Промышленность давно выпускает шуруповерты, и многие люди обладают старыми моделями с никель-кадмиевыми и никель-металлогидридными аккумуляторами. Переделка шуруповерта на литий позволит улучшить эксплуатационные характеристики аппарата, не покупая новый инструмент. Сейчас много фирм предлагают услуги переделки аккумуляторов шуруповерта, но сделать это можно и своими руками.
Преимущества литий-ионных аккумуляторов
Никель-кадмиевые аккумуляторы обладают низкой ценой, выдерживают много зарядных циклов, не боятся низких температур. Но ёмкость батареи будет снижаться, если поставить ее на заряд, не дождавшись полного разряда (эффект памяти).
Литий-ионные аккумуляторы имеют следующие преимущества:
- высокая емкость, которая обеспечит большее время работы шуруповерта;
- меньшие размеры и вес;
- хорошо сохраняет заряд в нерабочем состоянии.
Но литиевый аккумулятор для шуруповерта плохо выдерживает полный разряд, поэтому заводские инструменты на таких аккумуляторах оснащают дополнительными платами, защищающими работу батареи от перегрева, КЗ, избыточного заряда во избежание взрыва, полного разряда. При установке микросхемы непосредственно в аккумулятор происходит размыкание цепи, если неиспользуемая батарея находится отдельно от инструмента.
Трудности при переделке
В Li-Ion батареях присутствуют объективные недостатки, такие как плохая работа при низких температурах. Помимо того, при переделке шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 может встретиться ряд трудностей:
- Стандарт 18650 означает, что диаметр одного аккумуляторного элемента равен 18 мм при длине 65 мм. Эти габариты не совпадают с размерами никель-кадмиевых или никель-металлогидридных элементов, установленных ранее в шуруповерте. Замена аккумуляторов потребует разместить их в штатном корпусе АКБ, плюс установка защитной микросхемы и соединительных проводов;
- Напряжение на выходе литиевых элементов – 3,6 В, а на никель-кадмиевых – 1,2 В. Допустим, номинальное напряжение старой батареи – 12 В. Такое напряжение при последовательном соединении Li-Ion элементов обеспечить нельзя. Рамки колебания напряжения при зарядно-разрядных циклах ионного аккумулятора также изменяются. Соответственно, переделанные батареи могут быть несовместимы с шуруповертом;
- Ионные аккумуляторы отличаются спецификой работы. Они плохо выдерживают напряжение перезаряда больше 4,2 В и разряда меньше 2,7 В вплоть до выхода из строя. Поэтому, когда переделывают АКБ, в шуруповерте необходима установка защитной платы;
- Существующим зарядным устройством бывает нельзя воспользоваться для шуруповерта с Li-Ion аккумулятором. Потребуется также его переделать или приобрести другое.
Важно! Если дрель или шуруповерт дешевые и не очень качественные, то лучше не заниматься переделкой. Это может выйти дороже стоимости самого инструмента.
Выбор аккумуляторов
Часто для шуруповертов используются батареи напряжением 12 В. Факторы, которые необходимо учитывать при выборе Li-Ion аккумулятора для шуруповерта:
- В подобных инструментах применяются элементы с высокими значениями разрядного тока;
- Во многих случаях емкость элемента находится в обратной зависимости от тока разряда, поэтому нельзя выбирать его только по емкости. Главным показателем является ток. Значение рабочего тока шуруповерта можно посмотреть в паспорте инструмента. Обычно это от 15 до 30-40 А;
- Не рекомендуется при замене аккумулятора шуруповерта на Li-Ion 18650 использовать элементы с разными значениями емкости;
- Иногда встречаются советы применить литиевый аккумулятор от старого ноутбука. Это абсолютно недопустимо. Они рассчитаны на гораздо меньший ток разряда и имеют неподходящие технические характеристики;
- Количество элементов считается, исходя из примерного соотношения – 1 Li-Ion на 3 Ni-Cd. Для 12-вольтовой батареи понадобится для замены 10 старых банок поставить 3 новых. Уровень напряжения будет слегка снижен, но если установить 4 элемента, то повышенное напряжение сократит срок службы электродвигателя.
Важно! Перед сборкой необходимо произвести полный заряд всех элементов для уравнивания.
Разборка корпуса аккумулятора
Корпус часто бывает собран на шурупах-саморезах, другие варианты – с помощью защелок или клея. Склеенный блок разобрать сложнее всего, приходится применять специальный молоток с пластиковой головкой, чтобы не повредить части корпуса. Изнутри все удаляется. Повторно применить можно только контактные пластины или всю клеммную сборку для подключения к инструменту, зарядному устройству.
Соединение элементов батареи
Соединение Li – Ion аккумуляторов для шуроповерта выполняется несколькими способами:
- Применение специальных кассет. Метод быстрый, но контакты обладают большим переходным сопротивлением, могут быстро разрушиться от сравнительно больших токов;
- Пайка. Способ, годный для умеющих паять, так как надо обладать определенными навыками. Пайка должна производиться ускоренно, потому что припой быстро остывает, а долгий нагрев может повредить аккумулятор;
- Точечная сварка. Является предпочтительным методом. Не все имеют сварочный аппарат, такие услуги могут оказать специалисты.
Важно! Элементы должны соединяться последовательно, тогда напряжение аккумуляторов складывается, а емкость не изменяется.
На втором этапе припаиваются провода к контактам собранной батареи и к защитной плате согласно схеме подключения. К контактам самой батареи для силовых цепей припаиваются провода с площадью сечения 1,5 мм². Для других цепей можно брать провода потоньше – 0,75 мм²;
Затем на батарею надевается кусок термоусадочной трубки, но это не обязательно. На защитную микросхему также можно надеть термоусадку, чтобы изолировать ее от соприкосновения с аккумуляторами, иначе острые выступы пайки способны повредить оболочку элемента и спровоцировать КЗ.
Дальнейшая замена аккумулятора состоит из следующих этапов:
- Хорошо вычищаются разобранные части корпуса;
- Так как габариты новых аккумуляторных элементов будут меньше, их нужно надежно зафиксировать: приклеить к внутренней стенке корпуса клеем «Момент» или герметиком;
- К старому клеммнику припаиваются плюсовой и минусовой провод, он помещается на прежнее место в корпусе и фиксируется. Укладывается защитная плата, соединяются части аккумуляторного блока. Если они были ранее приклеены, то опять используется «Момент».
Литий-ионный аккумулятор шуруповерта не сможет нормально функционировать без защитной платы BMS. Продающиеся экземпляры имеют разные параметры. Маркировка BMS 3S предполагает, например, что плата рассчитана на 3 элемента.
На что надо обратить внимание, чтобы выбрать подходящую микросхему:
- Наличие балансировки для обеспечения равномерности заряда элементов. Если она присутствует, в описании технических данных должно стоять значение тока балансировки;
- Максимальное значение рабочего тока, выдерживаемого длительно. В среднем, надо ориентироваться на 20-30 А. Но это зависит от мощности шуруповерта. Маломощным достаточно 20 А, мощным – от 30 А;
- Напряжение, при достижении которого происходит отключение аккумуляторов при перезаряде (около 4,3 В);
- Напряжение, при котором отключается шуруповерт. Надо подобрать это значение, исходя из технических параметров аккумуляторного элемента (минимальное напряжение – около 2,6 В);
- Ток срабатывания защиты от перегрузки;
- Сопротивление транзисторных элементов (выбирается минимальное значение).
Важно! Величина тока срабатывания при перегрузке не имеет большого значения. Это значение отстраивается от тока рабочей нагрузки. При кратковременных перегрузках, даже если инструмент отключился, надо отпустить пусковую кнопку, а затем можно продолжать работать.
Имеет ли контроллер функцию автозапуска, можно установить по наличии записи «Automatic recovery» в технических данных. Если такой функции нет, то чтобы вновь запустить шуруповерт после срабатывания защиты надо будет вынимать аккумулятор и подключать его к ЗУ.
Зарядное устройство
Литий-ионный аккумулятор шуруповерта нельзя зарядить подключением к обычному блоку питания. Для этого используется зарядное устройство. Блок питания просто выдает стабильное напряжение заряда в заданных пределах. А в зарядном устройстве определяющий параметр – ток заряда, влияющий на уровень напряжения. Его значение ограничивается. В схеме ЗУ есть узлы, отвечающие за прекращение процесса заряда и другие защитные функции, например, отключение при некорректной полярности.
Простейшее ЗУ – блок питания с включенным в схему сопротивлением для снижения зарядного тока. Иногда подключают еще таймер, срабатывающий по истечении установленного временного промежутка. Все эти варианты не способствуют долгому сроку службы аккумулятора.
Способы зарядки LI Ion аккумуляторов для шуруповерта:
- Применение заводского зарядного устройства. Часто оно подходит и для зарядки новой батареи;
- Переделка схемы зарядного устройства, с установкой дополнительных элементов схемы;
- Покупка готового ЗУ. Хороший вариант – IMax.
Допустим, существует старое ЗУ Makita DC9710 для зарядки Ni-Cd батареи на 12 В, имеющее индикацию в виде зеленого светодиода, сигнализирующего об окончании процесса. Наличие платы BMS позволит остановить заряд по достижении заданных пределов напряжения на элемент. Зеленый светодиод при этом не загорится, а просто погаснет красный. Заряд закончен.
ЗУ Makita DC1414 T предназначено для заряда широкой линейки аккумуляторных батарей 7,2-14,4 В. В нем при срабатывании защитного отключения по окончании заряда индикация не будет работать корректно. Наблюдается мигание красного и зеленого света, что тоже сигнализирует об окончании заряда.
Стоимость замены аккумуляторов шуроповерта на литий-ионные зависит от мощности инструмента, необходимости покупать зарядное устройство и т.д. Но если дрель-шуруповерт в хорошем функциональном состоянии, ЗУ не потребует основательной переделки или замены, то за пару тысяч рублей можно получить улучшенный электроинструмент с увеличенным временем автономной работы.
Видео
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:)
Проблема, стоящая перед всеми, кто имеет дома какой-либо эл/инструмент, работающий от АКБ – повышение срока их эксплуатации. В основном все бытовые модели шуруповертов комплектуются аккумуляторами металлгидридными (NiMH) или никель-кадмиевыми (NiCd). И это объясняется в первую очередь их более низкой ценой по сравнению с литий-ионными (Li-ion) аналогами.
Несмотря на высокую стоимость, последние предпочтительнее по многим параметрам. Достаточно обозначить лишь два – практически полное отсутствие саморазряда и более длительный срок пригодности. Пользоваться шуруповертом в быту приходится не каждый день, а лишь изредка, поэтому имеет смысл переделать аккумулятор шуруповерта с NiCd (или NiMH) на литий-ионную батарею самостоятельно, не тратя деньги на образец промышленного изготовления. О том, как это осуществить – данная статья.
Все обозначенные ниже величины напряжений – лишь для одной из моделей шуруповертов, как пример расчетов.
Алгоритм переделки АКБ на литий-ионную батарею
Подбор аккумуляторов
Здесь нелишне вспомнить среднюю школу – при последовательном соединении батарей номиналы их напряжений суммируются. К примеру, если для нормальной работы шуруповерта нужно 14,4 В, то вместо одного (штатного) аккумулятора достаточно приобрести 4 штуки по 3,3 В. Вполне хватит, так как литий-ионные элементы при включении инструмента не слишком «проседают».
Что учесть:
- Раз принято решение о переделке АКБ шуруповерта, то для достижения ожидаемого эффекта следует покупать мини-батареи от известного производителя. Например, аккумуляторы LiFePO4 компании Sistem A123. Их емкость (в мА/ч) – 2 300, что вполне достаточно для нормальной работы эл/инструмента. Если ориентироваться на дешевые элементы «made in Китай», то переделка теряет смысл – эти изделия долго не прослужат.
- Покупка мини-аккумуляторов литий-ионных через интернет-магазин позволит существенно сэкономить. Они обойдутся примерно в 900 рублей, в то время как в торговой точке за них придется отдать не менее 1 700 – 2 000. Это же касается и зарядного устройства. Такой подход позволит решить проблему с минимальными затратами, иначе проще купить к шуруповерту готовый Li-ion аккумулятор за 6 800 – 7 150 рублей и не тратить время на переделку. О том, .
- При покупке батарей следует обратить внимание на наличие медных полосок на их выводах. Это существенно облегчит процесс сборки аккумулятора из отдельных элементов (этап пайки).
Подбор инструментов и материалов
Процесс пайки отличается своей спецификой. Жало паяльника разогревается до высокой температуры, а длительное термическое воздействие для АКБ губительно. Следовательно, необходимо свести время нагрева до минимума. Этого получится добиться, если вместо традиционного флюса – сосновая канифоль или спиртосодержащие составы на ее основе – использовать паяльную кислоту. Приобрести можно в любой точке, где продаются радиомонтажные инструменты и детали, или в автомагазине (отдел запчастей). Стоимость флакончика для пайки в 20 г – порядка 35 рублей.
Исходя из сказанного, и так, чтобы его мощности хватило для быстрого плавления припоя. Автор использовал самый распространенный в быту – 65 Вт/220. С инструментом более высокой мощности – 100 Вт – работать сложнее, так как перегрева избежать трудно. Здесь нужен опыт и аккуратность. То же касается и паяльника на 40 Вт. Придется увеличить время нагрева, поэтому можно «переборщить». Хотя это рекомендация на основе личного опыта и автор не вправе навязывать свое мнение.
Монтаж литий-ионной батареи
Подготовка «сборки»
Перед тем, как заняться пайкой, следует определиться с компоновкой отсека для аккумулятора. То есть расположить все элементы так, чтобы они удобно в него ложились. После этого приобретенные батарейки скрепляются клейкой лентой (ПВХ, скотч).
Обработка контактов мини-аккумуляторов
Они постепенно окисляются. Значит, их нужно немного зачистить. Именно слегка, с помощью мелкозернистой (шлифовальной) шкурки.
- Он начинается с обезжиривания «контактной» части аккумулятора и кратковременном нагреве приложенного припоя. Лудить лучше легко плавящимся, например, ПОС-40. Паяльник должен соприкасаться с металлом АКБ не более 1,2 – 2 сек. Особое внимание при пайке плюсового вывода.
- Использовать в качестве соединительных проводов желательно медные, сечением не менее 2,5 «квадрата». Они обязательно изолируются термокембриком.
- Все мини-аккумуляторы соединяются перемычками согласно схеме. В качестве таковых используется провод или «шины» из полосок тонкого металла.
- Заключительный этап – присоединение проводов к выводам отсека для аккумулятора. В случае, если укладка сборки в него затруднена, следует убрать ребра жесткости. Они из пластмассы, поэтому при помощи бокорезов избавиться от них несложно.
Дополнительно
Делать или нет, решать вам, читатель. Но особенность Li-ion аккумуляторов в том, что они чувствительны к перезаряду. Поэтому желательно контролировать номинал напряжения не только на всей сборке, но и на каждом элементе в отдельности. Значит, кроме 2-х проводов «+» и «–», нужно вывести еще 5. Чтобы ограничиться всего лишь одним разъемом (и для заряда, и для балансировки), можно использовать такой.
Схема распайки контактов
- «+» – 5 и 9.
- «–» – 1 и 6.
- Контакты балансировочные (по возрастающей) – 2, 7, 3, 8 и 4.
Разъемы для подключения к зарядному устройству выбираются в зависимости от его модели. Оба соединительных кабеля припаиваются по схеме.
Несмотря на то, что использование литий-ионных аккумуляторов дает множество преимуществ – отсутствие «памяти» батареи, крайне низкий саморазряд, возможность работать шуруповертом в условиях отрицательных температур, длительный (до 8 лет) срок пригодности – они более чувствительны к соблюдению технологии зарядки. Если не контролировать номинал напряжения, то Li-ion АКБ быстро разрушаются. Следовательно, придется приобретать специальное, более дорогое зарядное устройство. То, которым изначально укомплектован шуруповерт, для литий-ионных аккумуляторов не подходит.
В интернете встречаются рекомендации по вторичному использованию Li-ion батарей, которые ранее были установлены в других технических устройствах. Например, для обеспечения автономной работы ноутбука или телефона (сотового). Вариантов много. Автор предлагает задаться простым вопросом – рациональна ли такая экономия, если изделия категории б/у не обеспечат нормального функционирования шуруповерта, учитывая специфику применения данного эл/инструмента? Возможно, какое-то время он и будет выполнять свою задачу, но насколько эффективно и как долго – вполне закономерный вопрос. Поэтому подобные советы различных «самоделкиных» вряд ли заслуживают внимания.
Для контроля над состоянием элементов аккумулятора можно приобрести индикатор напряжения. В радиомагазине подскажут, какую плату целесообразнее использовать. Стоит недорого – в пределах 180 рублей.
Прежде чем заниматься переделкой аккумулятора, следует посмотреть паспорт шуруповерта. Какое номинальное напряжение в нем указано. В зависимости от этого выбирается требуемое количество элементов.
Автор обращает внимание, что без достаточных познаний в радиотехнике заниматься самостоятельным изготовлением электронных плат нецелесообразно. Малейшая ошибка, к примеру, в подборе деталей для балансировочной схемы приведет к тому, что элементы начнут один за другим «вылетать», и их заменой на новые мини-АКБ придется заниматься регулярно.
Если нет уверенности в том, что работу получится выполнить качественно, не стоит тратить время на переделку и приобрести литий-ионную батарею к шуруповерту в магазине. Несмотря на ее цену, в конечном итоге это выйдет дешевле, чем постоянная реанимация самодельного аккумулятора. Или поступить проще – купить соответствующую модель зарядного устройства. Тогда и платы монтировать не придется.
2016-06-02Быстрая деградация батарей аккумуляторного инструмента — это настоящий бич. Почти всегда ресурс самого шуруповёрта превышает срок службы Ni-Cd элементов и приходится либо покупать запасные батареи, либо прощаться с инструментом. Сегодня мы расскажем об основном способе продления жизни АКБ.
Батарейка стандарта 18650 — почему она
Ремонт батарей для электроинструмента обычно подразумевает восстановление электролита никель-кадмиевых «банок» или их полную замену. Мысль о смене одного типа энергоэлементов на более совершенный вполне здравая. Так устраняется широкий ряд проблем аккумуляторного инструмента , включающий большой вес, малую ёмкость, эффект памяти и низкую способность держать заряд на холоде.
Однако почему это должны быть именно аккумуляторы формата 18650, а не какие-то другие? Ответ прост: это самый распространённый тип батарей, за исключением разве что аккумуляторов для мобильных телефонов или прочих гаджетов. Последние вполне можно использовать, но большая их часть несёт на борту встроенный контроллер заряда, а это лишняя трата денег.
Кроме того, аккумуляторы должны быть высокотоковыми, то есть способными поддерживать нагрузку в 70-100 Вт. Оптимально подойдут батарейки для электронных сигарет производства Samsung или LG. Продукцию неизвестного производителя брать не стоит: всё-таки Li-ion — штука довольно мощная и низкое качество корпуса энергоэлемента может спровоцировать потерю герметичности от перегрева со всеми вытекающими. А уж коли по соседству имеется ещё с полдюжины батареек, то последствия могут быть весьма плачевными.
Покупать батарейки можно на Aliexpress или других китайских интернет-магазинах, там они стоят достаточно дёшево (по 200-250 рублей за штуку, оптом дешевле). Параллельно нужно приобрести ряд дополнительных примочек, это обусловлено спецификой работы с литиевыми батареями. Ну а что это за примочки и в чём смысл их использования — расскажем по ходу описания переделки.
Разборка корпуса
Первым делом нужно разобрать корпус аккумулятора на две половинки. Проще всего это делается, если батарейный блок стянут 4-5 шурупами: просто раскручиваем их и вытягиваем верхнюю часть.
Если же корпус аккумулятора склеен (Makita, AEG), то мороки ощутимо прибавится. Укладываем аккумулятор на бок и тщательно обстукиваем клеевой шов резиновой киянкой. Удары точные, не сильные, частые. Равномерно отбиваем соединение по периметру и через каждые 50-100 ударов пробуем растянуть половинки. За 10-15 минут такой «экзекуции» сдаются даже самые упрямые корпуса.
Далее выбрасываем ненужные части содержимого. Контактную колодку нужно аккуратненько оторвать от двух верхних банок, чтобы на ней остались два никелевых язычка. Забегая вперед скажем, что обычно при переделке новую упаковку батареек сваривают между собой контактной сваркой на манер заводских. Это классное решение, но не каждый захочет и сдюжит собирать сварочную установку. Поэтому оставляйте длину полосок такой, чтобы к ней можно было закрепить провода двумя небольшими болтиками, а остальные элементы будут соединяться пайкой .
В любой удобной части корпуса нужно также проделать отверстие под балансировочный разъём JST-XH. С наружной стороны шилом размечаем прямоугольник высотой 6 мм и шириной 15 мм для напряжения аккумулятора 12 В или 20 мм для напряжения 18 В. Разъём вставляйте в проделанное отверстие и укрепите термоклеем или эпоксидкой.
Как разместить элементы
В отличие от Ni-Cd или Ni-MH элементов, литиевые аккумуляторы имеют более высокую ёмкость и напряжение, поэтому их в состав батареи войдёт меньшее количество. Размеры элемента 18650 таковы: 65 мм высота и 18 мм диаметр. Изначально проверьте, сколько их поместится в пустой корпус, и определите схему размещения, при необходимости срежьте мешающие рёбра жёсткости.
Если аккумуляторный блок имеет выступающую верхнюю часть, в неё поместится пара элементов. Ещё один удобно положить на бок прямо под двумя вертикальными. В оставшееся пространство можно уложить ещё от 5 до 7 батареек. Если батарея имеет слайд-разъём для зарядки, укладывайте элементы поперёк корпуса в две стопки.
Напряжение Li-ion аккумулятора равно 3,7 В, но под нагрузкой происходит просадка около 10-12%. Это значит, что для 12 В шуруповёрта понадобится минимум 4 аккумулятора, а для 18 В — не менее 5 шт., хотя лучше использовать 6, ведь много — не мало. Не переживайте, что двигатель «испугается» высокого напряжения и прикажет долго жить. При просадке под нагрузкой превышение напряжения будет минимальным и вполне в эксплуатационных пределах. С количеством аккумуляторов нужно определиться до того, как вы врежете в корпус балансировочный разъём, ибо контактов в нём должно быть на один больше, чем элементов в последовательном соединении.
Теперь о ёмкости. Она для литиевых элементов колеблется от 2,5 до 3 А/ч, что само по себе неплохо. Чтобы увеличить ёмкость вдвое, понадобится удвоить число аккумуляторов, но это однозначно того стоит. Единственное, что сможет вас остановить в этой затее — размеры батарейного блока. В любом случае помните, что число элементов должно быть строго кратным 4, 5 или 6, в зависимости от напряжения.
Когда вы сложите аккумуляторы в нужном порядке, скрепите их между собой изолентой и добейтесь полной неподвижности элементов внутри корпуса, заполнив оставшееся пространство кусочками пенополистирола или полиуретановой пены. Под провода место оставлять не нужно, в крайнем случае при окончательной сборке потребуется выполнить пару дополнительных подрезов.
Схема соединения аккумуляторов
Чтобы получить заветные 12 или 18 В, элементы нужно соединять последовательно. Всё, никаких хитростей, только соблюдайте полярность. Минус каждой батареи соединяется с плюсом следующей, крайние два провода подключаются к контактной колодке.
Если удваиваете ёмкость, последовательно соединяются не отдельные батарейки, а сборки из 2-х элементов. В каждой сборке положительный контакт соединён с положительным соседа, аналогично дело обстоит с отрицательными.
Чтобы в итоге перемычки между аккумуляторами не сплелись в невнятную паутину, продумайте схему соединения заранее. Удобнее всего спаивать батареи, когда они уже смотаны в тугую пачку, длину перемычек выбирайте минимальную.
Для пайки контакты каждого аккумулятора следует хорошо залудить. Сперва зачистите их надфилем или мелкой шкуркой, сняв верхний никелевый слой. Как флюс используйте ортофосфорную кислоту, припой самый обычный — ПОС-61 с канифолью. Паяльник должен быть мощным, 60 ВТ, не менее. Перегревать литиевые аккумуляторы нельзя категорически, время контакта с жалом — не более 2 сек. Поэтому сперва лудим, даём остыть, затем паяем.
Также предварительно залудите перемычки из многопроволочной жилы в 2,5 мм 2 и дополните их балансировочными проводами так, чтобы по одному проводку приходилось на каждый узел между параллельно соединёнными аккумуляторами или группами. Длина проводов — чтобы доставали до балансировочного разъёма в корпусе, сечение около 0,5 мм 2 .
При пайке первой разогревается залуженная жила перемычки, затем она подносится к контакту батарейки, пока на нём не расплавится припой. Во время остывания можно придавливать место спайки деревянной щепкой. И не жалейте олова — соединение должно быть очень надёжным. Также не забудьте смыть остатки флюса, иначе через полгода-год эксплуатации все усилия пойдут прахом. Особенно внимательно промывайте плюсовый контакт замысловатой формы, для смывки можно использовать медицинский спирт или ацетон.
Если вы попытаетесь подпаять крайние провода аккумуляторной батареи к никелевым контактам колодки, вы, скорее всего, её безнадёжно испортите, перегрев пластик. Гораздо лучше просверлить по два отверстия диаметром 3-4 мм и притянуть жилы к пластинкам парой небольших винтов. Здесь удобно использовать планочки с двойными отверстиями, которые массово выковыривались из старых советских вилок.
Вместе с крайними жилами связки аккумуляторов прикрутите ещё пару балансировочных проводов. Получившийся в итоге балансировочный шлейф нужно припаивать в определённом порядке. Из даташита на разъём определите его контакт, пронумерованный единицей, и припаяйте к нему провод от положительной клеммы. Далее следуйте по цепочке аккумуляторов и припаивайте провода последовательно, один за другим, завершая соединением последнего контакта с общей минусовой жилой.
Чем и как заряжать
Особенность зарядки связки из Li-ion аккумуляторов в том, что заряжать их нужно строго равномерно. Иначе один из элементов теряет в глубине зарядки и по причине малого напряжения начинает просаживать остальные, разряжаясь ещё сильнее. В литиевых шуруповёртных аккумуляторах, как и в батареях ноутбука, предусмотрены специальные контроллеры заряда.
Поэтому самым важным и затратным вашим приобретением станет универсальное зарядное устройство. Лучше всего, если это будет что-то из линейки SkyRC — эти приборы уже неоднократно доказали, что стоят потраченных денег. Можно взять китайскую подделку на 300-600 рублей дешевле, но обязательно с функцией зарядки Li-ion батарей с несколькими элементами. Не сокрушайтесь насчёт высокой стоимости: такая штука должна быть в арсенале каждого самоделкина, она поможет восстановить и правильно заряжать старые убитые аккумуляторы, в том числе и кислотно-свинцовые, и недавно изъятые из аккумуляторного блока Ni-Cd банки.
Для зарядки переделанного аккумулятора нужно переделать штатное зарядное устройство. Задача простая — подпаять к основным клеммам два зарядных провода, соблюдая полярность. Балансировочные разъёмы соединяются проводом «папа-папа», устройство устанавливается в нужный режим и проводится полностью автоматический процесс зарядки. Главное в эксплуатации такой батареи — не увести элементы в глубокий разряд, но обычно двигатель заметно сдаёт в мощности задолго до столь значительного падения напряжения, так что безнадёжно убить новые аккумуляторы у вас вряд ли получится.
Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о двух простеньких платках, предназначенных для контроля за сборками Li-Ion аккумуляторов, именуемые BMS. В обзоре будет тестирование, а также несколько вариантов переделки шуруповерта под литий на основе этих плат или подобных. Кому интересно, милости прошу под кат.
Update 1, Добавлен тест рабочего тока плат и небольшое видео по красной плате
Update 2, Поскольку тема вызвала небольшой интерес, поэтому постараюсь дополнить обзор еще несколькими способами переделки шурика, чтобы получился некий простенький FAQ
Общий вид:
Краткие ТТХ плат:
Примечание:
Сразу же хочу предупредить – с балансиром только синяя плата, красная без балансира, т.е. это чисто плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока. А также вопреки некоторым убеждениям ни одна из них не имеет контроллера заряда (CC/CV), поэтому для их работы необходима специальная платка с фиксированным напряжение и ограничением тока.
Габариты плат:
Размеры плат совсем небольшие, всего 56мм*21мм у синей и 50мм*22мм у красной:
Вот сравнение с аккумуляторами АА и 18650:
Внешний вид:
Начнем с :
При более детальном рассмотрении можно увидеть контроллер защиты – S8254AA и компоненты балансировки для 3S сборки:
К сожалению, рабочий ток по заявлению продавца всего 8А, но судя по даташитам один мосфет AO4407A рассчитан на 12А (пиковый 60А), а у нас их два:
Еще отмечу, что ток балансировки совсем небольшой (около 40ma) и активируется балансировка, как только все ячейки/банки перейдут в режим CV (вторая фаза заряда).
Подключение:
попроще, ибо не имеет балансира:
Она также выполнена на основе контроллера защиты – S8254AA, но рассчитана на более высокий рабочий ток в 15А (опять же по заявлениям производителя):
Ходя по даташитам на используемые силовые мосфеты, рабочий ток заявлен 70А, а пиковый 200А, хватит даже одного мосфета, а у нас их два:
Подключение аналогичное:
Итого, как мы видим, на обеих платах присутствует контроллер защиты с необходимой развязкой, силовые мосфеты и шунты для контроля проходящего тока, но в синей есть еще и встроенный балансир. Я особо не вникал в схему, но похоже, что силовые мосфеты запараллелены, поэтому рабочие токи можно умножать на два. Важное примечание - максимальные рабочие токи ограничиваются токовыми шунтами! Про алгоритм заряда (CC/CV) эти платки не знают. В подтверждение тому, что это именно платы защиты, можно судить по даташиту на контроллер S8254AA, в котором о зарядном модуле ни слова:
Сам контроллер рассчитан на 4S соединение, поэтому с некоторой доработкой (судя по даташиту) – подпайкой кондера и резистора, возможно, заработает красная платка:
Синюю платку так просто доработать до 4S не получится, придется допаивать элементы балансира.
Тестирование плат:
Итак, переходим к самому главному, а именно к тому, насколько они пригодны для реального применения. Для тестирования нам помогут следующие приспособления:
- сборный модуль (три трех/четырехрегистровых вольтметра и холдер для трех 18650 аккумуляторов), который мелькал в моем обзоре зарядника , правда, уже без балансировочного хвостика:
- двухрегистровый ампервольтметр для контроля тока (нижние показания прибора):
- понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития:
- зарядно-балансировочное устройство iCharger 208B для разряда всей сборки
Стенд простой - плата преобразователь подает фиксированное постоянное напряжение 12,6V и ограничивает зарядный ток. По вольтметрам смотрим, на каком напряжении срабатывают платы и как отбалансированы банки.
Для начала посмотрим главную фишку синей платы, а именно балансировку. На фото 3 банки, заряженные на 4,15V/4,18V/4,08V. Как видим – разбалансировка. Подаем напряжение, зарядный ток постепенно падает (нижний приборчик):
Поскольку платка не имеет каких-либо индикаторов, то окончание балансировки можно оценить только на глаз. Амперметр за час с лишним до окончания уже показывал по нулям. Кому интересно, вот небольшой ролик о том, как работает балансир в этой плате:
В итоге банки отбалансированы на уровне 4,210V/4,212V/4,206V, что весьма неплохо:
При подаче напряжения чуть большего 12,6V, как я понял, балансир неактивен и как-только напряжение на одной из банок достигнет 4,25V, то контроллер защиты S8254AA отключает заряд:
Такая же ситуация и с красной платой, контроллер защиты S8254AA отключает заряд также на уровне 4,25V:
Теперь пройдемся по отсечке при нагрузке. Разряжать буду, как уже упоминал выше, зарядно-балансировочным устройством iCharger 208B в режиме 3S током 0,5А (для более точных замеров). Поскольку мне не очень хочется ждать разряда всей батареи, поэтому я взял один разряженный аккумулятор (на фото зеленый Самсон INR18650-25R).
Синяя плата отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,7V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание):
Как видим, ровно на 2,7V плата отключает нагрузку (продавец заявлял 2,8V). Как мне кажется, немного высоковато, особенно если учитывать тот факт, что в тех же шуруповертах нагрузки огромные, следовательно, и просадка напряжения большая. Все же желательно в таких приборах иметь отсечку под 2,4-2,5V.
Красная плата, наоборот, отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,5V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание):
Вот здесь вообще все отлично, но нет балансира.
Update 1: Тест нагрузки:
По току отдачи нам поможет следующий стенд:
- все тот же холдер/держатель для трех 18650 аккумуляторов
- 4-х регистровый вольтметр (контроль общего напряжения)
- автомобильные лампы накаливания в качестве нагрузки (к сожалению, у меня всего 4 лампы накаливания по 65W, больше не имею)
- мультиметр HoldPeak HP-890CN для измерения токов (макс 20А)
- качественные медные многожильные акустические провода большого сечения
Пару слов о стенде: аккумуляторы соединены «вальтом», т.е. как бы друг за другом, для уменьшения длины соединительных проводов, а следовательно и падения напряжения на них при нагрузке будет минимальным:
Соединение банок на холдере («вальтом»):
В качестве щупов для мультиметра выступили качественные провода с крокодилами от зарядно-балансировочного устройства iCharger 208B, ибо HoldPeak’овские не внушают доверие, да и лишние соединения будут вносить дополнительные искажения.
Для начала потестим красную плату защиты, как самую интересную в плане токовой нагрузки. Припаяем силовые и побаночные провода:
Получается что-то типа этого (нагрузочные соединения получились минимальной длины):
Я уже упоминал в разделе о переделке шурика о том, что подобные холдеры не очень предназначены для таких токов, но для тестов пойдет.
Итак, стенд на основе красной платки (по замерам не более 15А):
Коротко поясню: плата держит 15А, но у меня нет подходящей нагрузки, чтобы вписаться в этот ток, поскольку четвертая лампа добавляет еще около 4,5-5А, а это уже за пределами платки. При 12,6А силовые мосфеты теплые, но не горячие, самое то для продолжительной работы. При токах более 15А плата уходит в защиту. Я замерял с резисторами, они добавляли пару ампер, но стенд уже разобран.
Огромный плюс красной платы – нет блокировки защиты. Т.е. при срабатывании защиты ее не нужно активировать подачей напряжения на выходные контакты. Вот небольшой видеоролик:
Немного поясню. Поскольку лампы накаливания в холодном виде имеют низкое сопротивление, да к тому же еще включены параллельно, то платка думает, что произошло короткое замыкание и срабатывает защита. Но благодаря тому, что у платы нет блокировки, можно немного разогреть спиральки, сделав более «мягкий» старт.
Синяя платка держит больший ток, но на токах более 10А силовые мосфеты сильно греются. На 15А платка выдержит не более минуты, ибо через 10-15 секунд палец уже не держит температуру. Благо остывают быстро, поэтому для кратковременной нагрузки вполне подойдут. Все бы ничего, но при срабатывании защиты плата блокируется и для разблокировки необходимо подавать напряжение на выходные контакты. Это вариант явно не для шуруповерта. Итого, ток в 16А держит, но мосфеты очень сильно греются:
Вывод:
лично мое мнение таково, что для электроинструмента отлично подойдет обычная плата защиты без балансира (красная). Она имеет высокие рабочие токи, оптимальное напряжение отсечки в 2,5V, да и легко дорабатывается до конфигурации 4S (14,4V/16,8V). Я считаю – это самый оптимальный выбор для переделки бюджетного шурика под литий.
Теперь по синей платке. Из плюсов – наличие балансировки, но рабочие токи все же небольшие, 12А (24А) это для шурика с крутящим моментом 15-25Нм несколько маловато, особенно когда патрон уже почти стопорит при затяжке самореза. Да и напряжение отсечки всего 2,7V, а это значит, что при сильной нагрузке часть емкости батареи останется невостребованной, поскольку на высоких токах просадка напряжения на банках приличная, да и они рассчитаны на 2,5V. И самый большой минус – плата при сработке защиты блокируется, поэтому применение в шуруповерте нежелательно. Синюю платку лучше использовать в каких-нибудь самоделках, но это опять же, лично мое мнение.
Возможные схемы применения или как переделать питание шурика на литий:
Итак, как же можно переделать питание любимого шурика с NiCd на Li-Ion/Li-Pol? Эта тема уже достаточно заезжена и решения, в принципе, найдены, но я вкратце повторюсь.
Для начала скажу лишь одно – в бюджетных шуриках стоит лишь плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока (аналог обозреваемой красной платы). Никакой балансировки там нет. Более того, даже в некоторых брендовых электроинструментах нет балансировки. Это же относится ко всем инструментам, где есть гордые надписи «Зарядка за 30 минут». Да, они заряжаются за полчаса, но отключение происходит тогда, как только напряжение на одной из банок достигнет номинала или сработает плата защиты. Не трудно догадаться, что банки будут заряжены не полностью, но разница всего 5-10%, поэтому не столь важно. Главное запомнить, заряд с балансировкой идет, как минимум, несколько часов. Поэтому возникает вопрос, а оно вам надо?
Итак, самый распространенный вариант выглядит так:
Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V и ограничением тока (1-2А) -> плата защиты ->
В итоге: дешево, быстро, приемлемо, надежно. Балансировка гуляет в зависимости от состояния банок (емкость и внутреннее сопротивление). Вполне рабочий вариант, но через некоторое время разбалансировка даст о себе знать по времени работы.
Более правильный вариант:
Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V, ограничением тока (1-2А) -> плата защиты с балансировкой -> 3 последовательно соединенных аккумулятора
В итоге: дорого, быстро/медленно, качественно, надежно. Балансировка в норме, емкость батареи максимальная
Итого, будем стараться сделать наподобие второго варианта, вот как можно сделать:
1) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, платы защиты и специализированное зарядно-балансировочное устройство (iCharger, iMax). Дополнительно придется вывести балансировочный разъем. Минусов всего два – модельные зарядники недешевые, да и обслуживать не очень удобно. Плюсы – высокий ток заряда, высокий ток балансировки банок
2) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты с балансировкой, DC преобразователь с токоограничением, БП
3) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты без балансировки (красная), DC преобразователь с токоограничением, БП. Из минусов только то, что со временем появится разбалансировка банок. Для минимизации разбалансировки, перед переделкой шурика необходимо подогнать напряжение к одному уровню и желательно брать банки из одной партии
Первый вариант сгодится только тем, кто имеет модельное ЗУ, но мне кажется, если им нужно было, то они уже давным давно переделали свой шурик. Второй и третий варианты практически одинаковые и имеют право на жизнь. Необходимо лишь выбрать, что важнее – скорость или емкость. Я считаю, что самый оптимальный вариант – последний, но только раз в несколько месяцев нужно балансировать банки.
Итак, хватит болтовни, переходим к переделке. Поскольку я не имею шурика на NiCd аккумах, поэтому о переделке только на словах. Нам будет нужно:
1) Источник питания:
Первый вариант. Блок питания (БП), как минимум, на 14V или больше. Ток отдачи желателен не менее 1А (в идеале около 2-3А). Нам подойдет блок питания от ноутбуков/нетбуков, от зарядных устройств (выход более 14V), блоки для питания светодиодных лент, видеозаписывающей аппаратуры (DIY БП), например или :
- Понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития, например или :
- Второй вариант. Готовые блоки питания для шуриков с токоограничением и выходом 12,6V. Стоят недешево, как пример из моего обзора шуруповерта MNT - :
- Третий вариант. :
2) Плата защиты с балансиром или без оного. То току желательно брать с запасом:
Если использоваться будет вариант без балансира, то необходимо подпаять балансировочный разъем. Это нужно для контроля напряжения на банках, т.е. для оценки разбалансировки. И как вы понимаете, нужно будет периодически дозаряжать батарею побаночно простым зарядным модулем TP4056, если началась разбалансировка. Т.е. раз в несколько месяцев, берем платку TP4056 и заряжаем поочереди все банки, которые по окончании заряда имеют напряжение ниже 4,18V. Данный модуль корректно отрубает заряд на фиксированном напряжении 4,2V. Данная процедура займет час-полтора, зато банки будут более-менее отбалансированы.
Написано немного сумбурно, но для тех, кто в танке:
Через пару месяцев ставим на зарядку батарею шуруповерта. По окончании заряда достаем балансировочный хвостик и меряем напряжение на банках. Если получается что-то вроде этого – 4,20V/4,18V/4,19V, то балансировка, в принципе не нужна. Но если картина следующая – 4,20V/4,06V/4,14V, то берем модуль TP4056 и дозаряжаем поочереди две банки до 4,2V. Другого варианта, кроме специализированных зарядников-балансиров я не вижу.
3) Высокотоковые аккумуляторы:
Я уже ранее писал пару небольших обзоров о некоторых из них – и . Вот основные модели высокотоковых 18650 Li-Ion аккумуляторов:
- Sanyo UR18650W2 1500mah (20А макс.)
- Sanyo UR18650RX 2000mah (20А макс.)
- Sanyo UR18650NSX 2500mah (20А макс.)
- Samsung INR18650-15L 1500mah (18А макс.)
- Samsung INR18650-20R 2000mah (22А макс.)
- Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.)
- Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.)
- LG INR18650HB6 1500mah (30А макс.)
- LG INR18650HD2 2000mah (25А макс.)
- LG INR18650HD2C 2100mah (20А макс.)
- LG INR18650HE2 2500mah (20А макс.)
- LG INR18650HE4 2500mah (20А макс.)
- LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.)
- SONY US18650VTC3 1600mah (30А макс.)
- SONY US18650VTC4 2100mah (30А макс.)
- SONY US18650VTC5 2600mah (30А макс.)
Я рекомендую проверенные временем дешевенькие Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.) или LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.). С другими баночками особо не сталкивался, но лично мой выбор - Samsung INR18650-30Q 3000mah. У Лыж был небольшой технологический дефект и начали появляться фейки с заниженной токоотдачей. Статью о том, как отличить фейк от оригинала могу скинуть, но чуть позже, нужно поискать ее.
Как все это хозяйство соединить:
Ну и пару слов о соединении. Используем качественные медные многожильные провода приличного сечения. Это качественные акустические или обычные ШВВП/ПВС сечением 0,5 или 0,75 мм2 из хозмага (вспарываем изоляцию и получаем качественные проводочки разного цвета). Длина соединительных проводников должна быть минимальной. Аккумуляторы, желательны из одной партии. Перед их соединением желательно зарядить их до одного напряжения, чтобы как можно дольше не было разбалансировки. Пайка аккумуляторов не представляет ничего сложного. Главное иметь мощный паяльник (60-80Вт) и активный флюс (паяльная кислота, например). Паяется на ура. Главное потом протереть место пайки спиртом или ацетоном. Сами аккумуляторы размещаются в батарейном отсеке от старых NiCd банок. Располагать лучше треугольником, минус к плюсу или как в народе «вальтом», по аналогии с этим (один аккум будет расположен наоборот), либо чуть выше хорошее пояснение (в разделе тестирование):
Так, соединяющие аккумуляторы провода, получатся короткими, следовательно, падение драгоценного напряжения в них под нагрузкой будет минимальным. Использовать холдеры на 3-4 аккумулятора не рекомендую, не для таких токов они предназначены. Побаночные и балансировочные проводники не так важны и могут быть меньшего сечения. В идеале, аккумы и плату защиты лучше запихать в батарейный отсек, а понижающий DC преобразователь отдельно в док станцию. Светодиодные индикаторы заряд/заряжено можно заменить своими и вывести на корпус докстанции. При желании можно добавить в батарейный модуль минивольтметр, но это лишние деньги, ибо общее напряжение на АКБ только косвенно скажет об остаточной емкости. Но если есть желание, почему бы и нет. Вот :
Теперь прикинем по ценам:
1) БП – от 5 до 7 долларов
2) DC/DC преобразователь – от 2 до 4 долларов
3) Платы защиты - от 5 до 6 долларов
4) Аккумуляторы – от 9 до 12 долларов (3-4$ штучка)
Итого, в среднем 15-20$ за переделку (со скидками/купонами), либо 25$ без оных.
Update 2, еще несколько способов переделки шурика:
Следующий вариант (подсказали по комментам, спасибо I_R_O
и cartmannn
):
Использовать недорогие 2S-3S зарядные устройства типа (это производитель того же iMax B6) или всевозможные копии B3/B3 AC/imax RC B3 () или ()
Оригинальный SkyRC e3 имеет зарядный ток на каждую банку 1,2А против 0,8А у копий, должен быть точен и надежен, но в два раза дороже копий. Совсем недорого можно купить на том же . Как я понял по описанию, он имеет 3 независимых зарядных модуля, что-то сродни 3 модулей TP4056. Т.е. SkyRC e3 и его копии не имеют балансировки как таковой, а просто заряжают банки до одного значения напряжения (4,2V) одновременно, поскольку у них не выведены силовые разъемы. В ассортименте SkyRC есть действительно зарядно-балансировочные устройства, например, но ток балансировки всего 200ma и стоит уже в районе 15-20 долларов, зато умеет заряжать лифешки (LiFeP04) и токи заряда до 3А. Кому интересно, могут ознакомиться с модельным рядом .
Итого, для данного варианта необходимо любое из вышеперечисленных 2S-3S зарядных устройств, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты и высокотоковые аккумуляторы:
Как по мне, очень хороший и экономичный вариант, наверно, я бы остановился на нем.
Еще один вариант, предложенный камрадом Volosaty
:
Использовать так называемый «Чешский балансир»:
Где он продается лучше спросить у него, я первый раз о нем услышал, :-). По токам ничего не подскажу, но судя по описанию, ему необходим источник питания, поэтому вариант не такой бюджетный, но вроде как интересный в плане зарядного тока. Вот ссылка на . Итого, для данного варианта необходимы: источник питания, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты, «чешский балансир» и высокотоковые аккумуляторы.
Преимущества:
Я уже ранее упоминал о преимуществах литиевых источников питания (Li-Ion/Li-Pol) над никелевыми (NiCd). В нашем случае сравнение лицом к лицу – типичная батарея шурика из NiCd аккумов против литиевой:
+ высокая плотность энергии. У типичной никелевой батареи 12S 14,4V 1300mah запасенная энергия 14,4*1,3=18,72Wh, а у литиевой батареи 4S 18650 14,4V 3000mah - 14,4*3=43,2Wh
+ отсутствие эффекта памяти, т.е. можно заряжать их в любой момент, не дожидаясь полного разряда
+ меньшие габариты и вес при одинаковых параметрах с NiCd
+ быстрое время заряда (не боятся больших токов заряда) и понятная индикация
+ низкий саморазряд
Из минусов Li-Ion можно отметить только:
- низкая морозостойкость аккумуляторов (боятся отрицательных температур)
- требуется балансировка банок при заряде и наличие защиты от переразряда
Как видим, преимущества лития налицо, поэтому зачастую имеет смысл переделки питания…
Вывод:
обозреваемые платки неплохи, должны подойти для любой задачи. Если бы у меня был шурик на NiCd банках, для переделки я бы выбрал красную платку, :-)…
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.