Как переделать АКБ под литий-ионные элементы питания?
Нередко обладатели шуруповертов, работающих от никель-кадмиевых АКБ, желают подстроить АКБ под литий-ионные батареи. Такая популярность последних вполне объяснима. Они имеют множество преимуществ, по сравнению с иными вариантами. К ним можно отнести:
- возможность облегчения веса инструмента (работать с ним удобнее, если установлены литий-ионные батареи);
- есть возможность устранить пресловутый эффект памяти, потому что его попросту нет в литий-ионных элементах;
- при использовании таких батарей зарядка будет происходить в разы быстрее.
Кроме того, надо учесть и тот факт, что при определенной схеме сборки устройства есть возможность в разы приумножить емкость заряда, а это значит, что и период работы шуруповерта от единственного заряда существенно возрастет. Положительные стороны, разумеется, очевидны. Но надо иметь в виду, что есть в адаптации техники под литий-ионные батареи и определенные недочеты
Учитывать важно и те и другие. Рассмотрим, с какими минусами можно столкнуться при таких работах:
- литий-ионные компоненты питания стоят дороже, чем другие варианты;
- вам будет необходимо постоянно выдерживать определенную степень заряда такой батареи (от 2,7 до 4,2 В), а для этого надо вставить в коробку АКБ плату контроллера заряда и разряда;
- литий-ионные детали питания отличаются более внушительными габаритами, нежели наличествуют у их аналогов, потому их не всегда бывает удобно и беспроблемно расположить в корпусе шуруповерта (нередко тут приходится прибегать к разным хитростям);
- если придется работать в окружении низких температур, такой инструмент лучше не использовать (литий-ионные батарейки «боятся» холодов).
Если учитывая все плюсы и минусы, вы все равно решили заменить никель-кадмиевые батарейки на литий-ионные, то вам следует провести следующие процедуры.
- Сперва надо определить число литий-ионных источников.
- Также надо будет выбрать подходящую плату контроллера на 4 батарейки.
- Разберите корпус АКБ. Достаньте из него никель-кадмиевые баночки. Делайте все аккуратно, чтоб не сломать важные детали.
- Разрежьте всю цепочку с помощью кусачек или бокорезов. Не трогайте только верхние детали с контактами, необходимыми для подсоединения к шуруповерту.
- Термистор допустимо убрать, потому что за перегревом батареек после этого будет «наблюдать» плата контроллера.
- Далее можно переходить к сборке цепочки из литий-ионных батареек. Прикрепляйте их последовательно. Далее – присоедините плату контроллера, опираясь на схему. Следите за полярностью.
- Теперь расположите подготовленную конструкцию в корпусе АКБ. Элементы питания литий-ионного вида желательно класть в горизонтальном положении.
- Теперь можно смело закрыть АКБ при помощи крышечки. Зафиксируйте на горизонтально выложенных батареях элемент питания с контактами на старой батарейке.
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
Проверка и диагностика аккумуляторной батареи шуруповерта
Причина плохой работы шуруповерта может быть не в аккумуляторе, а в неисправностях мотора, редуктора, блока питания. Надежный способ определить источник проблемы – поставить вместо старой батареи такую же, которая обычно идет в комплекте вторым экземпляром. Прежде чем браться за вскрытие корпуса аккумулятора шуруповерта, его нужно зарядить до максимума. В случае с Ni-Cd устройствами требуется их сначала разрядить в ноль во избежание эффекта памяти. Для проверки и диагностики аккумуляторной батареи шуруповерта применяют 2 способа.
С помощью мультиметра
После того, как аккумулятор шуруповерта полностью заряжен, нужно его разобрать. Верхняя крышка блока обычно зафиксирована либо шурупами, либо клеем.
Здесь крышка приклеена
В первом случае понадобится отвертка, а клееный шов лучше аккуратно разделывать канцелярским ножом. Можно дополнительно вставлять еще какой-то острый предмет – ту же отвертку или саморез. Когда верхняя крышка освободится от склейки, ее будет нетрудно снять. Но нельзя забывать, что после ремонта корпус аккумулятора шуруповерта предстоит заново склеивать, а это не так просто и быстро, как закрутить шурупы.
После снятия крышки можно увидеть все банки, соединенные воедино. Цель – внимательно перебирать их, чтобы определить не исправные.
Так выглядит разобранный АКБ
Иногда испорченную банку аккумулятора шуруповерта выдают визуальные признаки – деформации, окисление и т.д. Может быть видно нарушение целостности соединительных пластин. Впрочем, это не отменяет главного: протестировать на выходное напряжение необходимо каждую банку.
Для этого применяется мультиметр. Каждая банка аккумуляторной батареи шуруповерта аккуратно извлекается из корпуса, и проводятся замеры. Мультиметр нужно переключить в режим постоянного тока, и подвести черный провод к минусовому контакту банки, а красный – к плюсу. Показатели нормального выходного напряжения составляют 1,2 – 1,4 В для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных батарей, 3,6 – 3,8 В – для литий-ионных. Полученные от мультиметра значения надо зафиксировать на бумаге или в электронном виде, а еще лучше – написать на каждой батарейке ее значение маркером, это не причинит вреда.
Тестирование батареек мультиметром
Если есть 2 мультиметра, задача немного упрощается: один будет работать как амперметр, второй как вольтметр. Если же прибор только один, его надо настроить в режим измерения напряжения, а в роли амперметра использовать простой провод от мультиметра до источника питания.
Подключение такое:
- два тонких провода (0,25 мм кв) от вольтметра к источнику питания;
- чуть более толстые провода от аккумулятора к амперметру и источнику питания, а также от амперметра к вилке.
Тестирование мультиметром
Если вольтметр выдает номинальное напряжение, а ток заряда на амперметре не дотягивает до 1 А, то, скорее всего, дело в неисправности какого-то элемента батареи. Тут не получится реанимировать аккумулятор шуруповерта самому в домашних условиях – надо нести в ремонт. Если разряженная АКБ имеет суммарное напряжение 16,8 В, это указывает либо на короткое замыкание, либо на естественное разряжение. Для заряженного аккумулятора шуруповерта упомянутый показатель напряжения означает короткое замыкание элемента: восстановление – не выход, только замена.
Проверка методом нагрузки
Для этого варианта проверки не надо разбирать аккумулятор шуруповерта. Потребуются автомобильные лампочки. Они служат индикатором силы тока.
Проверка делается так:
- Полностью зарядить АКБ шуруповерта.
- Дать на него номинальную нагрузку. Она рассчитывается делением мощности шуруповерта на номинальное напряжение аккумулятора. Чтобы в цепи появилась необходимая нагрузка, надо подключить автолампочки.
- Если отдача тока от батареи шуруповерта длится несколько минут, напряжение чуть ниже номинального, а яркость ламп не снижается, то аккумулятор в норме. Преждевременное ослабевание тока аккумуляторной батареи шуруповерта типа ni-cd – проявление эффекта памяти. Тогда требуется восстановление.
Диагностика с автолампочкой
Типы аккумуляторов для шуруповерта
Банки для аккумулятора, используемого в бытовом электроинструменте, бывают только щелочными, с напряжением в каждом элементе 1,2 вольта (или 3,6 вольт – что соответствует трехсекционному блоку). Основных типов по материалу рабочих элементов три:
Никель-кадмиевые (обозначение – Ni Cd)
По причине низкой стоимости, производители комплектуют большинство моделей шуруповертов именно такими батареями. Цена определяет эксплуатационные свойства, и они невысокие. Рабочее напряжение исправного и заряженного элемента – 1,2 вольта.Достоинства:
- Безусловно – цена.
- Хорошо переносят низкие температуры – это позволяет держать инструмент не в теплой кладовке, а на балконе или в гараже.
- При длительном хранении в разряженном состоянии практически не теряет заводские характеристики. Это свойство особенно полезно для домашнего применения прибора – когда он используется от случая к случаю.
Недостатки:
- Токсичное производство, поэтому фабрики по их изготовлению расположены в т.н. странах третьего мира, что определяет качество и культуру производства.
- Обладают эффектом памяти. Если батарею постоянно недозаряжать, она «запоминает» новые показатели емкости, и время работы снижается. Лечится при помощи дорогих зарядных устройств, которые, как правило, не входят в комплект шуруповертов эконом класса.
- Быстро саморазряжаются.
- Перед началом работ батарею каждый раз приходится заряжать.
- Малая емкость Даже полностью заряженного исправного аккумулятора хватает ненадолго. Это ограничивает область применения – вам нельзя надолго удаляться от стационарного источника питания.
- Ограниченное количество циклов «заряд-разряд».
- При интенсивном использовании быстро выйдут из строя.
Никель-металл-гидридные (обозначение – Ni MH)
Такие элементы для аккумулятора можно встретить как на моделях эконом класса, так и на доступных версиях именитых брендов.
Так же, как и никель-кадмиевые, устанавливаются на бытовые электроприборы, с малой интенсивностью использования. Рабочее напряжение исправного и заряженного элемента – 1,2 вольта.
Достоинства:
- Производятся в развитых странах, поскольку производство экологически чистое.
- Практически отсутствует саморазряд.
- Малый эффект памяти, можно подзаряжать на 30-50% и спокойно работать дальше.
- Достаточно высокая емкость, это позволяет работать на удалении от стационарной розетки, например в гараже или при строительстве дачи.
- Такие элементы рассчитаны на большое количество циклов «заряд-разряд», что компенсирует их высокую стоимость.
Недостатки:
- Более высокая (в сравнении с никель-кадмиевыми) стоимость.
- При хранении в разряженном состоянии теряет часть рабочих свойств. Это вынуждает владельца регулярно производить подзарядку, даже если инструмент не используется.
- Плохо переносят низкие температуры, что вынуждает хранить изделие в отапливаемом помещении.
Литий-ионные (обозначение – Li Ion)
Устанавливаются на профессиональные или полупрофессиональные шуруповерты с высокой интенсивностью использования.
Такие аккумуляторы используют именитые производители в моделях среднего и высокого ценового сегмента. Рабочее напряжение исправного и заряженного элемента – 3,6 вольта.
Достоинства:
Отсутствует эффект памяти.
Подзарядку можно делать при любом проценте разряда.
Саморазряд практически отсутствует.
Можно хранить в заряженном состоянии продолжительное время.
Высокая емкость, что позволяет осуществлять удаленные работы в течение всего дня без подзарядки.
Количество циклов «заряд-разряд» в десятки раз больше по сравнению с никелевыми батареями
Поэтому при расчете стоимости стоит обратить внимание на эту характеристику.
Высокое напряжение на одном элементе делает батарею более компактной и легкой.. Недостатки:
Недостатки:
- Высокая стоимость. Это компенсируется прогрессивными характеристиками, но зачастую является непреодолимым препятствием при выборе модели шуруповерта.
- Литий ионные аккумуляторы имеют срок службы не более 3 лет. По истечении этого времени химические компоненты батарей разлагаются, стремительно снижая емкость.
Общие рекомендации по ремонту
Как восстановить аккумулятор шуруповерта? Нужно иметь элементарные представления об электротехнике. Схема батареи простоая. Обычная последовательная цепь (плюс подключается к минусу).
При ремонте Ни-Кд нужно учитывать следующие рекомендации:
- Они обладают эффектом памяти. Классическая схема ввода эксплуатации таких АКБ – 3 полных зарядки и 3 разрядки в ноль. Новый элемент должен пройти эту же раскачку.
- Аналогичный элемент. Чтобы он не выбивался из цепи и вообще не сломал АКБ, новый элемент должен полностью соответствовать предыдущему номиналу.
Литиевый аккумулятор шуруповерта можно ремонтировать в домашних условиях, если учесть следующее:
- Их нельзя паять. Нетерпимость к высоким температурам приведет к неремонтопригодному состоянию. Для этого нужно использовать контактную сварку (она на короткое время нагревает электрод, не вредя АКБ). Если нет доступа к КС, допускается пайка очень мощным паяльником от 100 Ватт. Движение должно быть быстрым и точным.
- Одинаковые модели. Сейчас есть несколько основных производителей литиевых АКБ, которые и используют в популярных зарубежных моделях винтовертов, как Хитачи, Макита и отечественных: Интерскол, Зубр.
Технология замены Ni-Cd на Li-ion в шуруповерте
Литиевые элементы отличаются долговечностью, поэтому многие владельцы шуруповертов думают о том, что заменять ими никель-кадмиевые изделия.
Технология замены включает несколько этапов, которым требуется обязательно следовать.
Определение количества Li-ion аккумуляторов
В основном параметры аккумулятора нанесены на нем самом либо на шуруповерте. Для определения количества необходимых элементов требуется разделить указанное на инструменте напряжение на 1,2В (это номинальное напряжение одной никелевой банки).
Чтобы выяснить, сколько литиевых деталей потребуется на замену, деление проводится на 3,7 В — это нормальный показатель для данного вида банок.
Полученный результат рекомендуется округлять в большую сторону, это не скажется негативно на инструменте, а просто увеличит немного его мощность.
Требуется правильно подобрать все необходимые элементы для замены
Выбор Li-ion аккумулятора
Производители предлагают литий-ионные и литий-полимерные элементы. Вторые отличаются меньшим размером и большей безопасностью, однако и стоят они дороже. При этом они не способны отдавать в работу большие токи. Поэтому специалисты рекомендуют брать обычные литий-ионные банки.
Лучше, если у элемента будут приваренные гибкие отводы, потому что подобные детали не любят повышенных температур и лишней пайки. Рекомендуется посмотреть несколько вариантов в магазинах, чтобы выбрать наиболее подходящую модель.
Как влияет величина напряжения аккумулятора на продолжительность работы шуруповерта
Вопрос о том, как влияет величина напряжения аккумулятора на длительность работы изделия, интересует многих. Чтобы понять какая мощность у изделия, требуется умножить напряжение на емкость батареи.
Выбор платы защиты BMS
Литий-ионные аккумуляторы требуют внимательного отношения и соблюдения определенных требований. Роль защиты выполняет плата BMS. Именно данный элемент не допускает превышение напряжения более 4,2 В и снижения меньше 2,55 В на один аккумулятор во время зарядки. Кроме того, элемент держит под контролем максимально допустимый ток и сохраняет необходимый баланс между батареями.
Основными параметрами при выборе является количество последовательно соединенных элементов. В интернете можно посмотреть таблицу, в которой указаны все необходимые параметры и с ее помощью подобрать подходящую плату.
Сделать замену можно даже в домашних условиях, главное — соблюдать последовательность
Блок питания для зарядки
Для литий-ионных аккумуляторов зарядные устройства выбирают, исходя из количества последовательно включенных аккумуляторов в батарее. Чем их больше, тем больше должно быть выходное напряжение.
Зарядка аккумуляторов штатным ЗУ от шуруповерта
При желании можно приобрести специальную универсальную плату для литиевого аккумулятора. Ее устанавливают в родное зарядное устройство. Однако специалисты рекомендуют использовать не доработки, а подходящие зарядки именно для этого вида батарей.
Индикатор емкости литиевой батареи
Индикаторы встречаются светодиодные и цифровые. Вторые дешевле, но не удобны в использовании. Лучше выбирать светодиодные варианты, исходя из количества последовательно включенных аккумуляторов.
Держатель 18650 аккумуляторов
Держатели для аккумуляторов 18650 также лучше приобретать готовые. При желании можно найти в онлайн-магазинах хорошие варианты по приемлемым ценам.
Замена никель-кадмиевых аккумуляторов в шуруповерте на литиевые
В последнее время на форумах, посвященных электротехническим инструментам, часто описывается процесс замены никель-кадмиевых АКБ шуруповерта на Li Ion аккумуляторы. И это не случайно. Более современные элементы на основе лития имеют гораздо большую емкость. А количество рабочих циклов у них больше, как минимум, в полтора-два раза.
Очень часто кадмиевые батарейки меняют на популярные литиевые 18650, названные так на основании своих размеров. Поменять батареи на литий можно в том случае, если инструмент работает ежедневно, либо очень часто. Большое количество циклов литий-ионных аккумуляторов оптимально подойдет для профессиональных мастеров, которые используют инструмент каждый день.
Для того чтобы переделать шуруповерт с «с кадмия на литий», понадобятся аккумуляторы 18650 и специальный модуль зарядки. Данный модуль позволяет заряжать аккумулятор и отдавать нагрузку на одних и тех же выводах (та самая защитная плата, о которой говорилось в начале). В таких модулях имеется защита от короткого замыкания между элементами.
Как спаять элементы
Пайку настоятельно рекомендуется проводить именно аппаратом контактной сварки — вследствие того, что литиевые аккумуляторы еще более чувствительны к нагреванию, чем кадмиевые. Если никель-кадмиевые батарейки могут выдержать манипуляции с паяльником, то для лития все же лучше использовать метод контактной сварки.
Для соединения аккумуляторов между собой понадобится тонкая металлическая полоска. Сами полоски можно нарезать из мягких консервных банок. Все соединяемые поверхности предварительно нужно протереть спиртом, а затем начать точечную сварку с помощью аппарата. Длительность импульса подбирается экспериментально таким образом, чтобы не было прожига и чтобы соединение было надежным. Для надежности соединения пластины с контактной поверхностью батарейки лучше сделать несколько точечных соединений.
Лишняя часть полоски отрезается, и свободный ее край соединяется с другим аккумулятором. Далее все элементы соединяются друг с другом по этому же принципу. Безусловно, с соблюдением полярности.
Вся готовая сборка фиксируется друг с другом с помощью изоленты. Лучше сделать два оборота изоленты с одной стороны и два оборота с другой — для большей надежности. После этого контакты аккумуляторов снова соединяются металлической полосой. Получается готовая новая батарея, к которой теперь нужно присоединить плату (модуль).
Модуль можно припаять к новому аккумулятору уже обычным паяльником.
Минусовой провод аккумуляторной сборки подсоединяется на плате к выводу B-, а плюсовой — к выводу B+. Контактные клеммы подсоединяются к клеммам P- и P+, балансировочные отводы — к выводам B1, B2 и B3. Для припоя лучше использовать качественный флюс, который очень хорошо растекается по всей поверхности. Плюсовой провод припаивается напрямую, а к минусовому контакту припаивается толстый провод с сечением не менее 0,5 мм2, так как по нему будет протекать ток не менее 10 ампер.
После этого припаиваются балансировочные провода с небольшим сечением.
Далее:
- к контакту B3 подключают точку соединения третьего и четвертого аккумуляторов;
- к контакту B2 — точку соединения второго и третьего;
- к контакту B1 — точку соединения первого и второго (отсчет начинаем с плюсового контакта).
После зарядки аккумулятора проверяем напряжение на всех его элементах. U на каждом из них не должно превышать 4,2 вольта.
После того как новый аккумуляторный блок готов, разбираем старый никель-кадмиевый аккумулятор. Изымаем только старые батарейки, а старые термодатчики оставляем на месте, потому что зарядное устройство шуруповерта без них работать не будет. Припаиваем внутрь пластмассового корпуса новый блок, а пространство, оставшееся внутри, заполняем пенопластом.
Таким образом, если возникает необходимость замены аккумулятора в шуруповерте, можно сделать ее своими руками. В случае со старыми, но надежными кадмиемыми батареями можно воспользоваться методом их частичной замены на новые. А если есть желание собственноручно сваять себе «профессиональный и мощный шуруповерт», можно с успехом полностью поменять аккумуляторный блок на литий-ионные элементы.
Как вам статья?
Мне нравитсяНе нравится
Последовательность работ по установке литиевых аккумуляторов в шуруповерт
Для начала разбираем батарейный блок, извлекаем из него кадмиевые аккумуляторы и безжалостно откусываем их от разъема. Кроме того, снимаем температурный датчик, который призван обеспечивать защиту банок от перегрева. Далее замена кадмиевых аккумуляторов в шуруповерте на литиевые источники питания выполняется таким образом:
- Подбираем контроллер, который будет автоматически отсекать подачу тока при достижении напряжения в 4,2 В. Или сигнализировать о необходимости зарядки, если оно снизится до 2,7 V. Покупайте контроллер с термопарой, который дополнительно устранит риск перегрева.
- Последовательно соединяем аккумуляторы между собой.
- К получившейся сборке подсоединяем контроллер и подключаем балансировочные точки к специальному разъему.
- Припаиваем плюсовой и минусовой вывод.
- Помещаем аккумуляторы в батарейный блок.
Как видите, процедура довольно проста и при наличии опыта занимает не более 1-2 часов. Если вы впервые решились покопаться в современной электронике, то очень пригодятся приведенные ниже советы по соединению аккумуляторов между собой:
- Сборка изготавливается с использованием тонких металлических полос. Не мудрствуя лукаво их можно просто вырезать из обычной консервной банки.
- Поверхность соединительной полоски и аккумулятора обрабатывается спиртом, чтобы обеспечить хороший контакт в будущем.
- Соединение банок с металлической полосой выполняется посредством контактной сварки. Все дело в том, что аккумуляторы Li-ion могут неадекватно отреагировать на длительное тепловое воздействие паяльником и просто взорваться. При контактной сварке нагрев длится всего несколько секунд, поэтому подобные проблемы исключаются полностью.
- Чтобы пластина не отвалилась от малейшего механического воздействия, потребуется несколько точечных соединений.
- Импульс сварки необходимо устанавливать таким образом, чтобы исключить перегрев аккумуляторов.
- Полученный комплект нужно прочно соединить изолентой или скотчем.
Наконец, не забывайте о строгом соблюдении полярности соединяемых между собой аккумуляторов. Ошибки вряд ли вызовут аварийную ситуацию, но заряжаться сборка точно не будет.
