni-Ca аккумуляторов (типовое напряжение – 14 вольт). Такие элементы имеют ограниченный срок службы, и довольно низкую емкость, которая постепенно теряется при эксплуатации. В результате, через 2-3 года время удержания заряда может снизиться в 3-5 раз. Приходится регулярно менять испорченные «бочонки», или вовсе покупать новый блок АКБ.

Оптимальный вариант с точки зрения цена-качество – литиевые аккумуляторы серии 18650. Конструктивно они выглядят как обычные пальчиковые батарейки, размер на 25% больше формата АА.

Параметры типичного Li-ion аккумулятора:

• напряжение 3,6-3,7 В
• емкость от 800 до 4500 mAh
• ток отдачи – порядка 35А

Оптимальная емкость 2500 mAh, слишком высокие значения не соответствуют действительности, и влекут за собой неоправданное завышение стоимости. Аккумулятор на 2500 mAh более-менее приличного производителя (например, LG) можно купить за 300-600 рублей.

Как рассчитать параметры новой батареи

1. Потребляемый ток шуруповерта обычно не превышает 10-15 ампер. Соответственно, типового тока отдачи (разряда) Li-ion аккумулятора (30-35А) хватит с запасом.
2. Напряжение питания рассчитывается по старой Ni-Ca батарее. Обычно блок состоит из 12 аккумуляторов по 1,2 вольта, то есть общий показатель 14,4 В. Литиевые аккумуляторы нельзя разряжать до напряжения ниже 2,74 вольта. Рабочее напряжение 3,0-3,5 В, то есть для замены необходимо соединить последовательно 4 аккумулятора 18650.

Полученного рабочего напряжения от 12 В до 14 В более чем достаточно. Даже относительно свежие штатные Ni-Ca батареи редко выдают больше 12 вольт.

Если позволяет объем, можно параллельно соединить 2 последовательные сборки по 4 аккумулятора, увеличив емкость батареи вдвое. При этом, взаимное расположение может быть каким угодно – по форме корпуса. Главное – обеспечить надежное соединение проводов.

1. Кроме того, желательно разместить в общий корпус зарядное устройство. Тогда вам не придется каждый раз извлекать аккумуляторы из корпуса.

Зарядное устройство – варианты изготовления

Оптимальная конструкция – «все в одном». То есть, в корпусе батареи размещены и аккумуляторы, и зарядное устройство со входом 220 вольт. Вы просто подключаете сетевой кабель, и производите зарядку.

Есть и другой вариант – зарядное устройство вынесено в отдельный корпус, для экономии места (это позволяет поместить больше аккумуляторов в корпус батареи).

Большинство зарядных устройств (мы говорим о фабричных платах, которые можно приобрести в магазинах радиотоваров, или на том же Aliexpress), рассчитаны на определенное количество Li-ion аккумуляторов в сборке. Вы просто подбираете подходящий вариант.

Можно собрать такую схему самостоятельно, если у вас есть навыки радиолюбителя. В таком случае себестоимость переделки снизится.

При любом варианте обязательно устанавливается устройство контроля заряда (разряда). Это могут быть индикаторные светодиоды, или цифровое табло.

Встроенный контроль литиевых аккумуляторов

Элементы этого типа чувствительны к переразряду. Если напряжение на аккумуляторе упадет ниже значения 2,75 В – начинается деградация, и модуль теряет емкость. Поэтому необходимо следить за параметрами во время работы.

Некоторые элементы 18650 оснащены встроенными платами контроля разряда, и просто отключают аккумулятор при достижении критической величины напряжения. При покупке элементов необходимо уточнить этот момент. Если ваши батареи не имеют защиты – ее можно установить дополнительно. Такие готовые платы также имеются в продаже.

Схема устанавливается в общий корпус батареи, и совершенно не мешает зарядке аккумуляторов.

Вариант с готовым комплектом для вейперов

Аккумуляторы 18650 популярны у т.н. вейперов – любителей электронных сигарет. В продаже имеются готовые комплекты, состоящие из зарядного устройства и Li-ion аккумуляторов. Для использования такого набора в шуруповерте, придется установить в корпус аккумулятора контейнер с контактами, и каждый раз извлекать модули для зарядки.

Если позволяют размеры корпуса шуруповерта, и нет желания возиться со схемами – это вариант для вас. Разумеется, затраты несколько возрастут.

Заключение — преимущества и недостатки переделки аккумулятора шуруповерта на литиевые элементы

Любая доработка должна быть экономически оправданной. Если мы тратим деньги и время, надо понимать, какая при этом получится польза.

Преимущества Li-ion аккумуляторов

• Энергоемкость литиевых аккумуляторов существенно больше. Стало быть, при тех же размерах и массе, продолжительность использования батареи между перезарядами будет выше.
• Процесс заряда происходит быстрее. Значит вынужденные простои в работе на время перезарядки сокращаются.
• В отличие от никелевых аккумуляторов, у литиевых нет так называемого эффекта памяти. Их можно заряжать, не дожидаясь полной разрядки.

Недостатки замены аккумуляторов с Ni-Ca на Li-ion:

• В первую очередь, затратная часть. Общая стоимость переделки может достигнуть 2-3 тыс. рублей.
• Зависимость от внешней температуры: литиевые аккумуляторы теряют работоспособность при отрицательных температурах. Стало быть зимой, на улице, пользоваться таким инструментов нельзя.
• Нестандартное напряжение Li-ion аккумуляторов (3,6-3,7 В) приводит к неточностям при подборе конечного значения.
• Аккумуляторы стандарта 18650 отличаются размерами от стандартных Ni-Ca «банок». Для размещения их в штатном корпусе шуруповерта требуется решать ряд конструктивных проблем.

Для зарядки литиевых аккумуляторов не подходит штатное устройство шуруповерта. Приходится изготавливать новую схему.

Уже несколько десятилетий при различных работах используют шуруповерты. Эти приборы питаются от никелевых или кадмиевых аккумуляторов. Но прогресс не стоит на месте, ученые нашли замену таким устаревшим батареям. Их заменили литиевые аналоги. Чтобы пользоваться таким аккумулятором, необходима переделка шуруповерта. Литиевая батарея повысит технические характеристики старого инструмента. Причем такую переделку, возможно, выполнить самостоятельно, не прибегая к услугам специальных фирм.

Литиевый аккумулятор шуруповерта отличается рядом преимуществ, которые отсутствовали в кадмиевых аналогах.

Энергетическая плотность АКБ шуруповерта Li ion намного выше. Батарея с литиевыми банками отличается небольшим весом, причем напряжение 12 вольт, а также емкость аккумулятора, остается неизменными. Литиевые батареи заряжаются быстрее ионных аппаратов. Безопасная зарядка длится около 60 минут.

Литий-ионные батареи не обладают «эффектом памяти». Иными словами, их не нужно полностью разряжать, чтобы поставить на зарядку. Среди положительных качеств литиевой батареи, существует и ряд недостатков, которые требуется учитывать:

• Зарядка литиевых аккумуляторов не должна быть выше 4,2 вольта, а разрядка выше 2,7 вольта. Но это теоретические данные. В настоящей жизни интервал становится еще хуже. При несоблюдении установленных значений, аккумулятор просто перестанет функционировать. Чтобы избежать такой ситуации, после переделки шуруповерта на литий, нужно установить в шуруповёрт специальный контроллер разряда, а также его зарядки.
• Один Li ion имеет напряжение3,63,7 В. У никелевой батареи оно не больше 1,2 вольта. Другими словами переделка шуруповерта на материал li ion вызывает проблемы, связанные со сборочным процессом батареи, у которой номинальное напряжение равно 12 вольтам. Три литиевых банки, соединенные последовательно, дают напряжение 11,1 вольта, четыре 14,8 В.Изменятся предельные значения напряжения заряда. Иными словами, переделка аккумулятора для шуруповерта связана с решением проблемы совместимости новой батареи с инструментом.
• Для переделки кадмиевого аккумулятора шуруповерта, умельцы используют литиевые банки 18650. Их габариты отличаются от никелевых банок. Переделка аккумулятора для шуруповерта, требует также предусмотреть установку контролера, которому потребуется дополнительное место.
• После переделки зарядное устройство никелевых батарей придется доработать, или воспользоваться универсальной зарядкой.
• Минусовые температуры отрицательно сказываются на работе ионных аккумуляторов. Поэтому таким переделанным шуруповертом не всегда можно работать вне помещения.
• Стоимость литиевых батарей намного выше кадмиевых аналогов.

Алгоритм переделки АКБ на литий ионную батарею

Как переделать шуруповерт, чтобы получить наивысшую производительность? Для этого требуется строго выполнять некоторую технологическую последовательность.

Подбор подходящего аккумулятора

Соединение батарей делается последовательным, Поэтому номинал напряжения каждого элемента суммируется с последующим. То есть, чтобы получить 14, 4 вольта, потребуется четыре элемента с напряжением 3,3 В.

Чтобы переделать аккумуляторный шуруповерт, нужно покупать миниатюрные батареи только известного производителя. К примеру, аккумуляторы марки LiFePO4, выпущенные фирмой Sistem A123. Емкость элемента достигает 2 300 мА/ч. Этого значения достаточно, для эффективной работы электрического инструмента. Дешевые батареи, сделанные в Китае, не дадут большого эффекта. Они быстро выйдут из строя.

При выборе батареи для переделки, нужно чтобы на выводах были расположены медные полоски. Паять такие элементы намного проще.

Подбор инструментов и материалов

Технология пайки отличается своей спецификой. Температура жала паяльника постоянно высокая. Если АКБ длительное время продержать при таком термическом воздействии, она быстро испортится. Поэтому нагрев паяльника должен быть минимальным.

Чтобы такое произошло, необходимо обычную канифоль заменить паяльной кислотой. Ее можно приобрести в магазине радиодеталей. Для такого процесса придется также приобрести паяльник с мощностью, достаточной для плавки припоя в минимально короткие сроки. Наиболее подходящим будет бытовой паяльник с мощностью 65 ватт. При 100 ваттах АКБ все время будет перегреваться.

Паяльные работы требуют большого опыта. Например, 40 ватный паяльник будет долго нагреваться, можно просто «переборщить». Чтобы начать переделывать ion аккумуляторы, необходимо приобрести следующие детали:

• Батарея 18650.
• BMS плата CF-4S30A-A/
• Провода, сечением 2,5 кв. мм.
• Паяльник.
• Корпус старой батареи.

Несколько слов о BMS плате

Она предназначена для осуществления контроля над зарядом или разрядом батареи. CF-4S30A-A рассчитана на четыре банки из аккумуляторных батарей 18650, дающих разрядный ток 30А. Плата оборудована специальным «балансиром». Он выполняет функции контроля заряда каждого элемента отдельно. Это позволяет полностью исключить возможность неравномерной зарядки. Чтобы плата правильно функционировала, батареи для сборки должны иметь одинаковую емкость. Желательно чтобы они были взяты из одного и то же блока.

Промышленность выпускает большое количество плат BMS, отличающихся своими технологическими характеристиками. Для переделки аккумулятора шуруповерта, плата, работающая на токе, значение которого менее 30А, не очень подходит. Она будет постоянно включать режим защиты.

Чтобы восстановить работу, некоторым платам требуется кратковременная подача зарядного тока. Чтобы такое сделать, придется удалить аккумулятор из корпуса, снова подключить к нему зарядное устройство. Плата CF-4S30A-A такого недостатка не имеет. Достаточно отпустить курок включения шуруповерта, если отсутствует ток вызывающий короткое замыкание, плата включится автоматически.

Переделанный аккумулятор на этой плате можно заряжать универсальной зарядкой. Последние модели, компания «Интерскол» комплектует многофункциональными зарядками.

Монтаж литий-ионной батареи

Безусловно, любой монтаж требует предварительно подготовки. Она включает в себя несколько очень важных моментов. Прежде чем, начать паять детали, необходимо определить, как будет устроен отсек крепления аккумулятора. Все нужные элементы должны без труда в нем умещаться.
Затем новые литиевые батарейки скрепляют скотчем. Так как контакты со временем окисляются, перед пайкой их зачищают мелкозернистой шкуркой.

Нюансы паяльного процесса

Сначала контактную часть аккумулятора тщательно обезжиривают. Затем проводят лужение, нагревая приложенный припой. Для лужения больше всего подходит припой ПОС-40.

Прикосновение паяльника с контактом АКБ не должно превышать 2 секунды. Требует особого внимания процесс пайки плюса батареи. Самыми подходящими считаются перемычки из медных проводов, сечением более 2,5 мм. кв. На все провода одевают кембрик, играющий роль хорошего изолятора.

Соединение мини-аккумуляторов должно проводиться специальными перемычками согласно разработанной схеме. Перемычками могут стать металлические полоски или тонкие провода.

На заключительном этапе выполняется подсоединение проводов к сделанным выводам отсека, предназначенным для батареи. Если монтаж сборного блока затруднен, необходимо удалить ребра жесткости. Так как они сделаны из пластмассы, их легко перекусить обыкновенными бокорезами.

Схема распайки контактов

Чтобы подключиться к ЗУ требуется подобрать разъемы, которые соответствуют конкретной модели. Припайка соединительных кабелей выполняется по электрической схеме:

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

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

Безусловно, установка литий-ионных аккумуляторов имеет большое число положительных качеств:

• Отсутствие «памяти».
• Минимальный самозаряд.
• Можно эксплуатировать инструмент при минусовой температуре.
• Большой срок эксплуатации (8лет).

Однако эти аккумуляторы отличаются высокой чувствительностью к технологическому процессу зарядки. Напряжение должно всегда иметь минимальные значения, в противном случае АКБ Li-ion быстро придет в негодность. Для выполнения таких условий, необходимо другое ЗУ, стоимость которого на порядок выше. Родное ЗУ шуруповерта не сможет зарядить литий-ионную батарею.

Сказать однозначно, какой аккумулятор для шуруповерта лучше, невозможно. Срок их эксплуатации зависит от аккуратного обращения, от точного соблюдений инструкции, прилагаемой производителем.

Популярные модели

Сегодня АКБ выпускают многие производители. Среди такого большого ассортимента литий-ионных систем, самым востребованным считаются:«Bosh» 10,8, с техническими характеристиками:

• Емкость – 1,3 А/час.
• Напряжение – 10,8 В.
• Габариты -110 х 54 х 52мм.
• Гарантия -1 год.
• Мощность – средняя.

Если говорить о никель-кадмиевой батареи, наиболее востребованными остаются марки:

• «Bort».
• «Hitachi».

Российские аккумуляторы рассчитаны на небольшое напряжение, отличаются от импортных моделей только ценой. Они намного дешевле, но при этом не уступают своими техническим показателям. Самыми известными считаются модели:

• «Кратон».
• «ЗАКБ».

Заключение

Литиевые аккумуляторы всегда считались самыми технологичными устройствами. Но инструмент с такими батареями стоит намного дороже. Можно, конечно, переделать свой аппарат и избавиться от кадмиевых батарей. Однако это вызовет другие проблемы. Поэтому, решение о переделке шуруповерта на литий каждый принимает сам, в зависимости от обстоятельств.

Интересные видео про переделку аккумулятора шуруповерта

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 .

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.

Большинство устаревших моделей аккумуляторных шуруповертов было укомплектовано батареями категории NiCd. Как всем известно, данные аккумуляторы не выделяются большой мощностью, более того, они имеют эффект «памяти», из-за которого существенно уменьшается объем емкости. Поэтому многие владельцы такой техники берутся за переделку шуруповертов на литиевые аккумуляторы 12В 18650. Процесс трудоемкий, но если следовать этапам, то результат увенчается успехом.

Плюсы и минусы модернизации

Прежде, как переделать шуруповерт на литиевые аккумуляторы 18650, необходимо разобраться, что мастер получит в результате. Преимущества данных манипуляций заключаются в следующем:

• многократное увеличение времени функционирования шуруповерта;
• повышение скорости заряда батареи - для полноценного набора энергии для литиевых батарей необходимо ориентировочно 1 час;
• увеличение мощности тока заряда до показателя 1-2 С;
• снижение затрат на регулярную покупку новых NiCd аккумуляторов в связи с их недостаточным эксплуатационным сроком;
• полное отсутствие у литиевых аккумуляторов эффекта памяти.

Также перед тем, как переделать аккумулятор своими руками под более современную технологию, следует знать об отрицательных последствиях:

• требуется обязательное подключение контролера для определения уровня заряда, поскольку прибор нельзя заряжать более 4,2 В и разряжать меньше 2,7 В;
• литий ионный аккумуляторы для шуруповертов серии Li-lon теряют свои способности при эксплуатации в пониженных температурных условиях;
• при переделке шуруповерта на литиевую батарею могут возникнуть сложности с адаптацией ЗУ от NiCd, здесь придется применять универсальное устройство.

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.

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.

На примере, это смотрится таким образом - контролирующее приспособление зарядки-разряжения рассчитывается на 13-14 Ам, при этом защитная функция включится при резком повышении тока до 30 Ам.

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.

Пошаговая инструкция

После того, как все составляющие элементы и инструменты для замены аккумуляторов в шуруповерте подготовлены, можно приступать к сбору. В качестве примера, была разобрана переделка 12 вольтового оборудования на Li-lon батарейку, внутри которого присутствовало 12 NiCd аккумуляторных банок по 1,2 В.

1. В первую очередь требуется демонтировать корпус и достать из него встроенный аккумулятор. Для этого нужны кусачки, поскольку сам разъем должен остаться на своем месте.
2. Возьмите контроллерный прибор и термопару. Данные элементы необходимо установить в область, где был термодатчик. К слову, если данная деталь еще не извлечена, ее следует убрать. Также нужно помнить о том, что требуется подбирать все детали таким образом, чтобы они смогли поместиться в корпус инструмента.

1. После этого в строгой последовательности спаяйте все подготовленные детали. По выбранной схеме к плате припаяйте контроллер. Здесь главное не забыть подсоединить балансировочные точки. Для этого на схеме имеется специальный разъем и проводка.
2. Завершающим этапом считается подключение вывода на полюс и минус.
3. Основная часть работы выполнена, теперь остается все аккуратно укомплектовать в корпус ничего не повредив.

Если в комплекте имелось штатное ЗУ, то с ними не возникнет проблем. Такие устройства вполне подходят для литиевых аккумуляторных блоков. Еще весь заряд будет поступать через контроллер, что полностью исключает вероятность перегрева батареи от скачков напряжения.

Многие задаются вопросом, можно ли сделать зарядку, которая будет заряжать два типа аккумуляторов? Схемы на такие приборы существуют, и они рабочие, но использовать подобное ЗУ не рекомендуется из-за разности напряжения аккумуляторных блоков.

Новые аккумуляторные блоки на рынке продаются в среднем около 2000-3000 рублей. А затраты на модернизацию никель-кадмиевых в литий-ионные не превышают 1000 рублей. Поэтому переделка полностью оправдана.

ВИДЕО: Как пересадить шуруповерт на литиевые аккумуляторы (сварка аккумуляторов в батарею)

Давно не было обзора переделки шуруповерта на литий:)
Обзор посвящен в основном плате BMS, но будут ссылки и еще на некоторые мелочи, задействованные в переводе моего старого шуруповерта на литиевые батареи формата 18650.
Коротко - эту плату брать можно, после небольшого допиливания она вполне нормально работает в шуруповерте.
ЗЫ: много текста, картинки без спойлеров.

P.S. Обзор почти юбилейный на сайте - 58000-й, если верить адресной строке браузера;)

Зачем все это

Ну и теперь о главном:)

• Модель: 548604
• Отключение по перезаряду при напряжении: 4.28+ 0.05 V (на ячейку)
• Восстановление после отключение по перезаряду при напряжении: 4.095-4.195V (на ячейку)
• Отключение по переразряду при напряжении: 2.55±0.08 (на ячейку)
• Задержка отключения по перезаряду: 0.1s
• Температурный диапазон: -30-80
• Задержка отключения по КЗ: 100ms
• Задержка отключения по превышению тока: 500 ms
• Ток балансировки ячеек: 60mA
• Рабочий ток: 30A
• Максимальный ток (срабатывание защиты): 60A
• Работа защиты по КЗ: самовосстановление после отключения нагрузки
• Размеры: 45x56mm
• Основные функции: защита от перезаряда, защита от переразряда, защита от КЗ, защита от перегрузки по току, балансировка.

Все компоненты платы размещены на одной стороне:

Вторая сторона пустая и покрыта белой маской:

Часть, отвечающая за балансировку при заряде:

Эта часть отвечает за защиту ячеек от перезаряда/переразряда и она же отвечает за общую защиту от КЗ:

Мосфеты:

Собрано аккуратно, откровенных разводов флюса нет, вид вполне приличный. В комплекте шел хвост с разъемом, был сразу воткнут в плату. Длина проводов в этом разъеме - около 20-25 см. К сожалению, сразу его не сфотографировал.

Что еще заказал именно для этой переделки:
Аккумуляторы -
Никелевые полоски для спайки аккумуляторов: (да, знаю, что можно спаять и проводами, но полосками будет занято меньше пространства и получится эстетичнее:)) Да и изначально я хотел даже собрать контактную сварку (не только для этой переделки, конечно), поэтому и заказал полоски, но лень победила и пришлось паять.

Выбрав свободный день (точнее, нагло послав все остальные дела подальше), я взялся за переделку. Для начала разобрал батарею со сдохшими китайскими аккумуляторами, выкинул аккумуляторы и тщательно замерил пространство внутри. После чего сел рисовать держатель батарей и платы в 3D-редакторе. Плату тоже пришлось нарисовать (без подробностей) чтобы примерить все в сборе. Получилось как-то так:


По задумке плата крепится сверху, одной стороной в пазы, вторая сторона зажимается накладкой, сама плата серединой лежит на выступающей плоскости, чтобы при ее прижатии она не прогибалась. Сам держатель сделан такого размера, чтобы плотно сидеть внутри корпуса батареи и не болтаться там.
Сначала подумывал сделать пружинные контакты для аккумуляторов, но отказался от этой мысли. Для больших токов это не лучший вариант, поэтому оставил в держателе вырезы для никелевых полосок, которыми аккумуляторы будут спаяны. Так же оставил вертикальные вырезы для проводов, которые должны выходить от межбаночных соединений за пределы крышки.
Поставил печататься на 3D-принтере из ABS и через несколько часов все было готово:)


Прикручивание всего навесного я решил не доверять шурупам и вплавил в корпус вот такие вставные гаечки М2.5:


Брал тут -
Отличная вещь для подобного применения! Вплавляется не спеша паяльником. Чтобы пластик не набился внутрь при вплавлении в глухие отверстия, я вкручивал в эту гайку болтик подходящей длины и грел его шляпку жалом паяльника с большой каплей олова для лучшей теплопередачи. Отверстия в пластике под эти гайки оставляются чуть меньше (на 0.1-0.2 мм) диаметра внешней гладкой (средней) части гайки. Держатся очень крепко, можно сколько угодно вкручивать-выкручивать болтики и не особо стесняться с усилием затяжки.

Для того чтобы иметь возможность побаночного контроля и, при необходимости, зарядки с внешней балансировкой, в задней стенке батареи будет торчать 5-контактный разъем, для которого я быстро накидал платку и изготовил ее на станке:




В держателе предусмотрена площадка для этой платки.

Как я уже писал, аккумуляторы я спаивал никелевыми полосками. Увы, этот метод не лишен недостатков и один из аккумуляторов возмутился таким обращением с ним настолько, что оставил на своих контактах только 0.2 вольта. Пришлось его выпаивать и паять другой, благо брал их с запасом. В остальном никаких трудностей не возникло. С помощью кислоты лудим контакты аккумулятора и нарезанные по нужной длине никелевые полоски, потом тщательно протираем ватой со спиртом (но можно и с водой) все залуженное и вокруг него, и паяем. Паяльник должен быть мощным и либо уметь очень резво реагировать на остывание жала, либо просто иметь массивное жало, которое не остынет мгновенно при контакте с массивной железкой.
Очень важно: во время пайки и при всех последующих операциях со спаянным блоком аккумуляторов нужно внимательнейшим образом следить за тем, чтобы не замкнуть какие-либо контакты аккумуляторов! Кроме того, как указал в комментариях ybxtuj , очень желательно паять их разряженными, и я абсолютно согласен с ним, так последствия будут легче если все-таки что-то замкнется. КЗ такой батареи, даже разряженной, может привести к большим неприятностям.
К трем промежуточным соединениям между аккумуляторами припаял провода - они пойдут на разъем платы BMS для контроля за банками и на внешний разъем. Забегая вперед, хочу сказать, что с этими проводами я проделал немного лишней работы - их можно не вести к разъему платы, а припаять к соответствующим контактам B1, B2 и B3. Эти контакты на самой плате соединены с контактами разъема.

Кстати, я везде использовал провода в силиконовой изоляции - совершенно не реагируют на нагрев и очень гибкие. Покупал на Ебее нескольких сечений, но точную ссылку уже не помню… Очень они мне нравятся, но есть и минус - силиконовая изоляция не слишком прочна механически и легко повреждается острыми предметами.

Примерил аккумуляторы и плату в держателе - все превосходно:

Примерил платку с разъемом, дремелем выпилил в корпусе батареи отверстие под разъем… и промахнулся по высоте, не от той плоскости взял размер. Получилась приличная такая щель:

Теперь остается спаять все в кучу.
На свою платку припаял идущий в комплекте хвост, обрезав его по нужной длине:


Туда же впаял провода от межбаночных соединений. Хотя, как я уже писал, можно было припаять их на соответствующие контакты платы BMS, но тут есть и неудобство - чтобы вытащить аккумуляторы нужно будет отпаивать от BMS не только плюс и минус, но и еще три провода, а сейчас можно просто выдернуть разъем.
Немного повозиться пришлось с контактами батареи: в родном исполнении пластиковая деталь (держащая контакты) внутри ножки батареи поджимается одним аккумулятором, стоящим прямо под ней, а сейчас пришлось думать чем эту деталь зафиксировать, да так чтобы не намертво. Вот эта деталь:


В конце концов взял кусок силикона (остался от заливки какой-то формы), отрезал от него примерно подходящий кусок и вставил в ножку, поджав ту деталь. Заодно этот же кусок силикона прижимает держатель с платой, ничего болтаться не будет.
На всякий случай проложил поверх контактов каптоновую изоленту, провода прихватил несколькими соплями каплями термоклея, чтобы они не попали между половинками корпуса при его сборке.

Зарядка и балансировка

А теперь о граблях

И решил я попробовать все же доковыряться до корня проблемы.

Предположения что срабатывает защита от перегрузки при пусковых токах я отмел, так как даже без шунта ничего не менялось.
Но все же посмотрел осциллографом на самодельном шунте 0.077 ома между аккумуляторами и платой - да, ШИМ видно, резкие пики потребления с частотой примерно 4 кГц, через 10-15 мс после начала пиков плата отрубает нагрузку. Но эти пики показывали меньше 15 ампер (исходя из сопротивления шунта), так что точно дело не в токовой перегрузке (как оказалось впоследствии, это не совсем верно). Да и керамическое сопротивление 1 Ом не вызывало отключения, а ведь ток тоже под 15 ампер.
Был еще вариант кратковременной просадки на банках при пуске, от чего срабатывает защита от переразряда и я полез смотреть что творится на банках. Ну да, там ужас творится - пиковая просадка до 2.3 вольта на всех банках, но она очень короткая - меньше миллисекунды, тогда как плата обещает ждать сотню миллисекунд перед тем как врубит защиту от переразряда. «Китайцы указали китайские миллисекунды», подумал я и полез смотреть схему контроля напряжения банок. Оказалось, что в ней стоят RC-фильтры, сглаживающие резкие изменения (R=100 Om, C=3.3 uF). После этих фильтров - уже на входе микросхем, контролирующих банки, просадка была поменьше - всего до 2.8 вольт. Кстати, вот даташит на микросхемы контроля банок на этой плате DW01B -
По даташиту время реакции на переразряд тоже немалое - от 40 до 100 мс, что не вписывается в картину. Но ладно, предположить больше нечего, поэтому поменяю-ка я сопротивления в RC-фильтрах со 100 Ом на 1 кОм. Это кардинально улучшило картину на входе микросхем, просадок меньше 3.2 вольт там больше не было. Но ничуть не изменило поведение шуруповерта - чуть более резкий старт - и затык.
«Пойдем простым логическим ходом»©. Отрубать нагрузку могут только эти микросхемы DW01B, которые контролируют все параметры разряда. И я просмотрел осциллографом управляющие выходы всех четырех микросхем. Все четыре микросхемы никаких попыток отключить нагрузку при старте шуруповерта не делают. А с затворов мосфетов управляющее напряжение пропадает. Или мистика или китайцы что-то навертели в простой схеме, которая должна быть между микросхемами и мосфетами.
И начал я реверс-инжиниринг этой части платы. С матюками и бегая от микроскопа к компьютеру.

Вот что нарисовалось в итоге:


В зеленом прямоугольнике - это сами аккумуляторы. В синем - ключи с выходов микросхем защиты, тоже ничего интересного, в нормальной ситуации их выходы на R2,R10 просто «висят в воздухе». Самая интересная часть - в красном квадрате, вот тут-то, как оказалось, собака и порылась. Мосфеты я нарисовал по одному для упрощения, левый отвечает за разряд в нагрузку, правый за заряд.
Насколько я понял, причина отключения в резисторе R6. Через него организована «железная» защита от токовой перегрузки за счет падения напряжения на самом мосфете. Причем эта защита работает как триггер - стоит напряжению на базе VT1 начать повышаться, как он начинает снижать напряжение на затворе VT4, от чего тот начинает снижать проводимость, на нем повышается падение напряжения, что приводит к еще большему увеличению напряжения на базе VT1 и пошел лавинообразный процесс, приводящий к полному открытию VT1 и, соответственно, закрытию VT4. Почему это происходит при пуске шуруповерта, когда пики тока не достигают и 15А, тогда как постоянная нагрузка в 15А работает - я не знаю. Возможно тут играет роль емкость элементов схемы или индуктивность нагрузки.
Для проверки я сначала сделал симуляцию этой части схемы:


И вот что получил по результатам ее работы:


По оси X - время в миллисекундах, по Y - напряжение в вольтах.
На нижнем графике - включение нагрузки (на цифры по Y можно не смотреть, они условны, просто вверх - нагрузка включена, вниз - выключена). Нагрузкой является сопротивление 1 Ом.
На верхнем графике красным - ток нагрузки, синим - напряжение на затворе мосфета. Как видно, напряжение на затворе (синим) снижается с каждым импульсом тока нагрузки и в конце концов падает до нуля, а значит нагрузка отключается. И не восстанавливается даже когда нагрузка перестает пытаться что-то потреблять (после 2 миллисекунд). И хотя здесь применены другие мосфеты с другими параметрами, картина один в один как в плате BMS - попытка старта и отключение через считанные миллисекунды.
Ну что ж, примем это за рабочую гипотезу и вооружившись новыми знаниями попробуем разгрызть этот кусок науки китайца:)
Тут есть два варианта:
1. Поставить небольшой конденсатор параллельно резистору R1, это:


Конденсатор 0.1 мкф, по симуляции можно и меньше, до 1 нф.
Результат симуляции в таком варианте:


2. Убрать вообще резистор R6:


Результат симуляции этого варианта:

Я попробовал оба варианта - оба работают. Во втором варианте шуруповерт не отключается ни при каких обстоятельствах - старт, блокировка вращения - крутит (или изо всех сил пытается). Но как-то не совсем спокойно жить с отключенной защитой, хотя еще и остается защита от КЗ на микросхемах.
При первом варианте шуруповерт уверенно стартует при любом нажатии. Добиться отключения я смог только когда стартовал его на второй скорости (повышенная для сверления) с заблокированным патроном. Но и то он довольно сильно дергает перед отключением. На первой скорости я не смог добиться его отключения. Этот вариант я и оставил себе, меня он полностью устраивает.

На плате даже есть пустые места для компонентов и одно из них как будто специально предназначено для этого конденсатора. Рассчитано оно под размер SMD 0603, сюда я и впаял 0.1 мкф (обвел его красным):

ИТОГ

ЗЫ: блин, я шуруповерт переделывал меньше времени, чем писал этот обзор:)
ЗЗЫ: возможно меня поправят в чем-то более опытные в силовой и аналоговой схемотехнике товарищи, сам-то я цифровик и аналог воспринимаю через пень колоду:)