Переробка акумулятора шуруповерта на літієві елементи

Багато власників шуруповертів хочуть переробити акумулятори від них на літієві акумуляторні елементи. На цю тему написано багато статей і в цьому матеріалі хотілося б підсумувати інформацію з цього питання. В першу чергу розглянемо аргументи на користь переробки саморезоверта на літієві батареї і проти неї. А також розглянемо окремі моменти самого процесу заміни акумуляторів.

Для початку слід задуматися, а чи потрібна мені ця переробка? Адже це буде відверта «самопал» і в ряді випадків може привести до виходу з ладу як акумулятора, так і самого саморезоверта. Тому, давайте, розглянемо всі за і проти цієї процедури. Можливо, що після цього деякі з вас вирішать відмовитися від переробки Ni─Cd на літієві елементи.

Доводи «за»

Почнемо з переваг:

• Енергетична щільність літій─іонних елементів значно вище, ніж у нікель─кадміевих, які за замовчуванням використовуються в шуруповерт. Тобто, акумулятор на літієвих банках матиме меншу вагу, ніж на кадмієвих при тій же ємності і вихідній напрузі;
• Зарядка літієвих акумуляторних елементів відбувається значно швидше, ніж у випадку Ni─Cd. Для їх безпечної зарядки потрібно близько години;
• У літій─іонних акумуляторів відсутній «ефект пам'яті». Це означає, що їх не обов'язково повністю розряджати перед тим, як ставити на зарядку.

Тепер про недоліки і складнощі.

Доводи «проти»

• Літієві акумуляторні елементи не можна заряджати вище 4,2 вольта і розряджати нижче 2,7 вольта. В реальних умовах цей інтервал ще більш вузький. Якщо вийти за ці межі акумулятор можна вивести з ладу. Тому, крім самих літієвих банок вам буде потрібно підключити і встановити в шуруповерт контролер заряду-розряду;
• Напруга одного елемента Li─Ion 3,6─3,7 вольта, а для Ni─Cd і Ni─MH це значення 1,2 вольта. Тобто, виникають проблеми зі складанням акумуляторної батареї для шуруповертів з номіналом по напрузі 12 вольт. З трьох літієвих банок, з'єднаних послідовно, можна зібрати АКБ номіналом 11,1 вольта. З чотирьох ─ 14,8, з п'яти ─ 18,5 вольта і так далі. Природно, що і межі напруги при заряді-розряді також будуть інші. Тобто, можуть виникнути проблеми сумісності переробленої батареї з шуруповертом;
• У більшості випадків в ролі літієвих елементів для переробки використовуються банки стандарту 18650. За розмірами вони відрізняються від Ni─Cd і Ni─MH банок. Крім того, потрібно буде місце для контролера заряду-розряду і проводів. Все це потрібно буде вмістити в стандартному корпусі АКБ саморезоверта. Інакше працювати їм буде вкрай незручно;
• Зарядний пристрій для кадмієвих акумуляторів може не підійти для зарядки батареї після її переробки. Можливо, буде потрібно доопрацювання ЗУ або використання універсальних зарядок;
• Літієві акумулятори втрачають працездатність при негативних температурах. Це критично для тих, хто використовує шуруповерт на вулиці;
• Ціна літієвих акумуляторів вище кадмієвих.

Заміна акумуляторів в шуруповерт на літієві

Що потрібно прикинути перед початком робіт?

Потрібно визначитися з кількістю елементів в батареї, що в підсумку вирішує величину напруги. Для трьох елементів стеля буде 12,6, а для чотирьох ─ 16,8 вольта. Мова йде про переробку широко поширених акумуляторів з номіналом 14,4 вольта. Краще вибрати 4 елементи, оскільки при роботі напруга досить швидко просяде до 14,8. Різниця в кілька вольт не відіб'ється на роботі саморезоверта.

Крім того, більша кількість літієвих елементів дасть велику ємність. А значить, більший час роботи шуруповерта.

Далі потрібно правильно вибрати самі літієві елементи. Форм-фактор без варіантів - 18650. Основне, на що потрібно дивитися, це розрядний струм і ємність. За статистикою при штатній роботі саморезоверта споживаний струм знаходиться в діапазоні 5─10 ампер. Якщо різко натиснути на кнопку запуску, то струм може на кілька секунд підскочити до 25 ампер. Тобто, вам потрібно вибирати літієві з максимальним значенням розрядного струму 20─30 ампер. Тоді при короткочасному збільшенні струму до цих величин, акумулятора вистачатиме буде пошкоджений.

Номінальна напруга літієвих елементів 3,6─3,7 вольта, а ємність в більшості випадків становить 2000─3000 мАг. Якщо дозволяє корпус акумулятора, можете взяти не 4, а 8 елементів. За два з'єднати їх в 4 паралельні збірки, а потім вже їх підключити послідовно. В результаті ви зможете наростити ємність АКБ. Але далеко не в кожен корпус вдасться упакувати 8 банок 18650.

І останній підготовчий етап - це вибір контролера. За своїми характеристиками він повинен відповідати по номінальній напрузі і току розряду. Тобто, якщо ви вирішили збирати батарею 14,4 вольта, то вибираєте контролер з цим напругою. Робочий струм розряду зазвичай вибирається в два рази менше, ніж гранично допустимий струм.

Вище ми встановили, що гранично допустимий короткочасний струм розряду для літієвих елементів 25─30 ампер. Значить, контролер заряду-розряду повинна бути розрахована на 12─15 ампер. Тоді захист буде спрацьовувати при збільшенні струму до 25─30 ампер. Не забувайте також про габарити плати захисту. Її разом з елементами потрібно буде вмістити в корпус АКБ саморезоверта.

Шуруповерт ніяким чином не можна перерозряду, в силу особливостей його застосування (пилосос, мабуть, можна). Він просто «тягнути» перестає. Тому ніяких індикаторів і захисту від переразряда не потрібно. Навіть якщо включати шуруповерт з повністю вбраними акумуляторами - ну, впаде напруга на акумуляторі під навантаженням до (нижче) 2-х вольт. Нічого страшного. При знятті навантаження (саме короткочасної) напруга на банку відновиться до 2,5 ... 3.0 вольт. Чи не відчути цей момент ніяк не можна.

А далі, просто на фотографіях, покажу, як це зроблено. У мене 4 шуруповерта. Два на дачі (18V), будинки (18V) і на роботі (12V). Якщо робити з платами захисту / контролерами заряду, то буде повне фінансове розорення, особливо з урахуванням того, що в 18V шурупокрути потрібні плати на 5 послідовно з'єднаних акумуляторів (вони рідше зустрічаються і дорожче). Коментарі, я думаю, тут практично не потрібні. Показаний варіант на 4 літієвих акумулятора для 12V шуруповерта.

Це мій шуруповерт. В акумулятор встановлений роз'єм DB9F.


Це зарядний пристрій з 4-ма гальванически розв'язаними каналами. На виході все чотири канали «об'єднуються» в роз'ємі DB9M.






Чотири плати ЗУ LI-Ion з Алі на мікросхемі TP4056. Я знаходив по 12 рублів (20 штук). Посилання втратив.


Природно, все це можна засунути в єдину коробочку, на виході якої буде тільки роз'єм DB9M, але мати 4 гальванічно розв'язаних окремих каналу зарядки дуже зручно. Наприклад, у мене перероблено харчування тестера з «Крони» на два послідовно включених літієвих акумулятора від одноразових електронних сигарет. Заряджаю тієї ж зарядкою, двома каналами.
Таку конструкцію зможе повторити будь-який, далекий від електроніки, домашній умілець.
Невелика примітка / уточнення. Акумулятори в корпусі шуруповертного акумулятора ми з'єднуємо послідовно. Чотири штуки для 12, 14, 16V шуруповертов і 5 штук для 18V акумуляторів. 18 - вольта шуруповерт абсолютно нормально працює і від чотирьох Li-Ion акумуляторів, але тільки на свежезаряженних акумуляторах. Доведеться його набагато частіше заряджати. На роз'єм DB9.1 і DB9.2 виведені + і - першого акумулятора окремими проводами, які припаяні безпосередньо до полюсів акумулятора. На DB9.3 виведений окремим проводом + другого акумулятора і т.д. ... По електричній схемі контакт 2 і 3 DB9 це одна і та ж точка. Однак це не зовсім так з точки зору плати заряду на TP4056. Слід уникати в ланцюзі заряду спільних ділянок провідників, бо при різних токах від двох плат заряду в конкретний момент часу може з'явитися помилка в десятки / сотні мілівольт. Провід в ланцюзі зарядки бажано ставити діаметром побільше (ну, і в основному ланцюзі розряду, природно, теж). Для шуруповерта з акумулятором 18V при такому підключенні потрібно 10 контактів. У мене в якості 10-го контакту задіяний металевий корпус роз'єму DB9.
Ще картинка. Варіант для акумулятора на 18 Вольт, 5 каналів.


Як купити маленькі дешеві (40 ... 70 рублів) мережеві адаптери на Алі, щоб вони реально видавали один ампер - це окрема тема. Я купував адаптери лотами по 5 і 10 штук. Посилання дати не можу, тому що сторінки на яких були придбані показані на фотографіях адаптери, на жаль, вже не існують. Пам'ятаю, що у продавця на сторінці була картинка з навантажувальні резисторами і USB доктором, на якому було написано 0,98 А. Чи не обдурив, струм такої на виході дійсно був присутній, правда він супроводжувався пульсаціями з розмахом півтора вольта. Довелося допаювати всередину танталові конденсатори. Однією ємності 220 мкФ, 6.3 ... 10V на виході таких адаптерів цілком достатньо, щоб адаптер за характеристиками наблизився до фірмової зарядці від Еппл (виходять пульсації 50 ... 150 mV).

Замість кота.


Ось такий непоганий USB-doctor можна зробити з купленого на Аліекспрессе. Він трохи краще за більшість «докторів» першого покоління з падіння напруги на струмовимірювальні шунт. Точно я не заміряв, але цифра близько 70 мілівольт / 1А. Таке падіння напруги порівняно з. У решти (і у) падіння на шунт більше 100 мВ. Точні цифри, насправді, отримати не так просто як би хотілося, тому що кожен зайвий USB контакт в ланцюзі «з'їдає» близько 30 мВ / 1,0 А що протікає струму.
На великих зарядних токах старі варіанти «докторів», включені в ланцюг, можуть самі по собі знижувати струм зарядки смартфона / планшета навіть з короткими і якісними USB шнурками.

З рідних нікель-кадмієвих NI-CD на літій-іонні Li-ion розміром 18650.

Трохи теорії.

У потужних силових портативних пристроях застосовуються спеціальні акумулятори з підвищеною токоотдачи. У шуруповерт при підвищеному навантаженні, створюється високий струм, і щоб з ним впоратися використовують посилені Ni-CD і NiMH акумулятори (зазвичай загорнуті в папір). Середній робочий струм дванадцяти вольта шуруповерта 3-7 ампер, при навантаженні може доходити до 15А, а в імпульсі до 30А.

Звідси випливає перша рекомендація - необхідно застосовувати при заміні кадмію на літій тільки високотоковие літій-іонні акумулятори. Зараз дані акумулятори виробляють компанії Samsung, LG, SONY і ряд інших виробників.

Використання 4 акумуляторів Li Ion в 12 вольтової шуруповерт згубно для силового ключа ШІМ регулятора обертів, розташований в кнопці. Напруга повністю зарядженого Li Ion акумулятора 4,2 вольта, напруга повністю зарядженої збірки з чотирьох акумуляторів складе 16.8 вольт що на третину перевищує рекомендований напруга, відповідно до закону Ома - «ток прямо пропорційний напрузі в ланцюзі», говорить нам що струм Уветичах так само на третину , і в імпульсі він може досягти 40А, жоден ключ не витримає такого навантаження, і вийде з ладу. Ми рекомендуємо застосовувати для 12 вольта тільки 3 літій-іонних акумулятора, 4 акумулятора відмінно впораються з 14,4 вольта акумулятором, а 18 вотльтовим досить 5 акумуляторів.

В процесі експлуатації літій-іонного акумулятора необхідно контролювати його напруга заряду і розряду, так як в зв'язку з його фізико-хімічними особливостями, напругу необхідно тримати в суворо визначених рамках 2,5-4,2 вольт. Тільки в цих умовах гарантується максимальний термін служби акумулятора і безпеку його експлуатації.

Застосування контролера заряду і розряду - обов'язково і, виходячи з першої рекомендації, контролер повинен підтримувати роботу при токах від 12 до 30 ампер, інакше при підвищеному навантаженні контролер буде «йти в захист» і нормальної роботи пристрою не вийде.

Для зарядки можна використовувати рідне зарядний пристрій, не забудьте залишити датчик температури і перегріву на своїх місцях, інакше заряджати не буде. Якщо з якихось причин зарядка «не хоче» працювати, то наступних два Варіанта для Вас.

Можна взяти готове до роботи, розраховане на кількість елементів у Вашій збірці і підібрати по оптимальному току заряду. В цьому випадку сверлится отвір в блоці, для гнізда 5,5 * 2,1 мм, і подальша зарядка буде здійснюватися через нього. Це рішення особливо рятує, коли місця в блоці батарей зовсім мало. У нашому випадку ми так і зробили, але все датчики залишили на своїх місцях, а раптом знадобиться.

Відмінне рішення для зарядки - це застосування універсального модуля перетворення постійної напруги DC-DC з можливістю регулювання струму і напруги, так звані CC CV. Велику популярність мають модулі знижують на чіпах XL4015 і LM2596. Виставляєте на виході модуля напруга заряду 12,6-13,6 В і струм заряду в межах 500-900мАч і модуль все інше зробить сам. Застосування даних модулів дає можливість заряджати шуруповерт від будь-якого джерела живлення з напругою вище 13 вольт. Особливо виправдане, якщо Ваш шуруповерт маєте блок живлення окремо від зарядного блоку, тоді старий блок живлення відмінно впорається з зарядкою нових акумуляторів.

Ну і загальні рекомендації - бажано застосовувати перетин дроту не менше 4 мм.кв., при монтажі дотримуйтеся обережності, будь-які замикання приводять до миттєвого розігріву провідників і можна обпектися, всі з'єднання і місця спайки повинні бути максимально надійними і міцними, так як високі струми, ну і вібрація присутній.

Ми для нашого шуруповерта вирішили застосувати акумулятори, вони відповідають всім необхідним параметрам. Так само був застосований - це мініатюрний 50 * 22 мм високотоковий контролер з захистом від короткого замикання і перевантаження. Всі з'єднання ми виробляли силіконовим проводом 6 мм.кв (рекомендуємо застосовувати перетин поменше, з таким перетином складно працювати).

З початку ми довго думали, як розмістити акумулятори з платой.Потом думали куди поставити роз'єм зарядки. Ну і як визначилися, почали все потихеньку споювати. Найзручнішим виявилося два акумулятора покласти в основному корпусі, а плату BMS і третій акумулятор розташувати в штирі корпусу.

У процесі складання з'явилася думка забезпечити наш акумулятор, сказано - зроблено. Місце куди його прикрутити є, і кнопочку не забули, щоб можна було натиснути і подивитися скільки залишилося ємності. Модуль настроюється, так що по суті можна прикрутити до будь-якого акумулятора.

В якості висновку.

Від процесу та результату залишилися задоволені всі. Вага акумулятора зменшився вдвічі. Всі покладені випробування акумулятор витримав без нарікань.

З побажань на майбутнє.

Валяється шуруповерт AEG теж з 12 вольта акумулятором, сподіваємося, руки дійдуть і до нього, і місця в ньому виявиться більше і думаємо акумулятори поставити.

Має сенс. Перевагою є те, що вони мають велику електричну щільність. В результаті, встановивши такий пристрій в корпус шуруповерта, ми зможемо досягти збільшення тривалості роботи інструменту в багато разів. Струм зарядки у літієвих акумуляторів високої потужності, особливо у нових модифікацій вона може досягати 1-2 С. Зарядити такий прилад можна за 1 годину, при цьому не завищуючи рекомендовані виробником параметри і не псуючи якість виробу.

Як виглядають літієві акумулятори?

Більшість пристроїв з літію укладено в призматичний корпус, але деякі моделі мають циліндричної формою. У таких батареях застосовуються рулонні електроди й сепаратори. Корпус виготовляється з алюмінію або сталі. Позитивний полюс виходить на корпусні кришку.

У призматичних конфігураціях електроди мають вигляд прямокутних пластин. Для забезпечення безпеки в батареї передбачено пристрій, що виступає регулятором усіх процесів і розмикати електричний ланцюг під час критичних ситуаціях. Підвищена герметизація корпусу не дає витікати назовні електроліту і проникати всередину кисню і вологи.

Яких заходів слід дотримуватися, щоб не пошкодити літієвий акумулятор?

• В силу обмежень технології показник зарядженості літієвих акумуляторів не повинен бути вище 4,25-4,35 В. Розряд не повинен доходити до показника 2,5-2,7. Ця умова вказується в технічному паспорті для кожної конкретної моделі. При завищенні цих значень ви можете вивести пристрій з ладу. Застосовуються спеціальні контролери зарядки і розрядки, які зберігають напругу на літієвої осередку в межах норми. Переробка шуруповерта на літієвий акумулятор з контролером захистить пристрій від збою в роботі.
• Показник напруги літієвих акумуляторів кратний 3,7 В (3,6 В). У Ni-Mh-моделей цей показник становить 1,2 В. Це явище можна пояснити. в літієвих пристроях зберігається на окремій клітинці. Літієвий акумулятор 12 вольт ніколи зібраний не буде. Номінал становитиме 11,1 В (три послідовні комірки) або 14,8 В (чотири послідовні комірки). Крім цього, показник напруги літієвої осередку змінюється при роботі при повній зарядці на 4,25 В, а при повній розрядці - на 2,5 В. Показник напруги 3S (3 serial - три послідовних з'єднання) буде змінюватися при функціонуванні пристосування від 12,6 В (4,2х3) до 7,5 В (2,5х3). Для 4S-конфігурації цей показник коливається від 16,8 до 10 В.
• Переробка шуруповерта на літієві акумулятори 18650 (переважна більшість виробів має саме цим розміром) вимагає врахування різниці в габаритах з Ni-Mh-осередками. Діаметр осередку 18 650 дорівнює 18 мм, а висота становить 65 мм. Дуже важливо підрахувати, яка кількість осередків поміститься в корпусі. При цьому слід пам'ятати, що для моделі з потужністю 11,1 В вам буде потрібно кількість осередків, кратне трьом. Для моделі з потужністю 14,8 В - чотирьом. Ще повинен поміститися контролер і комутаційні дроти.
• Пристрій для зарядки для акумулятора на основі літію відрізняється від пристосування для Ni-Mh-модифікацій.

У статті буде розглянуто, як відбувається переробка шуруповерта на літієві Інструмент укомплектований парою Ni-Mh-акумуляторних батарей з показником напруги 12 В і ємністю 2,6 Ач. Буде розглянуто переробка шуруповерта Hitachi. Літієві акумулятори забезпечать приладу довготривалу службу.

Вибираємо номінальну напругу

В першу чергу слід визначитися з вибором показника номіналу напруги для пристрою на основі літію. Вибір слід здійснити між 3S-моделлю (діапазон її напруги становить від 12,6 до 7,5 В) і 4S-Li-Ion-батареєю (діапазон напруги - від 16,8 до 10 В).

Переваги другого варіанту

Другий варіант є більш відповідним, тому що напруга в батареї досить швидко падає з максимального показника до мінімального (з 16,8 до 14,8 В). Для електричного мотора, ніж, власне кажучи, і є шуруповерт, перевищення в 2,8 В не є критичною оцінкою.

Найнижчий показник напруги у 3S-Li-Ion-модифікації. Він дорівнює 7,5 В, що є недостатнім для нормального функціонування електричного пристосування. Змонтувавши чотири конфігурації, ми збільшимо акумулятора.

Як визначитися з вибором літієвих осередків?

Щоб здійснити вибір осередків на основі літію, слід намітити обмежувальні чинники. В даний час проводяться літієві пристрої з допустимим значенням навантаження струму в 20-25 А.

Імпульсні значення струму (нетривалі, до 1-2 сек) досягають 30-35 А. Конфігурація акумулятора не буде порушена.

Скільки осередків поміститься в корпус?

Зібрати 4S2P (чотири послідовні з'єднання і два паралельних) не вийде. Переробка шуруповерта на літієві акумулятори 18650 передбачає наявність восьми осередків. Як же їм укластися в чотири? На кожну клітинку ляже максимальне навантаження струму.

Як визначити показник максимального струму в шуруповерт?

Переробка 12В шуруповерта на літієві акумулятори передбачає під'єднання пристрою до лабораторного джерела живлення з показником максимального струму в 30 А. Регулятор обмежувача ставиться на максимальне значення. Створивши рівень напруги джерела живлення близьким до номінального показника майбутнього акумулятора, починаємо плавне натискання на курок. Струм, який споживається шуруповертом, підніметься до позначки 5 А. Тепер слід різко натиснути на курок. Це закоротити ланцюг харчування. Струм досягне потужності 20-30 А. Можливо, його показник був би набагато вище, але потужність джерела живлення не дасть це зафіксувати. Це буде нетривалий струм навантаження при різкому натисканні на курок шуруповерта. Будь-яка модель такого приладу відреагує аналогічно.

Далі слід затиснути наконечник шуруповерта лещатами і поспостерігати, до якого значення підвищиться струм споживання при режимі роботи, коли в шуруповерт спрацює тріскачка. Показник струму в цьому випадку зростає до 10-12 А.

Так можна визначитися з величиною струму навантаження. У цьому випадку він буде дорівнює 5 А на холостому ходу і 30 А при різкому початку, а при максимальному навантаженні складе 12 А. Виробник повинен вибрати літієві осередки, номінальний показник струму навантаження яких становитиме 10-20 А, а імпульсний - 25-30 А.

Як вибрати контролер?

Отже, відбувається переробка шуруповерта на літієві акумулятори. Штатна зарядка для пристрою потрібно обов'язково. При виборі контролера врахуйте, що прилад повинен відповідати двом параметрам:

• показником номінального робочої напруги;
• показником номінального робочого струму.

З напругою все гранично ясно: якщо батарея 11,1 В, то і контролер буде з таким же напругою.

Поняття «номінальний робочий струм» має на увазі пропускну здатність захисту плати. Таким чином, контролер на 4 А розрахований на позначку струму 4 А, а при показнику 8 А на нього лягає додаткове навантаження. В цьому випадку спрацює захисний пристрій. Всі ці технічні дані викладені в паспорті кожної модифікації контролера. При цьому одна модифікація може володіти показником струму обмеження 30 А, а інша - 50 А. І обидва ці пристрої формально будуть придатні для функціонування. Також при створенні літієвий акумулятор є обмеження в габаритах. Тому слід купувати такий контролер, який вміститься в корпусі старої батарейки.

Розбирання та збирання

Переробка шуруповерта на літієві акумулятори включає наступні етапи:

• Слід розкрити старий акумулятор, відкрутивши п'ять шурупів.
• Витягти з корпусу Ni-Mh-батарею. Буде помітно, що контактна площадка, що входить в зачеплення з контактною групою шуруповерта, приварена до мінусової контакту однієї з Ni-Mh-осередків. Точки зварювання слід обрізати за допомогою інструменту з вмонтованим в нього відрізним каменем
• До контактів припаиваются дроти, перетин яких становить не менше 2 мм 2 для силових висновків і 0,2 мм 2 для терморезистора. Контактна площадка вклеюється в корпус акумулятора за допомогою термоклея.
• За показником внутрішнього опору на вимірнику підбираються чотири осередки. Значення має бути одним і тим же для всіх чотирьох приладів.
• Літієві осередки склеюються термоклеем так, щоб вони розташовувалися в корпусі компактно.
• Сварка осередків проводиться на верстаті для контактного зварювання за допомогою зварювального стрічки з нікелю (показник її перетину має дорівнювати 2Х10 мм).

Установка плати захисту

Цей етап може показати, наскільки полегшена конструкція акумулятора з літію. Вага пристрою Ni-Mh дорівнював 536 г. Вага нового пристрою з літію дорівнює 199 г, що буде цілком відчутно. У вазі вдалося виграти 337 г. При цьому спостерігається збільшення енергетичної ємності.

Батарея монтується в корпус. Порожнечі заповнюються м'яким матеріалом від упаковки.

Підключення до шуруповерту

• Різке натискання на курок провокує спрацьовування захисного механізму по току. Але насправді такий захисний режим навряд чи буде потрібен при користуванні інструментом. Якщо не провокувати захист спеціально, то робота шуруповерта буде відрізнятися стабільністю.
• Наконечник слід затиснути в лещата. Потужність батареї вільно викликає спрацьовування тріскачки, яка обмежує збільшення кількості оборотів крутіння.
• шуруповерта розряджається на Показник струму розряду повинен дорівнювати 5 А.
• Акумулятор вставляється в штатний ЗУ. Показник струму заряду при вимірюванні дорівнює 3 А, що допустимо для літієвих осередків. Для конфігурації LG INR18650HG2 максимальним струмом заряду стане 4 А, що зазначено в технічній характеристиці.

Скільки часу потрібно на заміну акумуляторів?

Переробка шуруповерта на літієві акумулятори займе приблизно 2 години. Якщо буде здійснена перевірка всіх параметрів, тоді знадобиться 4 години.

Все можна зробити самостійно, без допомоги іншої людини. Але контактне зварювання і вибір акумуляторів без спеціалізованого обладнання не провести.

Чим можна ще тестувати ступінь зарядженості крім контролера?

Здійснено переробка шуруповерта на літієві акумулятори. Штатна зарядка, вбудована в корпус, є ідеальним варіантом. Але вартість контролера досить висока. Обійдеться прилад в 30 $, а це рівнозначно вартості самого акумулятора.

Щоб провести тестування рівня заряду акумулятора з літію на ходу, не застосовуючи зарядний пристрій, можна використовувати спеціальний індикатор RC helicopter lipo battery AKKU portable voltage meter tester alarm 2-6S AOK. Вартість приладу дуже низька. Він має аналогічний пристрою iMax6 роз'єм балансування і зарядки. До батареї пристрій підключається за допомогою перехідника. Це пристосування для контролю рівня напруги є дуже зручним. Воно може заміряти від двох до шести з'єднаних між собою послідовно осередків з літію, а також видати сумарний показник або напруга кожного елемента окремо з граничною точністю.

Скільки буде коштувати заміна Ni-Mh на літієве пристрій?

Яких грошових витрат зажадає переробка шуруповерта на літієвий акумулятор?

Ціна на такий пристрій складається з вартості декількох складових:

• конфігурація 4S-акумулятора на основі літію коштує 2200 р .;
• покупка контролера для зарядки і розрядки плюс балансира обходиться в 1240 р .;
• вартість зварювальної роботи і складання становить 800 р.

Виходить, що літієвий акумулятор, зроблений своїми руками, обоходітся в 4240 р.

Для порівняння візьмемо аналогічну конфігурацію з літію фабричного виробництва. Наприклад, пристрій Makita 194065-3 призначене для шуруповерта. Воно володіє аналогічними параметрами. Вартість такого приладу складає 6500 р. Виходить, що переробка шуруповерта на літієві акумулятори економить 2300 р.

"Скільки буде коштувати поміняти старі нікелеві акумулятори на літій-іонні в моєму шуруповерт", це, мабуть, один з найпопулярніших питань, які можна почути від наших клієнтів.
І дійсно, проблема досить поширена. У багатьох знайдеться старий акумуляторний шуруповерт (гайковерт, перфоратор, лобзик, триммер і т.д.) в якому штатні акумулятори вийшли з ладу, а нові купити або немає можливості, так як вони можуть бути зняті з продажу або просто не хочеться витрачатися на свідомо застарілу технологію, а хочеться відразу замінити Ni-Mh акумулятори на Li-Ion і дати, часто, дорогому і якісному електроінструменту друге життя.

Причин для такого бажання дійсно безліч:
- перша, і основна, це те, що Li-Ion акумулятори володіють набагато більшою електричної щільністю, ніж Ni-Mh батареї.
Простіше кажучи, при однаковій вазі, Li-Ion акумулятор буде мати більшу електричної ємністю ніж Ni-Mh. Відповідно, встановивши в старий корпус Li-ion акумулятори ми отримуємо набагато більш тривалий час роботи інструменту.

Струм заряду у високопотужних Li-ion акумуляторів, особливо у свіжих моделей, може досягати значень 1С - 2С (одноразове або дворазове значення ємності).
Тобто такий акумулятор можна зарядити за 1 - 0,5 години, при цьому не перевищивши рекомендовані виробником параметри і, відповідно, не знижуючи термін служби акумулятора.

Але і зупиняють факторів для виконання такої задумки досить:
- В силу технологічних обмежень Li-ion акумулятори не можуть бути заряджені понад ніж 4,25-4,35В і розряджені нижче ніж 2,5-2,7В (вказується в технічних характеристиках для кожного конкретного акумулятора). При перевищенні цих значень ви можете пошкодити акумулятор і вивести його з ладу. Для захисту Li-Ion акумулятора використовуються спеціальні контролери заряду-розряду, які тримають напругу на Li-Ion осередку в дозволених межах. Тобто крім самих акумуляторів вам знадобиться ще й контролер заряду-розряду.
- Напруга Li-ion акумуляторних батарей завжди кратно 3,7 (3,6) в той час як у Ni-Mh батарей воно кратно 1,2В. Це пов'язано з номінальною напругою (величина напруги, яка тримається на Li-Ion акумулятор досить тривалий час в середині вольт-амперної характеристики розрядної кривої) на окремій клітинці. У Li-ion акумуляторів це напруга дорівнює 3,7, у Ni-Mh - 1,2В. Тому ви ніколи не зможете зібрати з Li-Ion акумуляторів 12В батарею. В номіналі, вона може бути 11,1В (3 послідовно) або 14,8В (4 послідовно). Більш того, напруга Li-Ion осередку змінюється в процесі роботи від повністю заряженного- 4,25В до повністю розрядженого -2,5В. Таким чином напруга 3S (3 serial - 3 послідовних з'єднання) акумуляторної батареї буде змінюватися в процесі роботи від 12,6В (4,2х3) до 7.5В (2.5х3). Для 4S батареі- від 16,8В до 10В.
- Li-Ion акумулятор типорозміру 18650, а 99 відсотків всіх Li-Ion акумуляторних батарей складаються з осередків типорозміру 18650, має відмінні габаритні розміри від Ni-Mh осередків. Розмір осередку 18650 становить 18 мм в діаметрі і 65 мм у висоту. Важливо "прикинути" скільки Li-Ion осередків влізуть в ваш корпус. При цьому треба розуміти, що для акумулятора 11,1В вам знадобиться кількість Li-ion осередків кратне 3. Для батареї в 14,8В - чотирьом. При цьому повинно залишитися місце для розміщення контролера заряду-розряду і комутаційних проводів.
- Зарядний пристрій (ЗУ) для Li-ion акумуляторів відрізняється від зарядного пристрою для Ni-Mh акумуляторів. Справедливості заради, треба відзначити, що ЗУ поставляються з багатьма шуруповертами є універсальними ЗУ і можуть заряджати як NI-Cd, Ni-Mh так і Li-ion батареї. Переконайтеся в тому, що ваше ЗУ володіє такою можливістю.
- Вартість Li-ion акумуляторів. а вона, в порівнянні з Ni-Mh акумуляторами може відрізнятися в рази.

Якщо все вищесказане вас не відлякало, то розглянемо приклад процесу виготовлення Li-Ion акумуляторної батареї замість наявної у нас Ni-Mh акумулятора від гайковерта DEWALT DC840.

Даний гайковерт комплектується двома Ni-Mh акумуляторними батареями напругою 12В ємністю 2,6Ач.

Для початку ми визначимося з вибором номінальної напруги для нашої Li-ion акумуляторної батареї.

Вибір стоїть між 3S Li-ion батареєю з діапазоном напруг 12,6В - 7,5 В і 4S Li-Ion батареєю з діапазоном напруг 16,8В - 10В.
Ми зупинимося на другому варіанті, так як:
а) Напруга на батареї досить швидко опускається з максимального до номінального, тобто з 16,8В до 14,8В, а для електромотора, ніж власне кажучи і є гайковерт, перевищення в 2,8В не є критичним.
б) Мінімальна напруга у 3S Li-Ion батареї складе 7,5 В, що вкрай мало для нормальної роботи електроінструменту. І ККД у 4S батареї в даному випадку буде вище ніж ККД 3S Li-Ion акумулятора.
в) Встановивши 4 Li-ion осередки ми тим самим підвищимо електричну ємність нашого акумулятора.

Отже, з 1 м пунктом розібралися: робимо 4S (14,8В) Li-Ion акумуляторну батарею.

Друге. Визначаємося з вибором Li-ion осередків.

Для цього нам треба визначити обмежуючі фактори.
У випадку з виготовленням Li-Ion акумулятора для електроінструменту основним обмеженням є максимальний струм навантаження. В даний час існують Li-Ion акумулятори з допустимим номінальним (тривалим) струмом навантаження в 20-25А. Імпульсні (короткочасні, до 1-2сек) значення струму навантаження можуть досягати 30-35А. При цьому ви не порушите структуру акумулятора.

У наш корпус від старого Ni-Mh акумулятора може комфортно влізти до 6 Li-Ion осередків 18650. Відповідно ми не можемо зібрати 4S2P (4 послідовних з'єднання і 2 паралельних) Li-ion батарею, для якої знадобиться 8 осередків а повинні вкластися в 4 осередки . Природно, що в цьому випадку, кожна з осередків повинна "тримати" одноразову величину максимального струму навантаження у всьому діапазоні режимів роботи електроінструменту.

Визначаємо максимальний струм, що протікає в акумуляторі в процесі роботи гайковерта.
На відео нижче видно, що ми під'єднали гайковерт до лабораторного джерела живлення (ІП) з максимальним струмом в 30А. Регулятор обмежувача максимального струму виставляємо на максимально можливе значення. Виставивши напруга ІП близьке до номінальної напруги нашої майбутньої акумуляторної батареї ми починаємо плавно натискати на курок. Струм, споживаний гайковертом. піднімається до 5А.

Тепер натиснемо на курок дуже різко, - тим самим ми, практично, "закорачивается" ланцюг харчування. Струм імпульсно злітає до 20 - 30А. Може бути він і злетів би і вище, але потужність ІП не дозволяє цього побачити. Треба розуміти, що це буде короткочасний струм навантаження в разі дуже різкого натискання на курок гайковерта. І будь-який шуруповерт / всечтоугодноімеющееелектродвігатель буде вести себе саме таким чином. Саме тому смішно чути твердження покупців, мовляв, у вас неробочі контролери і погані акумулятори, тому, що, бачити-ли, мій шуруповерт споживає всього 4А, - я вимірював, - і я взяв акумулятори Samsung 22F з ємністю 2200мАч (найдешевші з максимальним струмом в 3А) і контролер на 8А і у мене нічого не працює ... А незахищені Li-ion акумулятори та контролери обміну / поверненню не підлягають. Тут, я думаю, все зрозуміло ... Незнання законів не звільняє від відповідальності ...
Тепер затиснемо наконечник гайковерта в зафіксовані лещата і подивимося до якого значення буде підвищуватися струм споживання при режимах роботи, коли в Гайковерти спрацьовує трещетка. Величина струму підскакує до 10-12А.

На цьому етапі ми визначилися з величиною струму навантаження. У нашому випадку вона складе: на холостому ходу 5А, при різкому старті 30А, при максимальному навантаженні - 12А. Відповідно. ми вибираємо Li-ion осередки з номінальним струмом навантаження 10-20А і імпульсним в 25-30А.

Нам підійдуть моделі Li-ion акумуляторів (в наявності, на момент написання статті): 18650 2000мАч LG INR18650HD2 3,7 25A, 18650 2500мАч LG ICR18650HE4 3,7 20A, 18650 2600мАч SONY US18650VTC5 3,6 30A, 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3, 7В 20A.

Ми зупинилися на 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7 20A для забезпечення максимальної місткості.

Вибір контролера (плати захисту від переразряда-перезарядження).

Контролер повинен відповідати двом параметрам:

Номінальному робочій напрузі (в нашому випадку 14,8В)
номінальному робочому струму.

З напругою все зрозуміло: якщо батарея на 14,8В то і контролер повинен бути на 14.8В, якщо батарея на 11,1В то і контролер слід вибирати з номінальною напругою в 11,1В.

Параметр "номінальний робочий струм" визначає "пропускну здатність" плати захисту. Тобто контролер на 4А розрахований на струм в 4А і при 8А у нього спрацює захист від перевантаження. Контролер на 16А номінального навантаження буде "йти в захист" при 30 ± 10А. Всі ці параметри вказані на вкладці "Характеристики" для кожної конкретної моделі контролера.

При цьому, у одного примірника контролера ток обмеження може бути дорівнює 30А а в іншого 50А. І обидва цих контролера будуть формально справні. Але ми обмежені ще й в габаритах, тому контролер слід вибирати таким чином, щоб він вліз в ваш корпус від старої батареї.

Виходячи з вищеописаних умов, ми вибрали плату захисту для 14,8В батареї моделі HCX-D177 зі значенням номінального робочого струму в 16А і граничним значенням максимального струму в 30 ± 10А.

Отже, ми визначилися з комплектуючими для нашої Li-ion акумуляторної батареї. З ЗУ проблем не виникло, так як воно розраховане на роботу як з Ni-Mh так і з Li-ion акумуляторами.

Плюс до того, за умови, що ми ставимо контролер заряду-розряду, ми застраховані від перезарядження нашої батареї.

Приступаємо до процесу розбирання-збирання.

Розкриваємо старий акумулятор, відгвинчуючи 5 шурупів.

Дістаємо стару Ni-Mh батарею

Видно, що контактна площадка, яка входить в зачеплення з контактною групою гайковерта, приварена до площини мінусового контакту однієї з Ni-Mh осередків.

Відрізаємо точки зварювання за допомогою багатофункціонального інструменту DREMEL 4000 з встановленим відрізним каменем. В результаті у нас залишається безпосередньо контактна група від акумуляторної батареї.

Припаюємо до кокнтактам дроти з перетином не менше 2мм2 для силових висновків і 0,2мм2 для підключення терморезистора і вклеиваем контактну площадку в корпус акумулятора за допомогою термоклея.

Підбираємо 4 осередки LG INR18650HG2 3000мАч по внутрішньому опору на вимірнику внутрішнього опору акумуляторів. Його значення має бути однаковим для всіх чотирьох акумуляторів в нашій батареї.

Li-Ion осередку LG INR18650HG2 склеюємо термоклеем таким чином, щоб забезпечити максимально-зручне розташування в корпусі.

Зварювання осередків виробляємо на верстаті для контактного зварювання за допомогою нікелевої зварювальної стрічки з перетином 2х10мм.

Встановлюємо плату захисту.

На цьому етапі ми вже можемо оцінити на скільки ми полегшили вагу нашої батареї.

Вага старих Ni-Mh акумуляторів становив 536 гр. Вага нової Li-Ion батареї дорівнює 199гр. Таким чином, виграш у вазі становить 337 гр, що досить відчутно в процесі роботи. При цьому, енергетична ємність у нас збільшується з 31,2Вт * год (12В * 2,6Ач) в оригінальній Ni-Mh батареї до 44,4Вт * год (14,8В * 3Ач)

Встановлюємо батарею в корпус. Порожнечі заповнюємо м'яким пакувальним матеріалом.

батарея готова

Підключаємо її до нашого Гайковерти.

На відео продемонстровано, що при різкому натисканні на курок спрацьовує захист по струму у нашій плати захисту. Але в реальних умовах такий режим використовуватися, скороее за все, не буде. Якщо спеціально не намагатися добитися спрацьовування захисту, то гайковерт поводиться абсолютно прогнозовано.
Затискаємо наконечник в губки лещат. Як і очікувалося, потужності батареї вистачає з лишком для спрацьовуванні тріскачки, що обмежує зусилля кручення.

Розряджати Li-ion батарею нашого гайковерта на електронній навантаженні. Струм розряду виставляємо 5А. Графік розряду представлений на ілюстрації нижче.

Вставляємо акумулятор в штатний ЗУ. Струм заряду, при вимірі, склав 3А, що укладається в допустимі значення струму заряду для даних Li-ion осередків (для LG INR18650HG2 максимальний струм заряду становить 4А, що зазначено на вкладці Характеристики).

За часом, робота по заміні Ni-Mh акумуляторів на Li-Ion акумулятори зайняла близько 2-ох годин (з перевіркою всіх параметрів на обладнанні - близько 4ех годин). В принципі, все це можна зробити і самому "на коліні", але контактне зварювання і підбір акумуляторів без спеціального обладнання зробити неможливо.

Вартість заміни Ni-Mh акумулятора на Li-Ion.

Подивимося, що у нас виходить за вартістю:
- вартість 4ех Li-ion акумуляторів 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7 20A, на момент написання статті, становить 4 х 550руб \u003d 2200руб
- вартість контролера заряду розряду з балансиром HCX-D177 становить 1240руб
- вартість роботи зі зварювання та збирання дорівнює 800руб

Разом, виходить, що саморобна Li-ion батарея 14,8В 3Ач варто 4240руб

Знайдемо аналогічну Li-Ion батарею заводського виконання для будь-якого іншого шуруповерта. Акумулятор Makita 194065-3 має абсолютно ідентичні параметри.

На момент написання статті такий акумулятор коштував від 5500 руб до 6500 руб.

Виходить, що пряма економія становить 1300 до 2300руб. І, при цьому, не слід забувати про те, що батарею, яку ми зробили, купити неможливо в принципі!

Компанія Запас Потужності виконує роботи по переробці Ni-Mh акумуляторів від шуруповертов на Li-Ion. Вартість ви можете порахувати самі аналогічно тому, як ми зробили це вище, тобто сумарна вартість акумуляторів, контролера і вартості роботи.

Гарантія, на послуги, що надаються, становить 6 міс. Гарантія надається лише в тому випадку, якщо роботи проводились з використання наших комплектуючих

PS. Окреме спасибі за наданий піддослідний гайковерт і моральну підтримку :) компанії