Как выглядят литиевые аккумуляторы?
Большая часть устройств из лития заключено в призматический корпус, но некие модели владеют цилиндрической формой. В таких батареях используются рулонные электроды не сепараторы. Корпус делается из алюминия по другому стали. Положительный полюс выходит на корпусную крышку.
В призматических конфигурациях электроды имеют вид прямоугольных пластинок. Прочитал часть текста. У меня тоже была проблема с аку от 18 шуруповерта. Наткнулся на схему в журнале радио номер 3 2006 года. Для обеспечения безопасности в батарее предвидено устройство, выступающее регулятором всех процессов не размыкающее электронную цепь при критичных ситуациях. Завышенная герметизация корпуса не дает вытекать наружу электролиту не просачиваться вовнутрь кислороду не влаге.
Все за и против переделки аккумулятора шуруповёрта на литиевые элементы
Для начала следует задуматься, а нужна ли мне эта переделка? Ведь это будет откровенный «самопал» и в ряде случаев может привести к выходу из строя как аккумулятора, так и самого шуруповёрта. Поэтому, давайте, рассмотрим все за и против этой процедуры. Возможно, что после этого некоторые из вас решат отказаться от переделки Ni─Cd аккумулятора для шуруповёрта на литиевые элементы.
Аккумулятор шуруповёрта
Доводы «за»
Начнём с преимуществ:
- Энергетическая плотность литий─ионных элементов значительно выше, чем у никель─кадмиевых, которые по умолчанию используются в шуруповёртах. То есть, аккумулятор на литиевых банках будет иметь меньший вес, чем на кадмиевых при той же ёмкости и выходном напряжении;
- Зарядка литиевых аккумуляторных элементов происходит значительно быстрее, чем в случае Ni─Cd. Для их безопасной зарядки потребуется около часа;
- У литий─ионных аккумуляторов отсутствует «эффект памяти». Это значит, что их необязательно полностью разряжать перед тем, как ставить на зарядку.
Теперь о недостатках и сложностях литиевых аккумуляторов.
Доводы «против»
- Литиевые аккумуляторные элементы нельзя заряжать выше 4,2 вольта и разряжать ниже 2,7 вольта. В реальных условиях этот интервал ещё более узкий. Если выйти за эти пределы аккумулятор можно вывести из строя. Поэтому, кроме самих литиевых банок вам потребуется подключить и установить в шуруповёрт контроллер заряда-разряда;
- Напряжение одного элемента Li─Ion 3,6─3,7 вольта, а для Ni─Cd и Ni─MH это значение 1,2 вольта. То есть, возникают проблемы со сборкой аккумуляторной батареи для шуруповёртов с номиналом по напряжению 12 вольт. Из трёх литиевых банок, соединённых последовательно, можно собрать АКБ номиналом 11,1 вольта. Из четырёх ─ 14,8, из пяти ─ 18,5 вольта и так далее. Естественно, что и пределы напряжения при заряде-разряде также будут другие. То есть, могут возникнуть проблемы совместимости переделанной батареи с шуруповёртом;
- В большинстве случаев в роли литиевых элементов для переделки используются банки стандарта 18650. По размерам они отличаются от Ni─Cd и Ni─MH банок. Кроме того, нужно будет место для контроллера заряда-разряда и проводов. Всё это нужно будет уместить в стандартном корпусе АКБ шуруповёрта. Иначе работать им будет крайне неудобно;
- Зарядное устройство для кадмиевых аккумуляторов может не подойти для зарядки батареи после её переделки. Возможно, потребуется доработка ЗУ или использование универсальных зарядок;
- Литиевые аккумуляторы теряют работоспособность при отрицательных температурах. Это критично для тех, кто использует шуруповёрт на улице;
- Цена литиевых аккумуляторов выше кадмиевых.
Отличие от никель-кадмиевых аккумуляторных батарей
Исторически первыми по-настоящему массовыми аккумуляторными батареями для ручного электроинструмента были батареи никель-кадмиевые. При невысокой цене они вполне допускают относительно большие нагрузки и обладают удовлетворительной электрической емкостью при разумных габаритах и массе. Аккумуляторы этого типа до сих пор широко распространены, особенно в недорогом секторе ручных электроприборов.
Главное отличие литиевых аккумуляторов от никель-кадмиевых аккумуляторных батарей – малая масса при высокой электрической емкости и очень хорошей нагрузочной способности.
Кроме того, очень важным отличием литиевых элементов питания является существенно меньшее время зарядки. Такую батарею можно зарядить за пару часов. А вот полный цикл заряда никель-кадмиевых аккумуляторов занимает не менее двенадцати часов.
Переделка шуруповерта 18V на литий (Li-ion)
С этим связана еще одна особенность: в то время как литиевые батареи совершенно спокойно переносят как хранение, так и эксплуатацию в не полностью заряженном состоянии, никель-кадмиевые обладают крайне неприятным «эффектом памяти». На практике это означает, что для продления срока службы, а также, чтобы не допустить быструю потерю емкости, никель-кадмиевые аккумуляторы желательно использовать до полного разряда. После чего обязательно заряжать до полной емкости, что занимает значительное время.
Литиевые аккумуляторные батареи лишены этого недостатка.
Доводы «против»
- Литиевые аккумуляторные элементы нельзя заряжать выше 4,2 вольта и разряжать ниже 2,7 вольта. В реальных условиях этот интервал ещё более узкий. Если выйти за эти пределы аккумулятор можно вывести из строя. Поэтому, кроме самих литиевых банок вам потребуется подключить и установить в шуруповёрт контроллер заряда-разряда;
- Напряжение одного элемента Li─Ion 3,6─3,7 вольта, а для Ni─Cd и Ni─MH это значение 1,2 вольта. То есть, возникают проблемы со сборкой аккумуляторной батареи для шуруповёртов с номиналом по напряжению 12 вольт. Из трёх литиевых банок, соединённых последовательно, можно собрать АКБ номиналом 11,1 вольта. Из четырёх ─ 14,8, из пяти ─ 18,5 вольта и так далее. Естественно, что и пределы напряжения при заряде-разряде также будут другие. То есть, могут возникнуть проблемы совместимости переделанной батареи с шуруповёртом;
- В большинстве случаев в роли литиевых элементов для переделки используются банки стандарта 18650. По размерам они отличаются от Ni─Cd и Ni─MH банок. Кроме того, нужно будет место для контроллера заряда-разряда и проводов. Всё это нужно будет уместить в стандартном корпусе АКБ шуруповёрта. Иначе работать им будет крайне неудобно;
- Зарядное устройство для кадмиевых аккумуляторов может не подойти для зарядки батареи после её переделки. Возможно, потребуется доработка ЗУ или использование универсальных зарядок;
- Литиевые аккумуляторы теряют работоспособность при отрицательных температурах. Это критично для тех, кто использует шуруповёрт на улице;
- Цена литиевых аккумуляторов выше кадмиевых.
Порядок переделки
Разборка
Корпус шуруповерта, который необходимо разбирать для замены аккумуляторов, крепится винтами или клеем. В первом случае достаточно воспользоваться отверткой – процесс не займет более 5 минут. Если корпус приклеен – поможет молоток. Несколько интенсивных ударов в нижнюю часть около кромки разъединят шуруповерт, открыв внутренний отсек с аккумуляторами. Сам корпус при этом не повреждается, так как защита от ударов предусмотрена конструкцией.
Как выглядит разобранный корпус аккумулятора?
Вынув схему с аккумуляторами, обратите внимание на контактные пластины – они нужны для подсоединения новых батарей. Их можно открепить отверткой или плоскогубцами, но делать это нужно аккуратно, чтобы не повредить пластиковые элементы
Также рекомендуется сохранить штатный термодатчик и размыкатель. От них зависит работа зарядного устройства, если его не планируется заменять.
Следующий этап подразумевает пайку кабелей к плате стабилизации. Блок с аккумуляторами подсоединяется к защитному модулю через подготовленные провода с сечением 1,5 или 2,5 мм2
При подключении важно соблюдать схему:
- на плюс к контакту В+;
- на минус к контакту В-.
Кабели с остальных контактов аккумулятора присоединяются к зажимам В1, В2 и В3. Число соединений зависит от количества батарей. Не следует забывать и о технике безопасности – во избежание короткого замыкания плата стабилизации изолируется от батарей термоусадкой.
После пайки проводов к плате необходимо подсоединить блок питания. На самом модуле для этого предусмотрены контакты Р+ и Р-. От них кабели идут к соответствующим клеммам стандартной микросхемы.
Сборка
Схема подключения новых деталей.
После подключения новых аккумуляторов к схеме шуруповерта необходимо припаять провода к внутренним элементам устройства. Потребуются кабели с сечением 0,75 мм2, так как токи проводятся довольно большие. Провод с таким сечением хорошо выдерживает токи более 20 А при напряжении 12 В. В процессе пайки можно не волноваться о том, что аккумуляторам повредит перегрев – литиевые АКБ хорошо его выдерживают. Однако потребуется быстродействующий флюс, например глицериновый ТАГС.
Для большей надежности устройства можно пустить на контактные разъемы аккумуляторного блока толстые провода с сечением 1,5 мм2, особенно, если позволяет свободное пространство. Перед припайкой к ответным контактам также нужно использовать отрезки термоусадочной трубки. Она дополнительно изолирует плату от элементов батареи. В ином случае края пайки могут повредить конструкцию литиевого элемента и привести к короткому замыканию.
Заряжается обновленный шуруповерт штатным зарядником, если его замена не предусмотрена.
Переделка зарядного устройства
В случаях, когда стандартная зарядка не подходит к новым литиевым аккумуляторам по вольтажу и прочим параметрам, необходимо ее модернизировать. Переделать зарядное устройство шуруповерта для литиевых аккумуляторов можно, установив недостающие элементы контактной схемы. В их число входят: узлы остановки зарядки, защитные элементы и т.д. В целом ЗУ дорабатывается под основной параметр – выводной ток. Если зарядное устройство необходимо менять основательно, то дешевле и проще будет купить новое универсальное оборудование, которое автоматически рассчитывает ток и напряжение.
Переделка шуруповерта под литиевые батареи – это довольно простой процесс, не требующий наличия специальных знаний и умений. Нужно лишь знать базовые правила соединения контактов и уметь паять на начальном уровне
Не менее важно соблюдать технику безопасности, чтобы не повредить элементы шуруповерта. Также может потребоваться переделка зарядного устройства под новые характеристики аккумуляторов, но в большинстве случаев проще купить автоматическое ЗУ
Как заряжать аккумулятор, правила
Литий-ионные аккумуляторы похожи на людей тем, что они не ведут себя одинаково и работают лучше всего при температурах, которые не являются ни слишком жаркими, ни холодными.
Эти батареи работают лучше при высоких температурах, чем при низких, так как тепло снижает внутреннее сопротивление и ускоряет химическую реакцию внутри батареи. Побочным эффектом этого процесса является то, что он создает нагрузку на батарею, что может привести к сокращению срока службы в жарких условиях в течение продолжительных периодов.
С другой стороны, низкие температуры увеличивают внутреннее сопротивление, что увеличивает нагрузку на аккумулятор и сокращает его емкость. Батареи, которые обеспечивают 100% -ную емкость при 27 ° C, обычно уменьшаются на 50% при -18 ° C и так далее.
Li ion аккумуляторы как правильно заряжать?
Не разряжать полностью
Несоблюдение этих советов и инструкций может привести к повреждению аккумулятора до такой степени, что он станет непригодным для использования. Вы также можете поставить под угрозу свою безопасность и безопасность других людей, если батарея не используется должным образом. В сочетании с несовпадающим зарядным устройством может произойти перегрев или перезарядка, и существует риск возгорания.
Полная разрядка производится не чаще раза в 3 месяца
Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы?
Зарядка ионно-литиевых батарей очень отличается от зарядки никель-кадмиевых или никель-металлогидридных батарей.
Различия заключаются в том, что литий-ионные аккумуляторы имеют более высокое напряжение на элемент. Они также требуют гораздо более жестких допусков на напряжение при обнаружении полной зарядки, а после полной зарядки они не допускают или требуют подзарядки
Особенно важно иметь возможность точно определять состояние полной зарядки, поскольку литий-ионные аккумуляторы не допускают перезарядки
Хранение с небольшим зарядом
Большинство литий-ионных аккумуляторов, ориентированных на потребителя, заряжаются до напряжения 4,2 В на элемент, и это допускает отклонение около ± 50 мВ на элемент. Зарядка сверх этого вызывает напряжение в элементе и приводит к окислению, что сокращает срок службы и производительность. Это также может вызвать проблемы с безопасностью.
Заряжать только оригинальной зарядкой
Зарядку литий-ионных аккумуляторов можно разделить на два основных этапа:
- Заряд постоянного тока: на первой стадии зарядки литий-ионного аккумулятора или элемента тока заряда контролируется. Как правило, это составляет от 0,5 до 1,0 С. (Примечание: для батареи емкостью 2000 мАч скорость зарядки будет равна 2000 мА для скорости зарядки С). Для потребительских элементов LCO и батарей рекомендуется скорость зарядки не более 0,8 ° C.На этом этапе напряжение на ионно-литиевом элементе увеличивается для заряда постоянного тока. Время зарядки может быть около часа для этой стадии.
- Заряд насыщения: Через некоторое время напряжение достигает пика в 4,2 В для элемента LCO. В этот момент элемент или батарея должны войти во вторую стадию зарядки, известную как заряд насыщения. Поддерживается постоянное напряжение 4,2 В, и ток будет постоянно падать. Конец цикла зарядки достигается, когда ток падает примерно до 10% от номинального тока. Время зарядки может быть около двух часов для этой стадии в зависимости от типа элемента и производителя и т. Д.
Эффективность заряда, то есть величина заряда, удерживаемого батареей или элементом, относительно количества заряда, поступающего в элемент, является высокой. Эффективность зарядки составляет от 95 до 99%. Это отражает относительно низкие уровни повышения температуры клеток.
Не перегревать аккумулятор при зарядке
Есть моменты, когда вы не можете использовать аккумулятор в течение длительного периода времени. Вот советы по поддержанию максимальной емкости батареи для длительного хранения.
Сколько обойдется смена Ni-Mh на литиевое устройство?
Каких затрат денег востребует переделка шуруповерта на литиевый аккумулятор?
Стоимость на такое устройство складывается из цены нескольких составляющих:
- конфигурация 4S-аккумулятора на базе лития стоит 2200 р.;
- покупка контролера для зарядки и разрядки плюс балансира обходится в 1240 р.;
- цена сварочной работы и сборки составляет 800 р.
Выходит, что литиевый аккумулятор, изготовленный самостоятельно, обоходится в 4240 р.
При сравнении возьмем аналогичную конфигурацию из лития фабричного производства. Например, устройство Makita 194065-3 создано для шуруповерта. Оно обладает подобными параметрами. Цена такового устройства составляет 6500 р. Выходит, что переделка шуруповерта на литиевые батареи сберегает 2300 р.
Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 14 В
При переделке шуруповертов разной мощности и фонариков с Ni-Cd на Li-ion, чаще используют аккумуляторы форм фактор 18650. Они легко встают в контейнер или гнездо, так как вместо двух-трех родных устанавливают один литиевый. Переделка АКБ шуруповерта должна вестись с учетом особенностей литиевых аккумуляторов на 18650.
Этот вид источников энергии не переносит глубокий разряд и излишний заряд. Значит, необходимо использовать платы управления величиной напряжения. Так как каждая батарея имеет свой характер, их заряд корректируется балансиром. Смысл переделки шуруповерта с напряжением на 14,4 В заключен в создании прибора с использованием литиевых аккумуляторов для облегчения ручного инструмента и повышения его работоспособности. Больше всего для этих целей подходят литиевые аккумуляторы 18650.
При подборе комплектующих, следует учесть, пусковой ток шуруповерта высок, необходимо выбрать соответствующий BMS на нужное количество банок и не менее чем на 30 А. Для переделки зарядки шуруповерта на литиевый аккумулятор необходимо запастись хорошим паяльником, не кислотным флюсом и толстыми проводами для выполнения перемычек.
Комплектация:
- Литий-ионные банки в количестве 4 шт.
- Контроллер li-ion аккумулятора на 4 банки, хорошо подходит CF-4S30A-A. В нее встроен балансир, контролирующий заряд каждого элемента.
- Термоклей, флюс для паяния ТАГС, припой.
- Термостойкий скотч;
- Соединительные перемычки или толстый провод в изоляции сечением не менее 0,75 квадрата, порезанный для мостиков.
Порядок работы по переделке шуруповерта под 18650:
- Разобрать корпус и извлечь из контейнера связку из 12 Ni-Cd элементов.
- Убрать гирлянду, оставив разъем с выводами «+» и «-» . Вместо термодатчика установится термопара от контроллера.
- Спаять сборку, учитывая, что нельзя использовать кислоту, только нейтральный флюс и чистый припой. В период соединения нельзя разогревать крышки. Работать точечно.
- Подключить балансировочные точки к контроллеру, согласно схеме. На плате разъемы предусмотрены.
- Соединить сборку с выводами плюса и минуса.
- Проверить работоспособность схемы. Если все работает, собранную АКБ, контроллер разместить в гнезде, закрепить с помощью герметика.
Если ЗУ не универсальное, потребуется дополнительная переделка. Шуруповерты на 12 V с универсальным зарядным устройством собирают так же, но используется защитная схема подключения 3х18650 3,7 В на литиевые аккумуляторы. Точно так же переделывается отвертка с использованием комплекта АКБ 18650 в количестве 2 элементов.
Процесс сборки батареи
Первым шагом надо определить, уместятся ли новые элементы в старый корпус. Надо учитывать, что помимо аккумуляторов придется размещать также плату BMS (о ней ниже). В большинстве случаев места в старом кейсе не хватит, и сначала надо попытаться удалить оттуда все лишнее (перегородки, излишние крепления и т.д.)
Удаление излишних элементов из корпуса АКБ с помощью фрезы.
Альтернативный вариант – «напечатать» новый корпус на 3D-принтере. Не у всех есть такая возможность, но если получится – элементы можно разместить оптимальным образом.
Корпус, выполненный на 3D-принтере.
Литий-ионый элемент с полосками для пайки.
Из какого материала сделаны полоски – неизвестно (производители уверяют, что из никеля), но паяются они легко. Это значит, что можно исключить кислотный флюс и пользоваться обычным составом на основе канифоли. Исключается дополнительный фактор коррозии.
Элементы, спаянные в батарею.
Если есть желание, можно вклеить в корпус миниатюрный цифровой вольтметр или индикатор напряжения в виде световой полосы. Удобство использования немного повысится. Подключается такое устройство параллельно цепочке аккумуляторов через кнопку – чтобы не увеличивать разряд батарей в паузах работы.
Установка индикатора напряжения.
Следующим шагом надо установить в корпус плату BMS и подключить ее согласно схеме.
Установка платы балансира и стойки силовых контактов.
К контактной группе плата подключается проводниками сечением не менее 2,5 кв.мм. Для этого удобно использовать провода в мягкой силиконовой изоляции – она не боится перегрева (он может возникнуть при пайке или во время работы).
На этом замена аккумулятора закончена, можно окончательно собирать блок аккумуляторов, заряжать батарею и пробовать шуруповерт в работе.
Сборка готового аккумулятора
Все части объединяют в цельный блок. К собранному блоку припаивают провода. Все действия выполняют в соответствии со схемой подключения. К батарейкам делают припой проводов сечением 1.5 мм2. Чтобы части блока не соприкасались, применяют термоусадочную трубку. Сборку соединяют с выходами «плюс» и «минус». Спаянную схему тестируют, если все работает нормально, приступают к сборке корпуса.
Сначала очищают все его части, продумывают как в нем разместить новый зарядный блок. По размерам он намного меньше того, что стоял раньше, потому его необходимо надежно закрепить. В противном случае по время работы инструмента они будут вибрировать. Чтобы батарейки надежно держались, есть специальные держатели, которые защитят банки от вибраций при работе шуруповерта. Для фиксации блока можно использовать клей Момент или герметик.
Клеммник с припаянными проводами аккуратно устанавливают на прежнее место. Если в корпусе отсутствуют пазы для его фиксации, надо закрепить самому. Далее собирают защитную плату и объединяют все части аккумуляторного блока. В конце надо проверить надежность размещения.
Чтобы продлить срок службы батарейки, минимизировать потери емкости и эффективно использовать ее возможности, надо знать, как хранят литиевые аккумуляторы для шуруповерта. Для хранения их вытаскивают из инструмента, кладут в прохладное и сухое место. Оптимальная температура от +1…+25 градусов. Нельзя, чтобы они заморозились. Можно класть в холодильник, положив в пакет, чтобы не появилась влага, но ни в коем случае не в морозилку. Хранят литиевую батарею в заряженном состоянии (лучше всего, если степень заряда будет 40%). Тогда удастся избежать падения напряжения при саморазрядке ниже значения 2.5 В/элемент. Если ее оставить храниться на 3 месяца и больше с напряжением ниже порогового показания 2.5 В, случится падение емкости, которое восстановить не удастся, также произойдет коррозия элементов.
Все манипуляции выполняют по схеме
Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы
Существует несколько схем зарядки литиевых аккумуляторов. Чаще используется двухэтапная зарядка, разработанная компанией SONY. Не применяются устройства с применением импульсного заряда и ступенчатой зарядки, как для кислотных АКБ.
Зарядка любых разновидностей ионно-литиевых или литий-полимерных аккумуляторов требует строгое соблюдение напряжения. На одном элементе заряженного литиевого аккумулятора должно быть не больше 4,2 В. Номинальным напряжением для них считается 3,7 В.
Литиевые аккумуляторы можно ли заряжать быстро, не полностью? Да. Их всегда можно дозарядить. Работа батареи на 40-80 % емкости удлинняет АКБ срок годности.
Двухступенчатая схема зарядки батареи литиевых аккумуляторов
Принцип схемы CC/CV – постоянная сила зарядного тока/ постоянное напряжение. Как зарядить по этой схеме литиевый аккумулятор?
На схеме до 1 этапа зарядки изображен предэтап, для восстановления глубоко севшего литиевого аккумулятора, с напряжением на клеммах не менее 2,0 В. Первый этап должен восстановить 70-80 % емкости. Ток зарядки выбирают 0,2-0,5 С. Ускоренно заряжать можно, током 0,5-1,0 С. (С – емкость литиевых аккумуляторов, цифровое значение). Каким должно быть напряжение зарядки на первом этапе? Стабильным, 5 В. Когда достигнуто напряжение на клеммах аккумулятора 4,2 – это сигнал перехода на второй этап.
Теперь ЗУ поддерживает стабильное напряжение на клеммах, а зарядный ток по мере поднятия емкости снижается. При уменьшении его значения до 0,05-0,01 С зарядка закончится, устройство отключится, не допуская перезарядки. Общее время восстановления емкости для литиевого аккумулятора не превышает 3 часов.
Если литий-ионная батарея разряжена глубже 3,0 В, потребуется провести «толчок». Это заключается в зарядке малым током до тех пор, пока на клеммах не будет 3,1 В. Потом используется обычная схема.
Как контролируют параметры зарядки
Так как литиевые аккумуляторы работают в узком диапазоне изменения напряжения на клеммах, их нельзя перезаряжать выше 4,2 В и допускать разрядку ниже 3 В. Контроллер заряда установлен в ЗУ. Но каждый аккумулятор или батарея имеют собственные прерыватели, РСВ плату или РСМ модули защиты. В аккумуляторах установлена именно защита от того или иного фактора. В случае нарушения параметра, она должна отключить банку, разорвать цепь.
Контроллер – устройство, которое должно реализовать функции управления – переводить режимы CC/CV, контролировать количество энергии в банках, отключать зарядку. При этом сборка работает, нагревается.
Самодельные схемы зарядки, применяемые для литиевых аккумуляторов
- LM317 – схема простого зарядного устройства с индикатором заряда. От USB порта не запитывается.
- MAX1555, MAX1551- специально для Li Аккумуляторов, устанавливаются в адаптер питания от телефона в USB. Есть функция предварительного заряда.
- LP2951- стабилизатор ограничивает ток, формирует стабильное напряжение 4,08-4,26В.
- MCP73831- одна из простейших схем, подходит для зарядки ионных и полимерных устройств.
Если батарея состоит из нескольких банок, разряжаются они не всегда равномерно. При зарядке необходим балансир, распределяющий заряд и обеспечивающий равномерный заряд всех банок в батарее. Балансир может быть отдельным или встроенным в схему подключения АКБ. Устройство защиты батареи называется BMS. Зная как заряжать приборы, разбираясь в схемах, можно своими руками собрать схему защитного устройства для литиевого аккумулятора.
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).
Никель-кадмиевые аккумуляторы
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.
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.
Шуруповерт не запускается – как решить вопрос
При проверке работы шуруповерта при наполовину заряженном аккумуляторе, двигатель запускался даже под нагрузкой стабильно. Но когда он был заряжен полностью, то шуруповерт, даже на холостом ходу, запускался только после многократного нажатия на клавишу включения.
Полазил щупом осциллографа по плате BMS и выяснил, что срабатывает защита по току. Дело в том, что в момент пуска двигателя шуруповерта сопротивление его обмоток определяется активным сопротивлением проводов и составляет десятки Ом. Поэтому пусковой ток в первый момент может составлять и сотню ампер.
Для исключения ложных срабатываний защиты в плате BMS обычно предусмотрена задержка ее срабатывания около 100 ms, что очевидно для данного шуруповерта оказалось недостаточно. Для стабильного запуска двигателя потребовалось увеличить задержку для срабатывания защиты до половины секунды (500 ms). Электрической схемы платы не было, поэтому решил увеличить время задержки методом научного тыка.
Предстояло найти точку в схеме, к которой припаять вывод конденсатора относительно минуса или плюса аккумуляторов. Для этого был взят конденсатор емкостью 0,47 mF и к одному из его концов припаян тонкий проводок. Второй его конец был припаян к отрицательному выводу аккумуляторов.
Затем свободным концом конденсатора производилось последовательное прикосновение ко всем выводам сопротивлений и конденсаторов, и каждый раз нажималась клавиша пуска двигателя на шуруповерте. Перед каждым следующим прикосновением выводы конденсатора замыкались, чтобы его разрядить и исключить повреждение схемы.
Но точку относительно минуса найти не удалось. Поэтому свободный конец провода был припаян к положительному выводу аккумулятора и проделана такая же операция, которая увенчалась успехом. Прикосновение вывода конденсатора к точке, указанной на фотографии двигатель шуруповерта стал запускаться уверенно даже под нагрузкой.
Для надежности решил увеличить емкость конденсатора до 2,2 mF. Он был одним концом припаян непосредственно к положительному выводу аккумулятора, а второй вывод подсоединен к левому выводу резистора 1 кОм с помощью проводника.
Возможно, есть и более рациональное решение, но проверка шуруповерта в работе показала эффективность установки дополнительного конденсатора. Двигатель как на холостом ходу, так и под нагрузкой запускался безотказно.
За $10 и пару вечеров удалось вернуть в строй, казалось бы, бесполезный шуруповерт. Надеюсь, что мой опыт поможет многим решиться на восстановление работоспособности заброшенных шуруповертов и других аккумуляторных инструментов.
Продолжаем разбирать аккумулятор шуруповерта Интерскол
Это можно сделать несколькими способами – можно отпаять провода, которые идут к плате.
Также можно просто снять контакты с верхней крышки элементов питания. На фото показано, какую форму имеют изогнутые контакты, так что Вы легко снимите их сами.
Под пластиковой крышкой видим, каким образом соединены элементы питания между собой. Их приварили точечной сваркой. Такое решение применяется практически в любых аккумуляторах другого инструмента. Это надежное и щадящее соединение аккумуляторов. При этом губительный нагрев самих литиевых элементов питания минимален.
Аккуратно отдираем или откусываем кусачками металлическую ленту, чтобы отсоединить банки друг от друга. Со стороны платы их тоже соединили между собой лентой и посадили на клей на картонную прокладку. Это сделано, чтобы ничего не замкнуть на плате. Нужно не забыть ее вернуть на место при обратной сборке аккумулятора.
Новые литий-ионные элементы питания в виду отсутствия аппарата для точечной сварки будем паять хорошо прогретым мощным паяльником очень быстро. Мы же помним, что нагрев уменьшает их срок эксплуатации и вообще взрывоопасен.
Особое внимание обращайте на состояние проводов внутри аккумулятора. Они могут быть надломленные или потертые. Их нужно качественно изолировать или заменить на свежие
Так как я проводил ремонт аккумулятора шуруповерта на выезде в полевых условиях, то пришлось применить гениальное изобретение инженерного ума. Достал изоленту синюю радиотехническую.
При разборке аккумулятора шуруповерта Интерскол ДА-10/10.8 ЭР я был приятно удивлен – в поставили термодатчик для контроля температуры элементов питания. Получается, что при перегреве – схема защиты отключает питание, пока температура не восстановится до нормальной. Правда у хозяина ни разу не получалось его загнать в такой режим. Этот термодатчик аккуратно отдираем, чтобы не сломать – потом разместим его в том же месте на новых банках.
