Ну, а что делать тем, у кого инструмент старый? Да всё очень просто: выбросить Ni-Cd банки и заменить их на Li-Ion популярного формата 18650 (маркировка обозначает диаметр 18 мм и длину 65 мм).
Какая нужна плата и какие нужны элементы для переделки шуруповёрта на литий-ион
Итак, вот мой аккумулятор на 9,6 В и ёмкостью 1,3 А·ч. При максимальном уровне заряда он имеет напряжение 10,8 вольт. Литий-ионные элементы имеют номинальное напряжение 3,6 вольта, максимальное – 4,2. Следовательно, для замены старых никель-кадмиевых элементов на литий-ионные мне потребуются 3 элемента, их рабочее напряжение будет 10,8 вольт, максимальное – 12,6 вольт. Превышение номинального напряжения никак не повредит мотору, он не сгорит и при большей разнице, беспокоиться не надо.
Литий-ионные элементы, как это всем давно известно, категорически не любят перезаряд (напряжение выше 4,2 В) и чрезмерный разряд (ниже 2,5 В). При таких превышениях рабочего диапазона элемент очень быстро деградирует. Поэтому литий-ионные элементы всегда работают в паре с электронной платой (BMS – Battery Management System), управляющей элементом и контролирующей как верхнюю, так и нижнюю границу напряжения. Это плата защиты, просто отсоединяющая банку от электрической цепи при выходе напряжения за границы рабочего диапазона. Поэтому помимо самих элементов, потребуется такая плата BMS.
Теперь два важных момента, с которыми я несколько раз неудачно экспериментировал, пока не пришёл к правильному выбору. Это – максимально допустимый рабочий ток самих Li-Ion элементов и максимальный рабочий ток BMS-платы.
В шуруповёрте рабочие токи при высокой нагрузке достигают 10-20 А. Поэтому и элементы нужно покупать такие, которые способны отдавать высокие токи. Лично я успешно пользуюсь 30-амперными элементами 18650 производства Sony VTC4 (ёмкостью 2100 мАч) и и 20-амперными Sanyo UR18650NSX (ёмкостью 2600 мАч). Они нормально работают в моих шуруповёртах. А вот, например, китайские TrustFire 2500 мАч и японские светло-зелёные Panasonic NCR18650B на 3400 мАч не годятся, они на такие токи не рассчитаны. Поэтому не надо гнаться за ёмкостью элементов – даже 2100 мАч более чем достаточно; главное при выборе – не просчитаться с максимально допустимым током разряда.
И точно так же, BMS-плата должна быть рассчитана на высокие рабочие токи. Я видел в Youtube, как народ собирает аккумуляторы на 5-ти или 10-амперных платах – не знаю, лично у меня такие платы при включении шуруповёрта сразу уходили в защиту. По-моему, это выброс денег. Скажу так, что сама фирма Makita ставит в свои аккумуляторы 30-амперные платы. Поэтому я пользуюсь 25-амперными BMS, купленными на Алиэкспрессе. Они стоят около 6-7 долларов и ищутся по запросу «BMS 25A». Поскольку нужна плата на сборку из 3-х элементов, то надо искать такую плату, в названии которой будет «3S».
Ещё один важный момент: у некоторых плат на зарядку (обозначение «С») и нагрузку (обозначение «P») могут идти разные контакты. Например, плата может иметь три контакта: «P-», «P+» и «C-», как на родной макитовской литий-ионной плате. Такая плата нам не подойдёт. Зарядка и разрядка (charge/discharge) должны осуществляться через один контакт! То есть, на плате должно быть 2 рабочих контакта: просто «плюс» и просто «минус». Потому что наше старое зарядное устройство также имеет только два контакта.
В общем, как уже можно было догадаться, я со своими экспериментами выбросил массу денег как на неправильные элементы, так и на неправильные платы, совершив все ошибки, которые можно было совершить. Зато получил бесценный опыт.
Как разобрать аккумулятор шуруповёрта
Как разобрать старый аккумулятор? Есть аккумуляторы, где половинки корпуса крепятся винтами, но есть и на клею. Мои аккумуляторы как раз из последних, и я вообще долгое время считал, что их невозможно разобрать. Оказалось, что возможно, если у тебя есть молоток.
В общем, с помощью интенсивных ударов в периметр кромки нижней части корпуса (молоток с нейлоновой головкой, аккумулятор нужно держать в руке на весу) место склейки успешно разъединяется. Корпус при этом никак не повреждается, я уже 4 штуки так разобрал.
Интересующая нас часть.
От старой схемы нужны только контактные пластины. Они прочно приварены к верхним двум элементам точечной сваркой. Отковырять сварку можно отвёрткой или плоскогубцами, но ковырять надо максимально аккуратно, чтобы не сломать пластик.
Всё почти готово для дальнейшей работы. Кстати, штатные термодатчик и размыкатель я оставил, хотя они уже не особо актуальны.
Но очень даже вероятно, что наличие этих элементов необходимо для нормальной работы штатного зарядного устройства. Поэтому настоятельно рекомендую их сохранить.
Собираем литиево-ионный акумулятор
Вот новые элементы Sanyo UR18650NSX (по этому артикулу их можно найти на Алиэкспрессе) ёмкостью 2600 мАч. Для сравнения, старый аккумулятор имел ёмкость всего 1300 мАч, в два раза меньше.
Надо припаять провода к элементам. Провода нужно брать сечением не менее 0,75 кв.мм, ведь токи у нас будут немалые. Провод с таким сечением нормально работает с токами более 20 А при напряжении 12 В. Паять литий-ионные банки можно, кратковременный перегрев им никак не повредит, это проверено. Но нужен хороший быстродействующий флюс. Я пользуюсь глицериновым флюсом ТАГС. Полсекунды – и всё готово.
Припаиваем другие концы проводов к плате согласно схеме.
На контактные разъёмы батареи я всегда пускаю ещё более толстые провода по 1,5 кв.мм – потому что место позволяет. Прежде чем их припаивать к ответным контактам, на плату надеваю отрезок термоусадочной трубки. Она необходима для дополнительной изоляции платы от аккумуляторных элементов. В противном случае острые края пайки легко могут протереть или проткнуть тонкую плёнку литий-ионного элемента и вызывать замыкание. Можно и не применять термоусадку, но хотя бы что-то изолирующее проложить между платой и элементами совершенно необходимо.
Теперь всё заизолировано как надо.
Контактную часть можно укрепить в корпусе аккумулятора парой капелек супер-клея.
Аккумулятор готов к сборке.
Хорошо, когда корпус на винтах, но это не мой случай, поэтому я просто снова склеиваю половинки «Моментом».
Зарядка батареи производится штатным зарядным устройством. Правда, алгоритм работы меняется.
У меня есть два зарядных устройства: DC9710 и DC1414 T. И работают они теперь по-другому, поэтому я расскажу, как именно.
Зарядное устройство Makita DC9710 и литий-ионная батарея
Раньше заряд аккумулятора контролировало само устройство. При достижении полного уровня оно останавливало процесс и сигнализировало о завершении зарядки зелёным индикатором. Но сейчас контролем уровня и отключением питания занимается установленная нами схема BMS. Поэтому по завершении зарядки красный светодиод на зарядном устройстве просто выключится.
Если у вас именно такое старое устройство – вам повезло. Потому что с ним всё просто. Горит диод – идёт зарядка. Погас – зарядка завершена, аккумулятор полностью заряжен.
Зарядное устройство Makita DC1414 T и литий-ионная батарея
Здесь есть небольшой нюанс, который нужно знать. Это ЗУ поновее и предназначено оно для зарядки более широкого диапазона аккумуляторов от 7,2 до 14,4 В. Процесс зарядки на нём идёт как обычно, горит красный светодиод:
А вот когда аккумулятор (которому в случае NiMH-элементов положено иметь максимальное напряжение 10,8 В) достигнет 12 вольт (у нас же Li-Ion элементы, у которых максимальное суммарное напряжение может составлять 12,6 В), заряднику снесёт крышу. Потому что он не поймёт, какой именно аккумулятор он заряжает: то ли 9,6-вольтовый, то ли 14,4-вольтовый. И в этот момент Makita DC1414 войдёт в режим ошибки, попеременно мигая красным и зелёным светодиодом.
Это нормально! Ваша новая батарея всё равно зарядится – правда, не до конца. Напряжение будет составлять примерно 12 вольт.
То есть какую-то часть ёмкости с этим зарядным устройством вы упустите, но мне кажется, это можно пережить.
Итого модернизация аккумулятора обошлась примерно в 1000 рублей. Новый макитовский Makita PA09 стоит в два раза дороже. Причём мы в итоге получили вдвое большую ёмкость, а дальнейший ремонт (в случае нескорого выхода из строя) будет заключаться только в замене литий-ионных элементов.
Есть у меня старый шуруповерт, лежал без дела довольно долго, соответственно аккумуляторы приказали долго жить. И вот недавно он мне потребовался, кухню собирать. Если интересно как я его оживил переделкой на литий менее чем за 100 рублей - то добро пожаловать под кат.
Дрель у меня такая - на 18 вольт, 9Н*м
Навскидку мне корячилось три варианта
1. купить новый недорогой шуруповерт рублей за 1500-2500 - просто, быстро, но это не наш метод, тк старая дрель будет лежать мертвым грузом, а выкинуть рука не поднимется,
2. заказать NiCd аккумуляторы - около 900-1200р - а смысл, если новый можно за 1500р взять?
3. переделать на литиевые, а вот тут бюджет может быть разным. Ознакомившись с вопросом на маське выяснил, что для переделки на литий в идеале нужно:
- плата 3S, 4S или 5S в зависимости от размера батареи (мне на 18 вольт дрели надо 5 банок АКБ, соответственно 5S - около 800р)
- желательно плата балансировки (если плата защиты без балансира), особенно желательно если аккумуляторы не новые или из разных партий
- сами Li-ion АКБ, желательно токовые, те расчитанные на высокие токи работы - от 350р за штуку, за 5 шт - от 1700р.
По итогу дороговато выходит для моей дешевой старой дрели (см 1 пункт), поэтому было решено делать свой ультра-бюджетный вариант с блэкджеком балансировкой.
У меня был старый аккумулятор от ноутбука (отдали за так), разобрав который обнаружил в нем такие банки Samsung. За исключением 2 банок остальные были вполне рабочие, зарядил каждую в повер банке
проверил их после зарядки на ток КЗ (не более 1 секунды - это может быть опасно, тк банки без защиты).
Как видно, банки вполне живые - кратковременный ток отдачи по КЗ от 10 до 20А.
Накидал такую схему переделки, по ней и буду делать.
Так как аккумуляторы не токовые для облегчения их работы было решено ставить по 2 акб в параллель (при рабочем токе например в 10А, ток выдаваемый каждым акб будет 10/2=5А). Для этого желательно подобрать пары с похожими характеристиками отдачи по току. Исправляю схему:
В принципе, моя дрель, судя по характеристикам не особо мощная, поэтому в принципе можно было бы и по одной банке ставить, правда проживут они скорее всего меньше, но так как батареи у меня были в количестве 10 штук решил ставить все 10.
Процесс сборки не фотографировал, в принципе там ничего интересного, батареи паять можно к уже приваренным лепесткам не боясь что перегреешь.
Так как все 10 аккумуляторов в старый блок не влезли, получилось немного колхозно
ну ничего, берем синюю (какая была) изоленту и прячем все лишнее - 
уже лучше) 
Как видите сбоку я вывел зарядно-балансировочный разъем, который выпаял из сломанной видеокарты (или материнской платы, не помню уже). Так как мне надо 10 контактов, пришлось использовать такой db15, если бы аккумуляторов меньше применил бы вот db9 - их найти проще
Осталось спаять зарядное. В качестве источников напряжения 5 вольт взял 5 ненужных зарядок от мобильников, как раз нашел 5 штук, правда все разные, на разный ток от 600 до 900мА. В идеале использовать одинаковые, так зарядка бы происходила примерно одновременно и можно было бы оценивать какие банки долше заряжаются.
Важно! Делать нужно точно по схеме используя на каждый контролер заряда свой отдельный блок питания 5-8В, то есть блоки питания должны быть гальванически развязаны друг от друга. Один мощный блок питания на все контроллеры использовать нельзя - будет короткое замыкание акумуляторов (у TP4056 общий по входу и выходу корпус-минус).
Для уменьшения размеров конструкции вынул зарядные из корпусов. На тыловую сторону приклеил на двухсторониий скотч контроллер заряда TP4056 и убрал конструкцию в отдельный корпус 
Вот так выглядит при включении в 220В
Синим светит контроллер заряда - индикация о том что нагрузка не подключена (или акб заряжены), красным и зеленым - светодиоды зарядных от мобильников.
Теперь подключим аккумулятор-
Видно что заряжаются только 3 банки (горит красный диод), а оставшиеся 2 - нет (горит синий диод). Это потому что я его недавно заряжал, и разрядились только 3 из 5 акб. Такм образом, видно что при каждой зарядке происходит балансировка всей батареи - в этом главный плюс этой схемы, особенно это важно при использовании таких поюзанных акб от батареи ноутбука.
Для наглядности снял ролик, возможно что-то упустил в рассказе, то смотрите на видое -
Подведем итоги.
Плюсы
1. Дешево - мне потребовалось купить только контроллеры заряда TP4056, что обошлось мне в 60 рублей за 5 штук, остальное было или достал бесплатно. Сейчас доставка у этого продавца только платная, +еще около 1$, можно найти и дешевле наверное.
2. Балансировка аккумуляторов при каждой зарядке.
Минусы
1. Нет защиты по току, поэтому я не ставлю фиксатор патрона на блокировку (значек сверла) поэтому защита по току чисто механическая - патрон прощелкивается и не блокируется при зажиме, ток кз не возникает. В принципе данной защиты считаю достаточно.
2. Если нет старых зарядок от мобильников, то выйдет немного дороже. Но их можно и у знакомых поспрашивать - наверняка у многих валяются без дела.
3. Нет защиты от переразряда. Ну тут надо смотреть если мощность упала - сразу на зарядку! А вообще это же литий, тут не надо как на никеле ждать когда батарея сядет, а лучше заряжать при возможности - так батареи и прослужат дольше.
В общем данную схему считаю имеющей право на жизнь, особенно для реанимации таких недорогих и не супермощных шуруповертов.
ps в коментах дали 60р с доставкой
В этой статье вы узнаете как недорого переделать аккумулятор шуруповерта с Ni Cd на Li Ion аккумуляторы 18650 , тем самым модернизировав аккумулятор шуруповерта , сделав его более мощнее и увеличив время автономной работы. Все этапы переделки подробно описаны, поэтому проблем возникнуть не должно, все необходимые компоненты указанны и доступны.
Необходимые компоненты для переделки
Для перебелки были использованы высокотоковые аккумуляторы 18650
ёмкостью 2500 мА/ч. Данные аккумуляторы
имеют уже приваренные выводы для пайки, что очень удобно и ко всему прочему можно существенно сэкономить на батарейных отсеках. Заказать их можно в интернете, поставляются партией по 4 или 6 штук. Купить их можно по ссылкам ниже:
Купить аккумуляторы 18650 — 6 шт.
Купить аккумуляторы 18650 — 4 шт.
Так же для переделки понадобятся две платы BMS 12.6V 40A, покупал тут:
Купить плату BMS 12.6V 40A
Зарядное устройство тоже нужно будет переделать и для этого понадобится модуль стабилизации напряжения и тока.
Видео о том как переделать зарядное устройство смотрите в конце статью
Купить стабилизации напряжения и тока
На момент переделки, все компоненты (на две батареи) обошлись всего 1100 рублей, это на много дешевле чем купить новый аккумулятор для шуруповерта, в котором будут стоять всё те же Ni Cd аккумуляторы. Посмотрев цены в интернете, я обнаружил что одна батарея стоит от 1200 рублей, а для переделки ДВУХ батарей, я потратил всего 1100! Все ссылки на компоненты так же можно найти в конце статьи!
Переделка аккумулятора
Первым делом нужно аккуратно разобрать корпус аккумулятора и выбросить старые Ni Cd аккумуляторы.
Затем необходимо отсоединить клемму питания аккумулятора.
К неё нужно припаять два провода, желательно с крупным сечением, в данной переделки были использованы провода сечением 4 мм² и длиной примерно 100 мм. На фото выше можно заметить красный провод, оставлен он был для того, что бы не перепутать полярность, к этому проводу желательно тоже припаять красный провод, что бы избежать неприятностей и вы точно будете знать что это +.
К блестящему контакту нужно припаять минусовой провод:
Затем нужно вставить клемму с припаянными проводами обратно в корпус на своё место, обязательно соблюдая полярность!
Для фиксации клеммы, можно залить вовнутрь стакана термоклей, более лучшего варианта фиксации я не нашел, тем более что держит он очень хорошо!
Теперь можно приступить к пайки аккумуляторов. Снимаем с аккумуляторов термоусадочную трубку и сгибаем их таким образом что бы можно было их спаять последовательно.
Далее наносим термоклей на ту сторону получившейся батареи, где контакты торчат на верх и приклеиваем плату BMS как показано на фото ниже. Обратите внимание, что плюс и минус платы и батареи, находятся друг на против друга!!!
Затем загибаем контакты батареи на контакты платы и припаиваем их, начиная с минуса!
К контакту платы B1 припаиваем короткий провод, другой конец которого припаиваем к месту соединения аккумуляторов!
К контакту B2 так же припаиваем короткий провод, другой конец которого, припаиваем к месту соединения аккумуляторов на противоположной стороне!
Ну и в конце, припаиваем последний, плюсовой контакт.
Теперь осталось соединить клеммы корпуса с получившейся аккумуляторной батареей, для этого припаиваем красный провод к контакту «P+», а синий, минусовой провод, к контакту «P-«.
На этом переделка аккумулятора закончена! Осталось закрепить изготовленную батарею и поставить на место вторую часть корпуса. На переделку двух аккумуляторов было потрачено не больше часа времени и как говорилось выше, 1100 рублей денег. После тестов, шуруповёрт стал работать ни хуже чем с заводской батареей и я бы сказал, на много лучше, в плане мощности и заряд держится дольше. Всем советую переделать свои старые батареи!))
Купить Гнездо для подключения зарядного
Купить Паяльник
Для тех, у кого нет желания переделывать зарядное устройство, то по ссылке ниже, можно купить уже готовое.
Купить готовое зарядное устройство
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
Трудится у меня уже несколько лет купленный в строймаге по дешевке безымянный двухскоростной шуруповерт на 14.4 вольта. Точнее, не прям совсем безымянный - на нем проставлена марка этого строймага, но и не какой-то именитый. На удивление живуч, до сих пор не сломался и выполняет все, что я от него требую - и сверление, и закручивание-раскручивание шурупов, и как намотчик трудится:)
Но вот его родные NiMH аккумуляторы так долго работать не захотели. Один из двух комплектных окончательно сдох год назад после 3 лет эксплуатации, второй в последнее время уже не жил, а существовал - полной зарядки хватало на 15-20 минут работы шуруповерта с перерывами.
Сначала я хотел обойтись малыми силами и просто заменить старые банки на такие же новые. Купил вот эти у вот этого продавца -
Они отлично работали (хотя и немного хуже родных) целых два или три месяца, после чего сдохли быстро и полностью - после полного заряда их не хватало даже на закрутить десяток шурупов. Не рекомендую брать у него аккумуляторы - хотя емкость изначально соответствовала обещанной, долго они не протянули.
И я понял, что придется все-таки заморочиться.
Ну и теперь о главном:)
Повыбирав на Али из предлагаемых плат BMS, остановился на обозреваемой, по ее размерам и параметрам:- 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
Зарядку я оставил родную от шуруповерта, она как раз выдает на холостом ходу около 17 вольт. Правда, зарядка тупа и никакой стабилизации тока или напряжения в ней нет, есть только таймер, отключающий ее примерно через час после начала заряда. Ток выдает около 1.7А, что хоть и многовато, но допустимо для этих аккумуляторов. Но это пока я не доделаю ее до нормальной, со стабилизацией тока и напряжения. Потому что сейчас плата отказывается балансировать одну из ячеек, имевшую изначально заряд на 0.2 вольта больше. BMS отключает заряд когда напряжение на этой ячейке доходит до 4.3 вольта, соответственно на остальных оно остается в пределах 4.1 вольта.Читал где-то утверждение, что эта BMS нормально балансирует только с зарядкой CV/CC, когда ток под конец заряда постепенно снижается. Возможно, это так и есть, так что впереди меня ждет модернизация зарядки:)
Разряжать до конца не пробовал, но уверен, что защита по разряду сработает. На Ютубе есть ролики с тестами этой платы, все работает как положено.
А теперь о граблях
Все банки заряжены до 3.6 вольт, все готово к запуску. Вставляю батарею в шуруповерт, нажимаю курок и… Уверен, что не один человек, знакомый с этими граблями, сейчас подумал «И хрен стартанул у тебя шуруповерт»:) Абсолютно верно, шуруповерт слегка дернулся и все. Отпускаю курок, нажимаю снова - то же самое. Нажимаю плавно - стартует и разгоняется, но стоит стартануть его чуть порезче - отказ.«Вот же...», подумал я. Китаец, наверное, указал в спецификации китайские амперы. Ну да ладно, у меня есть отличная толстая нихромовая проволока, сейчас я напаяю ее кусок поверх резисторов-шунтов (стоят два по 0.004 Ома в параллель) и настанет мне если и не счастье, то хотя бы какое-то улучшение ситуации. Улучшение не настало. Даже когда я вообще исключил из работы шунт, просто припаяв минус батареи после него. То есть не то что улучшений не настало, а не настало вообще никаких изменений.
И вот тогда я полез в инет и обнаружил, что копирайт на эти грабли мне не светит - они давно уже исхожены другими. Но вот решения как-то не было видно, кроме кардинального - покупать плату, подходящую именно для шуруповертов.
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
Плата вполне оправдала ожидания, хотя и преподнесла сюрприз:)Плюсы и минусы расписывать не вижу смысла, все это в ее параметрах, укажу только одно достоинство: совершенно незначительная доработка превращает эту плату в полноценно работающую с шуруповертами:)
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:)
Каждый мастер встречается с проблемой снижения работоспособности инструмента, или полного отказа из-за аккумулятора. Производители используют в 12-ти, 14-ти, 18-ти вольтовых шуруповертах аккумуляторы из никель-кадмиевых батареек. Схема последовательной сборки нескольких элементов создает нужное напряжение. Замена никель-кадмиевых батареек на литийевые увеличивает срок службы аккумулятора, облегчая конструкцию. Обязательная установка платы BMS добавляет надежность. Поэтому переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы, в основном, на форм-фактор 18650, оправдана.
Почему никель-кадмиевые аккумуляторы быстро выходят из строя? В гирлянде последовательно соединенных банок каждая особенна. Химический процесс индивидуален, заряд в закрытых системах различный. При неисправности в одной банке, конструкция не дает нужное напряжение. Система контроля и балансировка заряда в отдельных компонентах не предусмотрена.
- Каждая Ni-Cd банка дает 1,2 В, а li-ion 18650 – 3,6 В.
- Емкость литиевой батарейки в 2 раза больше никель-кадмиевой, близкого размера.
- Перегретая батарейка li-ion грозит взрывом и возгоранием, поэтому установка контроля равномерности заряда в банках обязательна. В никель-кадмиевых батарейках BMS не ставят – производитель не заинтересован.
- У литиевых элементов нет эффекта памяти, в отличие от Ni-Cd, заряжать их можно в любое время и в течение часа.
- Шуруповерт становиться значительно легче после переделки аккумулятора на li-ion, с использованием банок 18650.
Есть только два препятствия для переделки шуруповерта под литиевые аккумуляторы – с ним невозможно работать при минусе. Емкость банок падает, начиная с понижения уже от +10 0 С. Литиевые аккумуляторы дороги.
Зная, какое требуется входное напряжение на шуруповерт, переделка зарядного устройства производится, с учетом размещения банок литиевого аккумулятора и управляющих элементов в заводском контейнере. Также можно поступить с фонариком, модернизировав гнездо под блок из элементов 18650.
Допустим необходима переделка 12 В шуруповерта, использующего Ni-Cd банки на li-ion. Если использовать 3 банки, напряжения на выходе недостаточно: 3,6 х 3 = 10, 8 В. С 4-мя компонентами мощность аппарата будет выше: 3,6 х 4 = 14,4 В. При этом инструмент станет легче на 182 г, несколько увеличится его мощность, емкость – сплошные плюсы. Но при демонтаже необходимо оставить клеммы и родной термодатчик.
Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 14 В
При переделке шуруповертов разной мощности и фонариков с Ni-Cd на Li-ion, чаще используют аккумуляторы форм фактор 18650. Они легко встают в контейнер или гнездо, так как вместо двух-трех родных устанавливают один литиевый. Переделка АКБ шуруповерта должна вестись с учетом особенностей литиевых аккумуляторов на 18650.
Этот вид источников энергии не переносит глубокий разряд и излишний заряд. Значит, необходимо использовать платы управления величиной напряжения. Так как каждая батарея имеет свой характер, их заряд корректируется балансиром. Смысл переделки шуруповерта с напряжением на 14,4 В заключен в создании прибора с использованием литиевых аккумуляторов для облегчения ручного инструмента и повышения его работоспособности. Больше всего для этих целей подходят литиевые аккумуляторы 18650.
При подборе комплектующих, следует учесть, пусковой ток шуруповерта высок, необходимо выбрать соответствующий BMS на нужное количество банок и не менее чем на 30 А. Для переделки зарядки шуруповерта на литиевый аккумулятор необходимо запастись хорошим паяльником, не кислотным флюсом и толстыми проводами для выполнения перемычек.
Комплектация:
- Литий-ионные банки в количестве 4 шт.
- Контроллер li-ion аккумулятора на 4 банки, хорошо подходит CF-4S30A-A. В нее встроен балансир, контролирующий заряд каждого элемента.
- Термоклей, флюс для паяния ТАГС, припой.
- Термостойкий скотч;
- Соединительные перемычки или толстый провод в изоляции сечением не менее 0,75 квадрата, порезанный для мостиков.
Порядок работы по переделке шуруповерта под 18650:
- Разобрать корпус и извлечь из контейнера связку из 12 Ni-Cd элементов.
- Убрать гирлянду, оставив разъем с выводами «+» и «-» . Вместо термодатчика установится термопара от контроллера.
- Спаять сборку, учитывая, что нельзя использовать кислоту, только нейтральный флюс и чистый припой. В период соединения нельзя разогревать крышки. Работать точечно.
- Подключить балансировочные точки к контроллеру, согласно схеме. На плате разъемы предусмотрены.
- Соединить сборку с выводами плюса и минуса.
- Проверить работоспособность схемы. Если все работает, собранную АКБ, контроллер разместить в гнезде, закрепить с помощью герметика.
Если ЗУ не универсальное, потребуется дополнительная переделка. Шуруповерты на 12 V с универсальным зарядным устройством собирают так же, но используется защитная схема подключения 3х18650 3,7 В на литиевые аккумуляторы. Точно так же переделывается отвертка с использованием комплекта АКБ 18650 в количестве 2 элементов.
Переделка шуруповерта «Макита» на литиевый аккумулятор
Есть «Макита» шуруповерт с аккумулятором емкостью 1,3 А/ч и напряжением 9,6 В. Чтобы сменить на нем источник питания на литий-ионный, потребуется 3 компонента 18650. Переделка предоставит старому инструменту новые возможности: увеличит продолжительность работы на одном заряде, добавит мощность, так как рабочее напряжение поднимется до 10,8 В.
Для конструкции потребуется использовать BMS, управляющий контроллер, поддерживающий режим работы литиевых элементов в рабочих пределах. С этим прерывателем зарядка каждой банки будет равномерной без превышения 4,2 В, нижнее напряжение 2,7 В. Здесь применяется встроенный балансир.
Параметры контроллера должны сопровождать работу инструмента при повышении рабочего тока до 10-20 А. Обеспечить работу без отключения сможет плата на 30 А Sony VTC4, рассчитанная на емкость 2100 А/ч. Из 20 амперных подойдет Sanyo UR18650NSX принимающие энергии 2600А/ч. Плата нужна для 3 элементов, что маркируется в классификации 3S. При этом в плате должно быть 2 контакта, плюс и минус. Если выводы имеют обозначения с буквами «Р-«, «Р+», «С-», они предназначены для более поздних моделей шуруповертов.
Пошаговая инструкция переделки шуруповерта Макита на литиевые аккумуляторы выглядит так.
- Разобрать аккумулятор на клею можно, если на весу обстукивать место соединения молотком с мягкой головкой. Направление удара вниз, в стык по нижней части корпуса.
- Взять от старой сборки только контактные пластины, аккуратно отсоединив их от батареи. Датчик и размыкатель нужно оставить.
- Спаять 3 элемента последовательно, пользуясь флюсом ТАГС и перемычками с изоляцией. Сечение провода должно быть больше 0,75 мм2.
- Собрать схему с контроллером, и соединить блок питания с контактными разъемами проводами 1,5 квадрата.
- Проверить работоспособность схемы и собрать корпус, снова посадив его на клей.
В шуруповерте со старым зарядным устройством DC9710 после окончания зарядки литиевого аккумулятора 18650 красный светодиод на панели выключится. За уровнем заряда следит встроенный контроллер.
ЗУ Макита DC1414 Т используют для зарядки источников питания на 7.2-14,4 В. Пока идет зарядка, горит красный свет. Но при зарядке литиевого аккумулятора, его напряжение не укладывается в стандарты солевых изделий, и после 12 В зарядное начнет мигать красным и зеленым. Но нужная зарядка уже есть. Шуруповерт готов к работе.
Переделка шуруповерта «Хитачи» 12 В на литиевые аккумуляторы 18640
Особенности переделки шуруповерта «Хитачи» 12 В на литиевые аккумуляторы. Очень компактное гнездо под аккумуляторные элементы предназначено для пальчиковых элементов. Поэтому следует подготовить место под 18650 элементы. Необходимо вырезать у перегородки одну сторону, чтобы плотно разместить 1 элемент.
Нужно обзавестись флюсом, плоской металлической соединительной лентой, термоклеем. Устанавливать литиевые аккумуляторы в шуруповерт при переделке необходимо через защитный контроллер. Он должен обслуживать 3 элемента 18650, напряжением 3,7 В и рассчитан на 20-30 ампер.
Извлечь старую батарею из гнезда, аккуратно отсоединить контакты в сборке с датчиком температуры и индикатором включения. Зачистить и подписать контакты. Их следует вывести в одну сторону, соединить припоем с выводами из толстых проводов и залить сборку термоклеем.
Собрать источник энергии с одним из контроллеров, рассчитанных на 3 элемента. Собрать последовательную схему из 3-х Li-ion элементов. Подключить контроллер. Переделка литиевого 12-вольтового аккумулятора завершается, когда конструкция будет установлена в блоке, закреплена, и индикатор зарядки загорится. После полной зарядки замеры показывают 12,17 вольт в наружной сети. Но этого достаточно для безотказной длительной работы прибора.
Переделка шуруповерта «Интерскол» на литиевые аккумуляторы 18650
Рано или поздно никель-кадмиевая сборка из 15 банок отказывает. Один- два элемента заленились, и получить напряжение на выходе уже невозможно. Современные ДШ «Интерскол» на литиевых аккумуляторах служат гораздо лучше. Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18 вольт мастерами освоена.
Необходимо приобрести плату защиты на 5S, 3,7 В и 40-50 А. Потребуется балансировочная плата и сами источники энергии – 5 аккумуляторов литиевых 18650, можно оставить с заводскими терморезисторами, удлинив провода. При монтаже создать контактную площадку, вставить сборку, проверить работоспособность, закрепить. Особенности сборки советы мастера подробно даны в видео. Здесь полная информация о переделке 18-вольтного литиевого шуруповерта