Аккумулятор для шуруповерта литий ионный устройство

Переделка аккумулятора шуруповёрта на Li-Ion

Ничего нового я в этой статье не скажу, но просто хочется поделиться опытом апгрейда аккумуляторов моего старого шуруповёрта Makita. Изначально данный инструмент был рассчитан на никель-кадмиевые аккумуляторы (которые давно уже умерли, как умерли и купленные на смену такие же). Недостатки Ni-Cd известны: низкая ёмкость, небольшой срок жизни, высокая цена. Поэтому уже давно производители аккумуляторного инструмента перешли на литий-ионные батареи.

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.

Внимание: данная статья и изображения в ней являются объектами авторского права. Частичное или полное воспроизведение на других ресурсах без согласования запрещено.

Источник

Как по маркировке выбрать литий ионные 18650 для шуруповерта

Аккумуляторная батарея шуруповерта выходит из строя раньше, чем остальная электротехническая и механическая часть электроинструмента, которые при замене АКБ могут служить еще долго. Хорошей альтернативой штатным никель-кадмиевым или никель-металлогидридным элементам служат современные литий-ионные аккумуляторы. Они превосходят классические элементы по большинству параметров, а их недостатки во многих случаях существенной роли не играют.

На сегодняшний день для использования в аккумуляторном электроинструменте популярны Li-Ion элементы типоразмера 18650 (цифры означают габариты в миллиметрах LxD, составляющие 18х65 мм). Но даже в рамках одного типоразмера производятся аккумуляторы с разными характеристиками. Слабым местом литий-ионных АКБ является способность отдавать большой ток, поэтому для шуруповерта наиболее подходящими считаются особые, высокотоковые аккумуляторы.

Основные характеристики 18650 при выборе для шуруповерта

Выбрать литиевые аккумуляторы типоразмера 18650, можно учитывая простые правила электротехники:

• один литий-ионный источник имеет напряжение около 3,7 вольта;
• чтобы набрать необходимое для работы шуруповерта напряжение, надо применить последовательное соединение аккумуляторов, при этом напряжения всех элементов сложатся алгебраически (при соблюдении полярности);
• общая емкость и токоотдача АКБ определяется емкостью единичного элемента (если батарея состоит из одинаковых аккумуляторов).

Так, при рабочем напряжении шуруповерта 18 вольт батарею можно составить из 5 литий-ионных элементов, а при 14 вольтах – из 4.

Токоотдачу характеризует такой параметр, как внутреннее сопротивление источника тока. Чем оно меньше, тем меньше падает напряжение при равном токе, тем большую мощность может отдать элемент. На схеме полной цепи можно видеть, что внутреннее сопротивление r ограничивает наибольший ток. Хорошие изделия имеют r=13..15 мОм.

Внутреннее сопротивление аккумулятора нельзя замерить, например, мультиметром в режиме омметра. Эта величина для источников тока (коим является аккумулятор) является достаточно абстрактным понятием, характеризующим ограничение элемента по токоотдаче. Ее измерения ведутся по специальной методике, при которой сравниваются напряжение и ток на разной нагрузке.

Какой ток должен быть у аккумулятора

Аккумулятор должен обеспечивать ток, при котором шуруповерт будет выполнять желаемую работу. В интернете часто можно встретить советы вычислять ток по формулам, связывающим крутящий момент, частоту вращения и напряжение. Но примеров реального расчета по фактическим данным найти практически невозможно, потому что результат получается абсурдным. Что является причиной этому – тема отдельного обзора.

Поэтому для бытового электроинструмента можно ориентироваться на токи, полученные при реальных замерах в разных режимах. Они приведены в таблице.

Режим	Потребляемый ток, А
Холостой ход	1..2
Средняя нагрузка	4..6
Наибольшая нагрузка	10..12
Полное торможение	Броски до 30

Поскольку при полном торможении говорить о сохранении крутящего момента смысла не имеет, и к аккумулятору предъявляется требование обеспечить необходимый ток на максимальной (или, хотя бы, на средней) нагрузке. Поэтому неплохим будет результат в 12 ампер, а минимально приемлемым – в 6 ампер.

Для профессионального электроинструмента, применяемого при строительных работах, токи будут в разы выше (кроме, может быть, тока холостого хода). Так, имеется сведения о бросках тока при полном торможении до 80 А.

Обязательно ли приобретать высокотоковые АКБ

Не обязательно приобретать высокотоковые аккумуляторы. Они стоят дороже обычных элементов. Но, как показано выше, именно уровнем токоотдачи ограничиваются возможности шуруповерта. Если электроинструмент предназначен для закручивания коротких саморезов в пластик или мягкое дерево или сверления легких материалов, можно обойтись и обычными АКБ. Если надо выполнять более серьезные работы – без высокотоковых аккумуляторов не обойтись.

В видео тестируют 8 высокотоковых акб с Aliexpress.

Какая емкость лучше подойдет

Этот вопрос регулируется здравым смыслом. С одной стороны, чем больше емкость, тем дольше работа от подзаряда до подзаряда. С другой стороны, при росте емкости растет и время пополнения энергии (при равном зарядном токе), а также увеличиваются габариты (хотя в рассматриваемом случае они заданы типоразмером) и вес батареи. Поэтому надо найти разумный компромисс. Также следует понимать, что физику не обмануть — высокотоковые аккумуляторы при равных условиях будут иметь более низкую емкость, чем обычные.

Обычно аккумуляторы 18650, подходящие для рассматриваемых целей, имеют емкость 1000-2600 мА*ч. Лучше выбрать изделия со значением этого параметра ближе к верхнему пределу – отрицательные стороны выбора при таких емкостях проблем не создадут. Заявляемые иногда производителями из Юго-Восточной Азии цифры в 15000-20000 мА*Ч являются лукавыми и заставляют усомниться и в других характеристиках аккумуляторов.

Степень защиты ячеек

Элементы могут оснащаться платой защиты. Ее задачи:

• ограничивать уровень зарядки, не допуская сверхзаряда;
• ораничивать уровень разрядки, не допуская глубокого разряда;
• защита от короткого замыкания.

Такие элементы примерно на 1,5 мм длиннее обычных. Другое отличие – на корпусе может быть маркировка Protected. Такие аккумуляторы не могут быть высокотоковыми, так как они должны отдавать ток от 10 А и выше, а плата отключает элемент при 5..6 амперах. Поэтому High Drain элементы выпускаются в незащищенном виде. При эксплуатации в составе батареи надо обязательно применять плату балансировки. При одиночном использовании следить за режимом самостоятельно, не допуская перезарядки и режима глубокого разряда.

Советы по приобретению

При приобретении любых изделий часто возникает желание сэкономить. Но не в этом случае. Нижняя планка цены на высокотоковые элементы начинается от 3..3,5 USD. Все, что дешевле, скорее всего подделка, не соответствующая задекларированным характеристикам.

Другой момент – высокотоковые аккумуляторы по весу заметно тяжелее пальчиковых батареек, и можно выявить фейк простым сравнением. Это заметно, если подержать в руке поочередно одно и другое изделие. К сожалению, при приобретении через интернет этот способ непригоден.

Где можно покупать

Покупать можно в магазинах электротоваров и через интернет. Самый популярный путь – приобретение на АлиЭкспресс. Но там очень высок риск нарваться на подделку. Ориентироваться можно по стоимости и реальности заявленных характеристик, как указано выше.

Еще лучше покупать в известных проверенных магазинах (например, Nkon). Цены там заведомо выше, чем на АлиЭкспрессе, но риск купить фейк почти отсутствует.

Каких производителей стоит рассматривать

Список производителей, выпускающих литий-ионные элементы, невелик. В него входят:

Фактически перечень еще короче. Производственные мощности Sony перешли Murata. Если на корпусе аккумулятора указан иной производитель, значит, это фейк. В лучшем случае это перемаркировка изделий указанных производителей.

Примеры и маркировка достойных моделей 18650

Общепринятой маркировки литий-ионных элементов нет, поэтому производители придерживаются одного из выбранных стандартов. Многие маркируют изделия по технологии производства элементов. Высокотоковые аккумуляторы производят:

• литий-марганцевая технология (обозначается IMR);
• литий-никелевая (INR);
• литий-железофосфатная (IFR).

В качестве примера приведена маркировка одного из элементов производства Samsung. После обозначения технологии указан типоразмер и наибольший ток в 25 А. В последней строке зашифрована дата выпуска с точностью до недели.

Такой маркировки придерживаются не все. Так, на достойную модель южнокорейского производства нанесено следующее буквенно-цифровое обозначение:

• первая строка LGDBHG21865 – производитель, наименование модели HG2, форм-фактор 1865;
• вторая строка O125EO52A2 — первые четыре символа означают дату выпуска (O-2015 год, I- 2016 и т.д, а 125 – день выпуска от начала года).

Таким образом по маркировке можно определить производителя, некоторые параметры и дату выпуска.

В завершении видео-обзор годных высокотоковыех 18650 LIITOKALA 35A.

В остальном выбрать аккумулятор 18650 для шуруповерта несложно, особенно с использованием материалов данного обзора. Замена АКБ на литиевую заметно продлевает жизнь шуруповерта и облегчает работу с ним.

Источник