О переделка шуруповертов на литиевые аккумуляторы: 18650 литий ионный аккумулятор

Процесс демонтажа корпуса аккумулятора

Корпус может быть собран шурупами, при помощи замковых механизмов и клея. В последнем случае переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы существенно усложнится. Клееный корпус нужно аккуратно разобрать по стыковочным швам. Их нужно разбить при помощи молоточка с пластиковой мягкой головкой. Нельзя повреждать части короба, иначе собрать его назад будет крайне проблематично, как и работать с инструментом. Саморезы-шурупы и защелки легко размыкаются.

Из разобранного короба нужно извлечь все содержимое. При последующей сборке понадобится контактная пластина (в некоторых моделях это полноценная клеммная сборка). С ее помощью будет выполнено подключение к зарядному устройству и т.д.

Методы соединения элементов батареи

Аккумулирующий энергию блок собирают одним из трех способов:

• Точечная сварка. Если нет дома в наличие сварочного аппарата, можно обратиться к специалистам. Эта техника соединения элементов в блок является наиболее предпочтительной.
• Пайка. Паяльник наверняка найдется в каждом доме. Но при спаивании все манипуляции нужно выполнять очень быстро, поскольку припой почти мгновенно охлаждается. Надо избегать длительного нагрева батареек. Высокие температуры повредят элементы. Если навыков пайки нет, лучше доверить работу специалисту.
• Кассеты. Альтернативный, но не самый надежный способ. Контакты, полученные в процессе, будут обладать существенным переходным сопротивлением. Значит, нужно быть готовым к тому, что при больших токах она будет  быстро разрушаться. При помощи специальных кассет проводится быстрое соединение батареек в блок.

Чтобы напряжение суммировалось, а значение емкости не изменилось, нужно соединять элементы последовательно.

Завершающий этап

Теперь нужно объединить все части в единый блок. Точнее припаять провода к собранному блоку, а замет к защитной плате. Все действия следует согласовать со схемой подключения. Рекомендации по сборке:

• К батарейкам делают припой проводов сечением 1.5 мм2. Для других целей можно брать более тонкие контакты — 0.75 мм2 в сечении.
• Можно использовать термоусадочную трубку, чтобы исключить соприкосновение частей блока.
• Соединить сборку с выходами «плюс» и «минус».
• Протестировать спаянную схему.

Если все работает, корпус можно собирать.

Детали и инструменты для переделки

Для перевода имеющегося шуруповерта на литий надо приобрести:

• комплект Li-Ion аккумуляторов;
• плату контроллера заряда (BMS):
• провода сечением не менее 2,5 кв.мм (лучше в силиконовой изоляции).

Из инструментов понадобятся:

• паяльник мощностью не менее 40 ватт с комплектом расходников, включая кислотный флюс;
• мелкий слесарный инструмент (отвертки, скальпель и т.п.).

Сам процесс достаточно творческий, зависит от имеющихся исходных условий и конструкции шуруповерта, поэтому по ходу переделки, возможно, потребуется еще что-то. К этому надо быть готовым.

Перед переделкой электроинструмента для работы на батареях Li-Ion надо учесть будущие условия эксплуатации. Литий-ионные элементы непригодны для работы в условиях низких температур.

Выбираем схему сборки аккумуляторов по ёмкости, напряжению и доступному пространству

В зависимости от напряжения, требуемого для питания, определяем, сколько аккумуляторов 18650 для шуруповерта необходимо соединить последовательно. Зависимость количества батарей от напряжения:

• для 12 вольт – 3 шт.;
• для 14 вольт – 4 шт.;
• для 18-20 вольт – 5 шт.

Если позволяет место, то для увеличения емкости в два раза можно соединить параллельно имеющимся батареям еще столько же.

Чтобы батарейки надежно держались, существуют специальные держатели. Они защитят банки от вибраций при работе шуруповерта.

Особенности переделки

В большинстве моделей, по крайней мере «Интерскол», «Макита», «Хитачи» представлены универсальные механизмы. Это означает, что зарядник предназначен для питания батарей Ni-Mh и Li-Ion типа.

Особенности связаны с мощностью аккумуляторов. Новые и заменяемые изделия должны соответствовать друг другу. В противном случае возникнет сбой или разрыв цепи, о чем сигнализирует индикатор. При перегрузках или разрыве одновременно мигают красная и зеленая лампочка.

В ситуации, когда зарядное устройство не универсальное, ему потребуется переделка, также как и блоку питания. Процесс зависит от типа ЗУ и производителя, подразумевая практически полное выпаивание элементов платы, установку конденсатора, резисторов и их последующую настройку.

Наряду с этим существует универсальный способ трансформации ЗУ. Он связан с использованием платы BMS, стабилизирующей входное напряжение и ток. На рынке она имеет обозначение DC-DC StepDown, а непосредственно на плате присутствуют подстроечные резисторы. Модуль впаивают в схему зарядного устройства, используя соединения P+ и P- на плате и старые клеммы зарядки.

Переделка на литиевые аккумуляторы 12 вольт

Приведенный выше способ применяется для всех аккумуляторов. Вольтаж определяется параметрами блока питания. Отличия связаны с количеством батарей. Основная масса руководств по трансформации относится к 14 В агрегатам, где для замены используют 4 литиевых батареи 18650. Для 12 В устройства такого количества многовато. Здесь будет достаточно 3-х батарей 18650.

Переделка на литиевые аккумуляторы 18 вольт

Аналогичный подход применяется к 18 вольтовым изделиям. Здесь отличия, также связаны с численностью аккумуляторов. Батарея состоит из 5 единиц 18650, что обеспечивает ей сверх эффективную работу. Если процесс работы слишком интенсивен, шуруповерт даже отдает горелым. Поэтому впоследствии 5-й аккумулятор нередко удаляют.

Подготовка старого аккумулятора к переделке

При переделке шуруповерта на литий ионные АКБ потребуются высокотоковые элементы типа 18650. Батареи от старых ноутбуков использовать нельзя, ведь у них токоотдача от 3 до 4 А, а аккумулятор шуруповерта должен быть способен отдавать не менее 15 А. К тому же емкость и другие характеристики аккумуляторов должны быть практически одинаковы. Поэтому лучше приобретать их вместе у одного продавца.

Батареи должны быть заряжены одинаково, поэтому их стоит заряжать по отдельности. И только после этого собирать их воедино.

Те, кто не хочет паять, может приобрести готовую сборку.

Смотреть на Aliexpress

Сборка готового аккумулятора

Сборка будет состоять из нескольких этапов:

• Очистить все части корпуса.
• Продумать размещение нового зарядного блока в корпусе. Аккумулятор будет по габаритам существенно меньше старого, поэтому его нужно надежно зафиксировать внутри короба, иначе вибрации при работе шуруповерта быстро выведут из строя блок. Для фиксирования блока можно применить герметик или обычный клей Момент.
• Клеммник с припаянными проводами желательно постараться аккуратно поставить на старое место. Его также потребуется зафиксировать, если в корпусе не предусмотрены для этого пазы.
• Монтаж защитной платы.
• Объединение всех частей аккумуляторного блока. Проверка на надежность размещения. В некоторых моделях шуруповертов они зафиксированы клеем. Можно использовать Момент.

Несколько слов о том, как выбрать защитную микросхему

Выше было сказано, что без защитной платы инструмент не сможет стабильного и долго функционировать.

Поэтому прежде, чем начинать переделывать аккумулятор шуруповерта на литий 12 В или 18 вольт, нужно подобрать хорошую плату BMS. На что обратить внимание при выборе?

• Балансировку. Если она есть, значит, можно легко обеспечить равномерность заряда батареек. Балансировка предполагает и подбор платы по значению тока.
• Значение тока. Ориентировочно параметр должен равняться 20-30 А. Если оборудование малой мощности, то берут плату с 20 А. Для мощных инструментов потребуется 30-40 А.
• Параметры напряжения для отключения аккумуляторных батарей при каждой перезарядке. Достаточно 3.4 В.
• Параметры напряжения для отключения оборудования. Плата подбирается под технические особенности блока. Минимальное значение — 2.6 В
• Значение тока для срабатывания защиты. Предупреждение перегрузки оборудования.
• Значение сопротивления транзисторов. Подойдет минимальный параметр.

Меры безопасности при работе с АКБ

При сборке батареи следует помнить, что токи при работе шуруповерта могут достигать 11-12 ампер, поэтому площадь пятна контакта соединительных шинок между элементами должна быть максимальной. Поэтому вариант соединения точечной сваркой, часто предлагаемый в интернете, не самый лучший. Лучше припаять шинки по всей площади контакта аккумулятора. При этом надо понимать, что элементы очень чувствительны к перегреву, поэтому паять надо быстро и уверенно, применяя кислотные флюсы – корпуса аккумуляторов делают не из меди или латуни. Желательно применять теплоотводы, в роли которых могут выступать пассатижи и т.п.

Надо следить, чтобы брызги кислоты во время пайки не попадали на другие поверхности, потому что это впоследствии приведет к коррозии в этих местах. Места паек надо тщательно промыть.

Основания и сложности переделки

Преимущества и недостатки LI Ion

Прежде всего, отметим, что старые никель-кадмиевые батареи вполне надёжны, недороги и могут работать в условиях низких температур, выдерживая большое количество циклов заряда-разряда. Однако они имеют одно нехорошее свойство, состоящее в постепенной потере ёмкости, если ставить их на зарядку, не дождавшись полного разряда (так называемый «эффект памяти»).

Необходимость в переделке шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 объясняется рядом преимуществ последних, основными из которых являются:

• Большая емкость, позволяющая продлить время эксплуатации прибора;
• Заметно меньшие, чем у других батарей габариты и вес (фото ниже);

Размеры аккумулятора 18650

• Способность хорошо «держать» заряд, находясь не под нагрузкой;
• Отсутствие эффекта памяти, характерного для старых батарей.

Однако и у новых литиевых аккумуляторов имеется недостаток, заключающийся в ухудшении параметров при полном их разряде. При напряжениях более 4,2 и менее 2,7 Вольт они «чувствуют» себя не очень комфортно. Именно поэтому ещё при производстве эти изделия оснащаются встроенными контроллерами, защищающими их от КЗ, перенапряжений и глубокого разряда.

Обратите внимание! Встроенный электронный регулятор автоматически отключает их при размыкании питающей цепи, или когда аккумулятор шуруповерта находится вне отсека рабочего инструмента. Ещё одним минусом переделки аккумулятора шуруповерта на литий является неприспособленность новых батарей для функционирования при низких температурах

Однако все эти недостатки с лихвой перекрываются уже рассмотренными ранее достоинствами

Ещё одним минусом переделки аккумулятора шуруповерта на литий является неприспособленность новых батарей для функционирования при низких температурах. Однако все эти недостатки с лихвой перекрываются уже рассмотренными ранее достоинствами.

Проблемные места

Для реализации обозначенных выше преимуществ потребуется решить ряд вопросов, возникающих при переделке аккумулятора шуруповерта на li-ion, а именно:

• Рабочие габариты нового изделия, определяемые из его обозначения (диаметр – 18 мм, длина – 65 мм) не совпадают с размерами заменяемых элементов;
• Полноценная замена аккумуляторов возможна лишь при условии доработки батарейного отсека, позволяющей поместить плату контроллера и жгут соединительных проводов;
• При переделке также должна учитываться разность напряжений каждого из элементов сборного источника, состоящего из нескольких акб (1,2 Вольта у никель-кадмиевых против 3,7 Вольт у LI Ion).

Важно! С учётом данного обстоятельства необходимо заранее попытаться подогнать суммарное напряжение нескольких новых элементов под старое его значение (на рисунке ниже приведены никель-кадмиевые батареи). Никель-кадмиевые элементы

Никель-кадмиевые элементы

В отдельных случаях добиться совпадения питающих напряжений не удаётся совсем, что заставляет отказаться от переделки или искать другие, подходящие по этому параметру изделия

При этом важно соблюдать меру и просчитать экономическую целесообразность перехода на li ion 18650 (иначе модернизация может оказаться дороже самого инструмента)

Как соединить аккумуляторы в сборку

Соединяют батареи для шуруповертов в сборку при помощи никелевой ленты. Она приваривается к банке при помощи точечной сварки или пайки. Можно купить банки с уже приваренной лентой. Кто не хочет сам паять, может приобрести уже готовые сборки.

Типы соединений элементов в батареи

Принято выделять:

• Последовательное соединение — положительный полюс соединяется с отрицательным.
• Параллельное соединение — положительный полюс крепится к положительному, отрицательный к отрицательному.

Важно. Литиевые аккумуляторы паять нельзя, так как от высокой температуры они приходят в негодность.

Точечная сварка

Наиболее безопасный способ соединения банок — это точечная сварка. Ее суть состоит в следующем: к месту сварки прижимаются электроды. Через них в течение небольшого промежутка времени пропускается большой ток. За это время металл пластины успевает расплавиться и привариться к батарее. При этом тепло не успевает проникнуть внутрь аккумулятора и причинить ему вред.

Она выполняется так:

• на ровную поверхность устанавливаем банки, которые необходимо соединить, для удобства их можно обмотать изолентой или скотчем, чтобы они располагались так же как в готовой сборке;
• поверх батареи кладем соединительную ленту;
• прижимаем к ленте электроды и включаем ток.

Аппарат для точечной сварки можно приобрести или сделать своими руками.

Переделка шуруповерта 12 / 14 вольт на литиевые аккумуляторы

Спустя некоторый срок эксплуатации батарея шуруповерта устанет и ее нужно будет заменить. В этот момент пригодится инструкция как переделать шуруповерт на литий ионные аккумуляторы.

Замена аккумуляторов в шуруповерте на литиевые 18650 не требует от пользователя специфичных знаний, необходимо только лишь понимание основ ремонта, а также приобрести необходимые компоненты.

Важно! Литий-ионный блок обладает низким уровнем саморазряда, обладает большой плотностью энергии в расчете на массу и при этом радует своим ценником.

При подключении к плате аккумуляторов необходимо соблюдать четкую последовательность: 0 В затем 4,2 В, 8,4 В, 12,6 В, 16,8 В, в противном случае гаджет не будет работать. При этом важно обеспечить одинаковый уровень заряда.

Чтобы понять, как переделать шуруповерт 12 вольт на литий ионные аккумуляторы, необходимо определиться с типом пайки. Наиболее оптимальный вариант — точечная сварка, так как перегрев нежелателен. Тем не менее пайка также уместна. Во избежание лишних расходов, которые возникнут при неаккуратной работе, рекомендуется потренироваться на ненужных батареях.

Для того, чтобы посчитать, сколько аккумуляторов 18650 нужно для 12В шуруповерта, стоит прибегнуть к следующей схеме расчетов: 2-3 никель — 1 литиевый; 5-7 = 2; 8-10 =3; 11-13 = 4.

Высокотоковые литий железо фосфатные аккумуляторы:

Зарядное устройство

Подробно о методике заряда литиевых аккумуляторов написано в этой статье. Зарядное устройство (ЗУ) можно купить готовое, можно доработать старое от никелевой АКБ. Адаптер/блок питания и зарядное устройство это не одно и то же. ЗУ должно уметь работать в режиме CC/CV (постоянный ток / постоянное напряжение) иметь максимальное напряжение равное напряжению полностью заряженной АКБ.

Готовые зарядные устройства:

12,6 В (3S)/ 16,8 В(4S)/ 21 В(5S), на 1А и 2А с разъёмом 5,5×2,1 мм

Стандартное зарядное устройство от никелевых аккумуляторов можно доработать с помощью DC-DC понижающего модуля с поддержкой ограничения напряжения и тока (CC-CV). Но так как оно рассчитано на заряд никелевых аккумуляторов, от него не добиться хорошего тока. В основном это ток порядка 500 мА. Литиевый аккумулятор конечно заряжаться будет, но делать он это будет долго. Аккумулятор 2 А/ч будет заряжаться таким током порядка 4 часов.

Модуль для переделки стандартного зарядного устройства шуруповерта:

Если всё таки решили делать ЗУ своими руками, вот хороший недорогой модуль:

Понижающий модуль DC-DC с 5-32В до 0,8-30В, выходной ток до 5А цена на момент публикации 120р. (5 китайских Ампер видимо только с хорошим охлаждением, без охлаждения нормально работает с током до 2 А).

Настройка тока и напряжения происходит с помощью многооборотных резисторов и удаётся довольно точно выставить нужные значения. Левый резистор – ток, правый – напряжение.

Для установки тока нужно сначала выкрутить резистор против часовой стрелки, замкнуть выход амперметром накоротко и, ориентируясь на его показания добавлять ток до нужного значения.

Первый модуль на токе 4А сгорел за две минуты, перегрелась микросхема и вышла из строя. После этого более чем на 2А я не рискнул нагружать оставшиеся модули. Вообще при работе нагревается больше всего микросхема, диод и дроссель.

Доработка в виде бесплатного радиатора из многожильного медного провода облегчит жизнь самым греющимся деталям. Провод просто припаивается и распушивается так, чтобы не задевать другие детали. С такой доработкой я ради эксперимента поднял зарядный ток до 3А. Выглядит ужасно, но эксперимент показал, что даже такой простой метод работает. Медь отлично проводит тепло, а пайка хорошо обеспечивает теплопередачу на неё. С охлаждением дросселя ничего не придумал и оставил как есть.

В итоге получился такой зарядник. Светодиод индикации заряда вывел в отверстие на корпусе и залил термоклеем.

Разборка.

Открутите саморезы, находящиеся в нижней части батарейного отсека.
После этого аккуратно откройте батарейный отсек. В нем будет находиться батарея, собранная из никель-кадмиевых аккумуляторов.
Верхние аккумуляторы методом точечной сварки прикреплены к контактной группе батарейного отсека шуруповерта. Отсоединить аккумуляторы от клемм можно ножом, если этого сделать не выходит – перекусите контактную площадку, идущую от клеммы к аккумулятору, выше места сварки. Извлеченную батарею утилизируйте в предназначенном для этого пункте.

Выбор контроллера

При всех своих достоинствах, литий-ионные элементы чувствительны к:

• глубокому разряду;
• перезаряду;
• излишнему зарядному току;
• перегреву.

Контролировать самостоятельно эти параметры в течение нескольких часов, которые потребуются для пополнения энергии АКБ, сложно. Поэтому эти функции возлагаются на систему PCB (Power Control Board) или СОФ (система обеспечения функционирования). Она представляет собой плату небольшого размера, которую часто встраивают в корпус аккумулятора (из-за этого длина элемента типоразмера 18650 несколько выше обещанных 65 мм). Эта система прекращает заряд при достижении нужного напряжения и отключает АКБ при разряде до установленного уровня. Такие элементы имеют на корпусе маркировку Protected. Если маркировка отсутствует или прямо указано Unprotected, значит батарея такой системой не оснащена и контролировать параметры заряда придется вручную или возложить эту функцию на внешнее устройство.

Не надо путать PCB (СОФ) с системой BMS — Battery Management System или PCM – Power Charge Module. Эта система предназначена для поэлементного контроля заряда аккумуляторов, включенных в батарею по последовательной схеме. Элементы, из которых составлена АКБ, имеют определенный разброс параметров, поэтому возможна ситуация, когда часть элементов уже заряжена, а другую часть еще надо заряжать. Очевидно, что этот режим неблагоприятен для аккумуляторов. Эту проблему призвана решать BMS («балансир»). И в рассматриваемом случае без данной системы не обойтись.

Типовая схема включения балансира.

Типовая схема включения BMS показана на рисунке. При достижении номинальных параметров, элемент шунтируется внутренним ключом, остальные аккумуляторы продолжают заряжаться.

У плат разных производителей маркировка может несколько отличаться (вместо «B-» встречается обозначение «0V», вместо порядкового номера батареи — суммарное напряжение в точке подключения). Приобрести готовое устройство можно в интернете на известных торговых площадках. Выбирать надо по следующим параметрам:

• рабочий ток – не менее 30 А;
• количество подключаемых элементов должно соответствовать количеству аккумуляторов в батарее.

И, конечно, надо соизмерять габариты платы с имеющимся установочным местом.

Подготовительный этап

Спешка никогда не приведет к ожидаемому результату. Пошаговая инструкция по перемене элементов питания начинается с подготовительного этапа.

Перед началом работы необходимо определиться с числом используемых блоков в батарее, что существенно скажется на уровне итогового напряжения. Не менее важно правильно выбрать используемый литиевый компонент. Особого внимания заслуживает показатель разрядного тока и емкости. Не стоит забывать и о контроллере.

Характеристики детали сопоставляются с показателями номинального напряжения и тока разряда. Другими словами, чтобы собрать блоки питания 14В, потребуется контроллер с одинаковым уровнем напряжения.

Разобранный корпус АКБ

Защитная плата BMS

При эксплуатации литиевых аккумуляторов нельзя допускать заряда выше и разряда ниже нормы по напряжению. Для литий ионных максимально допустимое напряжение на ячейке составляет 4,25 В, минимальное 2,5-3,0 В (варьируется в зависимости от модели). Для литий железо фосфатных максимум 3,65 В, минимум 2,0 В.

Если выходить за эти пределы, элемент будет деградировать и преждевременно потеряет ёмкость или выйдет из строя. В зависимости от типа химии последствия перезаряда и переразряда могут быть от простого выхода из строя до воспламенения! Поэтому следует всегда использовать защитную плату BMS. Она отключит АКБ при переразряде, перезаряде, коротком замыкании. Подробнее о работе BMS рассказано в этой статье.

Поскольку рабочие напряжения у Li Ion и LiFePO4 разные, BMS нужно выбрать именно под свой тип аккумулятора. BMS для LiFePO4 не подойдет к Li Ion и наоборот. При выборе также смотрим на ток срабатывания защиты, он должен быть не больше максимального тока который выдает батарея в пиковом кратковременном режиме. Иначе в аварийной ситуации защита по току не успеет сработать и отключить АКБ. Если Вы прочитали статью про BMS, то уже знаете, что в нашем случае гораздо правильнее выбирать плату BMS с функцией балансировки (balance).

Платы BMS литий ионных аккумуляторов:

3S, 4S 40A/60А с балансировкой и без (выбирать лучше с балансировкой -Balanced version)

3S, 4S, 5S 100А (3,7В) с балансировкой

Платы BMS литий железо фосфатных аккумуляторов:

3S, 4S, 5S 50 А с балансировкой

3S, 4S, 5S 100A (3,2B) с балансировкой

Какая плата BMS нужна и как её подключить

Литиевые аккумуляторы 18650 боятся перезарядки и глубокой разрядки. При последовательном соединении элементов невозможно гарантировать синхронную работу элементов. Если одна банка будет иметь меньшую емкость, то при зарядке она пополнится энергией быстрее остальных, и при дальнейшей зарядке произойдет перезарядка. При работе батарея меньшей емкости разрядится быстрее остальных, что может привести к глубокому разряду.

Все эти проблемы поможет решить плата защиты с балансировкой. BMS платы:

• защищают от короткого замыкания;
• восстанавливаются после срабатывания защиты;
• следят за напряжением на каждой банке и отключают нагрузку, когда хотя бы одна из ячеек полностью разряжается (защита от глубокого разряда);
• осуществляют балансировку (защита от перезарядки).

Плата BMS для шуруповерта должна выдерживать максимальный пиковый ток не менее 30 А. Кроме того, при выборе нужно ориентироваться на количество последовательно соединенных банок. Для шуруповерта на 12 В требуется 3 батареи, выбираем плату 3S. Если для питания нужен источник на 14 В, то покупаем 4S, а для 18 В приобретаем 5S.

Как подключить к плате BMS последовательно 2, 3 или 4 банки, показано на рисунке.

Можно также использовать смешанное, последовательно параллельное соединение. В таком случае к последовательно соединенным банкам подключаем параллельно столько же элементов питания.

Необходимые компоненты для переделки

Предварительно необходимо подобрать компоненты, которые помогут трансформировать шуруповерт. Состав определяется особенностями процесса, а именно пайкой, использованием специальных кассет либо точечной сварки. Кассеты применять не рекомендуется в виду их уязвимости к воздействию тока. В остальном список включает:

• аккумуляторы Li-ion18650;
• защитная плата или модуль, обеспечивающий равномерную нагрузку при зарядке;
• аппарат контактной сварки. Он предпочтительнее пайки, поскольку литиевые батареи чувствительны к нагреву и могут выйти из строя;
• провода сечением 0,75 мм², 1,5 мм², 2,5 мм²;
• термоусадка;
• отвертка;
• дисковый нож.

Батарейка должна соответствовать мощности старых компонентов в пропорции 1/3. Т.е. литиевый элемент является полноценной заменой 3-х никель-кадмиевых батарей. Обычно используют 3 шт. Li-ion вместо 10 Ni-Mh, что слегка снизит мощность агрегата. Можно установить 4 аккумулятора, но это сократит рабочий ресурс электродвигателя.

Ключевое значение имеет показатель тока, приведенный в рабочем паспорте шуруповерта. Он колеблется в диапазоне 15-40 А, соответственно подбираются элементы со схожими параметрами отдачи. Это касается как батарей, так и защитных плат. Универсальный вариант модуль BMS на 25 А или 30 А. Нежелательно использовать аккумуляторы от старого ноутбука, поскольку на высокую нагрузку они не рассчитаны.

Какой литиевый аккумулятор выбрать?

В 7 из 10 случае для шуруповертов применяют 12-вольтовые аккумуляторные батареи.

Величина напряжения — определяющий фактор при выборе. Его можно уточнить в технической документации к прибору, в интернете. Новые батарейки подбирают, учитывая:

• Значение разрядного тока. Шуруповерты работают от аккумуляторов с высоким параметром разрядного тока. Уточнить необходимый параметр для конкретной модели можно в технической документации. Делать выбор батарейки только по ее емкости — ошибка, поскольку основным параметром является ток. Он может колебаться в пределах 15-30 А, иногда до 40 А.
• Характеристики литий-ионных элементов. Аккумуляторы стандарта 18650 должны иметь одинаковые характеристики емкости.
• Количество новых батареек. Расчет выполнить несложно. Соотношение следующее — 3 Ni-CD равны 1 Li-ion. 12-вольтовый старый блок заменяют на блок из 3 литий-ионных элемента.

Рассчитывая число новых источников помнят, что повышенное напряжение (например, вместо 3 Li-ion взамен 10 Ni-CD взять 4 литиевых) увеличит износ оборудования, сократит срок эксплуатации. Но мощность увеличится. Поэтому нужно взвесить все за и против. Не стоит спешить и с установкой источников в инструмент. Первоначально их нужно полностью зарядить.

Основные моменты замены

Знание наиболее ответственных моментов поможет избежать ошибок при переделывании элементов питания:

• Использование исключительно качественных и оригинальных компонентов.
• Замена на литиевые заменители производится методом расчета количества батареек.
• Количество находится из рассчета 3,7 В на один элемент.
• Размеры банок по сравнению с Ni-Cd отличаются, что требует дополнительной установки банок контроллера зарядки и разрядки.
• Не стоит торопиться утилизировать родной аккумулятор, путем диагностики устанавливается возможность его ремонта.

Батареи шуруповерта

А сколько аккумуляторов купить?

Заряженный 18650 аккумулятор выдает 4,2 вольта. Поделите напряжение, от которого работает шуруповерт на 4,2 и округлите в большую сторону (для 12-ти вольтового шуруповерта — 3 аккумулятора).

Пайка проводов АКБ с модулем

Перед пайкой провода поверхность обрабатывается флюсом, концы провода зачищаются. Для соединения провода с контактной зоной блока используется классический 25 ватный паяльник. Для припоя используется легкоплавкий состав. Окончательная плавка должна занимать не более 3 секунд.

Как переделать

Непосредственная замена аккумуляторов в шуруповерте не зависит от емкости питающих элементов. Процесс производится в несколько этапов, начинаясь с корпусной разборки аккумулятора.

Разборка блока питания для новой зарядки

Лучше, если он имеет шурупную или заклепочную сборку. Хуже если имеет место клеевое соединение, в этом случае все делается с предельной аккуратностью.

Затем изнутри удаляются все элементы, кроме контактных пластин или клемм. Новые батареи последовательно соединяются между собой выбранным способом (пайка, точечная сварка). Последовательность является ключевым фактором успеха, обеспечивая неизменность емкости и напряжения. Для соединения подходят провода сечением 2,5 мм², способные выдержать высокое напряжение при работе.

Пайка проводов к модулю стабилизации

Аккумуляторный блок и защитная плата BMS соединяются между собой при помощи проводов. Желательно использовать сечение 1,5 и даже 2,5 мм². Непосредственная схема подключения состоит в:

1. Соединении провода идущего на плюс к соответствующему контакту платы, обозначенному B+;
2. Соединении провода идущего на минус к соответствующему контакту платы, обозначенному B-;
3. Провода с остальных контактов блока подключаются к клеммам, обозначенным на плате как B1, B2, B3. Количество соединений зависит от числа аккумуляторов.

Во избежание короткого замыкания защитный модуль изолируется от аккумуляторов термоусадкой, это убережет его от контактов пайки или сварки.

Пайка проводов блока питания с модулем

На самой плате BMS есть еще 2 контакта, обозначенные P+ и P-. От них провода идут к соответствующим клеммам старой микросхемы.

Установка напряжения

На резисторах устанавливается выходное напряжение. Этот показатель на каждый элемент не должен превышать 4,2 вольт.

Высокотоковые литий ионные аккумуляторы подходящие для шуруповерта:

Я использовал аккумуляторы VC18650VTC4 3,7 V на 2100 мА/ч.

• 
  
• 
  

После трёх месяцев работы в шуруповетре повторно измерил их ёмкость и она уменьшилась всего на 20 мА/ч.

• 
  
• 
  

Также можно использовать эти аккумуляторы:

GTF HG2 18650 3000 мАч номинальный ток 10А, пиковый 25А, заряд током до 3А

GBETA VTC6 18650 3000 мАч номинальный ток 10А, пиковый 30А, заряд током до 3А

INR30Q 18650 3000 мАч номинальный ток 15А, пиковый 30А, заряд током до 3А

BS217A INR 21700 4000 мАч номинальный ток 30А, пиковый 30А, заряд током до 3А

Пайка блоков питания

Существует несколько способов спаивания, наиболее распространенный — припаивание с металлической лентой, которую можно снять с банки. Места будущих контактах с двух сторон залудиваются прогретым паяльником с каплей припоя. Не доводя до сильного перегрева прикладывается лента.

Трудности при переделке

Аккумулятор для шуруповерта

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:

1. 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;
2. 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;
3. 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;
4. Существующим зарядным устройством бывает нельзя воспользоваться для шуруповерта с Li-Ion аккумулятором. Потребуется также его переделать или приобрести другое.

Литий-ионный аккумулятор

Важно! Если дрель или шуруповерт дешевые и не очень качественные, то лучше не заниматься переделкой. Это может выйти дороже стоимости самого инструмента.

Причины, по которым не следует проводить модернизацию

При обнаружении неисправности детали у владельца невольно возникают сомнения в необходимости и целесообразности ремонта. По этой причине справедливо предупредить о тех моментах, которые могут стать для пользователя непреодолимой трудностью:

• Как было оговорено выше, из-за невозможности повышения или понижения заряда литиевых элементов сверх выделенных пределов (4,2В сверху и 2,7В снизу) потребуется подключение контроллера заряда-разряда.
• Кадмиевый аналог находится в более низком ценовом сегменте.
• Низкая температура может сделать литиевые батареи неспособными сохранять работоспособность. Это делает невозможным использование инструмента на улице в зимний период.
• В ряде случаев не удается перевести зарядное устройство для кадмиевых вариантов на новый лад. Это потребует приобретения универсального или специального зарядного устройства.
• Проведенная модернизация, особенно после внедрения в корпус контроллера заряда-разряда сделает инструмент неудобным в использовании.

Не исключено, что представленные доводы могут переубедить пользователя проводить переделку на литиевые аналоги.

Выбор типа химии литиевых аккумуляторов

В первую очередь нужно определиться с выбором типа химии литиевых аккумуляторов. Здесь два варианта – либо литий железо фосфатные (LiFePO4), либо литий ионные (Li Ion). Но в любом случае при работе на такую мощную нагрузку нужно учитывать что аккумулятор должен быть способен отдавать необходимый ток без вреда для своего самочувствия! Разберем кратко особенности этих типов аккумуляторов.

Рабочая температура

Если предполагается пользоваться шуруповертом при минусовых температурах, то лучше выбрать литий железо фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы. Диапазон температур при котором можно их разряжать -20 ~ 65 °С. У Li Ion емкость на морозе падает быстрее. Если работа в основном планируется при плюсовых температурах, то подойдут и те и другие. Но оба типа аккумуляторов (за исключением некоторых моделей LiFePO4) нельзя заряжать при отрицательной температуре. А верхний предел температуры при заряде у тех и других около 60°С.

Габариты и вес

При одинаковой емкости, LiFePO4 аккумуляторы практически в полтора раза тяжелее и больше по обьему чем Li Ion.

Долговечность

Количество полных циклов заряд/разряд у LiFePO4 аккумуляторов более 1000, у Li Ion менее 500. Но! Если не до 0% разряжать и не до 100% заряжать, то количество циклов существенно возрастает. Хранение любые литиевые аккумуляторы лучше всего переносят наполовину заряженные при температуре 0 +10°C. Подробнее о хранении можно почитать в этой статье.

Рабочее напряжение

Одна ячейка Li Ion аккумулятора при 100% заряде имеет напряжение 4,2 В, при полном разряде около 3 – 2,5 В. Среднее рабочее напряжение 3,7 В.

Одна ячейка LiFePO4 аккумулятора при 100% заряде имеет напряжение 3,6 В, при полном разряде около 2 В. Среднее рабочее напряжение 3,2 В.

Исходя из этого считаем количество последовательно соединенных ячеек для получения необходимого напряжения на выходе АКБ. Это принято обозначать числом последовательных ячеек + символ S (serial – последовательный). Напряжение при таком соединении суммируется.

• 
  

последовательное соединение ячеек 3s 1p

Li Ion: 1S-4,2 В, 2S-8,4 В, 3S-12,6 В, 4S-16,8 В, 5S-21 В…

LiFePO4: 1S-3,6 В, 2S-7,2 В, 3S-10,8 В, 4S-14,4 В, 5S-18 В…

То есть к примеру, для 12 вольтового шуруповерта нужна АКБ Li Ion 3S, либо LiFePO4 4S.

Рабочий ток

В характеристиках аккумулятора обычно указывают номинальный и максимальный (пиковый) ток разряда. При номинальном токе он способен работать продолжительное время, а при пиковом – несколько секунд. Поэтому для такой мощной нагрузки как шуруповерт необходимо обращать внимание на этот показатель и выбирать высокотоковые модели аккумуляторов.

На холостом ходу 12 вольтовый шуруповерт средней мощности потребляет ток 1-2 А, а при максимальной нагрузке (особенно в заторможенном состоянии) ток может достигать 30 А. Поэтому, если предполагается использовать например, аккумулятор GTF HG2 18650 3000 мАч с номинальным и пиковым токами соответственно 10А и 25А, то необходимо делать сборку минимум 3S2P, чтобы не перегружать аккумуляторы. При параллельном соединении двух аккумуляторов допустимые токи удваиваются, при соединении трех – утраиваются и т.д.

• 
  

последовательно – параллельное соединение ячеек 3s 2p