Известно, что ресурс механической части электроинструмента в большинстве случаев намного выше ресурса аккумуляторов. Срок службы батарей заканчивается, а шуруповерт вполне может продолжать работать. Надо только решить вопрос питания. В некоторых случаях приобрести новые батареи того же типа трудно, дорого или даже невозможно. Поэтому придется принять решение – переделывать электроинструмент для работы от сети, потеряв при этом мобильность, или приспособить для работы АКБ другого типа.
Если выбран второй вариант, то рациональнее всего применять литий-ионные аккумуляторы – они обладают повышенной электрической емкостью на единицу геометрического объема, у них практически отсутствует эффект памяти (хотя этому типу батарей присущи и определенные недостатки).
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.
Сколько и каких аккумуляторов приобретать
В большинстве случаев для переделки любого шуруповерта на литиевые аккумуляторы используют элементы типоразмера 18650. Эта цифра означает линейные размеры:
- длина 65 мм (на самом деле чуть больше);
- диаметр 18 мм.
Эти батареи относятся к категории пальчиковых — имеют цилиндрическую форму с выводами положительного и отрицательного полюсов с противоположных сторон. Напряжение одного элемента в полностью заряженном состоянии составляет 3,6 вольт. Для каждого шуруповерта надо набрать необходимое напряжение. Его можно найти на корпусе старого аккумулятора.
| Напряжение штатной батареи, В | Количество литий-ионных элементов | Итоговое напряжение, В |
|---|---|---|
| 10,8 | 3 | 10,8 |
| 12 | 3-4 | 10,8 или 14,4 |
| 14 | 4 | 14,4 |
| 18 | 5 | 18 |
Очевидно, что из 3,6-вольтовых элементов не всегда удается набрать напряжение, строго равное номиналу. Так, для 18 в все получается идеально, а для 12 в придется довольствоваться или чуть меньшим, или чуть большим напряжением. Надо понимать, что в первом варианте немного упадет крутящий момент, а во втором он увеличится, но надо быть готовым к снижению ресурса механической части. К тому же есть вероятность, что повышенное напряжение может вывести из строя электронную схему управления. Хотя отзывы в сети говорят, что в этом плане все работает нормально.
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 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.
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.
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.)
Альтернативный вариант – «напечатать» новый корпус на 3D-принтере. Не у всех есть такая возможность, но если получится – элементы можно разместить оптимальным образом.
Далее надо соединить элементы последовательно. Наилучший вариант – приобрести аккумуляторы с уже припаянными шинками. Такие элементы доступны в продаже в интернет-магазинах, стоят немного дороже, но соединять их проще и риск перегреть аккумуляторы минимален.
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.
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.
Следующим шагом надо установить в корпус плату BMS и подключить ее согласно схеме.
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 зарядного устройства
Зарядка литий-ионных аккумуляторов имеет свои особенности. Она производится в два этапа:
- на первой стадии пополнение энергии происходит постоянным током (напряжение для этого должно плавно возрастать), этот этап позволяет зарядить аккумулятор примерно до 80% номинальной емкости;
- на втором этапе АКБ заряжается постоянным напряжением (ток при этом падает).
Также на графике показан предварительный этап зарядки малым током. Он нужен для глубоко разряженных элементов. Очевидно, что для выполнения такого алгоритма и полного использования ресурса АКБ надо применить специфическое зарядное устройство. Несоблюдение алгоритма приводит к неполному использованию емкости батареи и снижению ее ресурса. Устройство с такими функциями надо приобрести готовым или собрать самостоятельно, если позволяет квалификация. Подобные ЗУ выполняются на основе специализированных микросхем. Переделка готового зарядного устройства от других аккумуляторов сложна и нецелесообразна.
Не все недорогие зарядные устройства обеспечивают необходимый алгоритм заряда Li-Ion элементов. Многие производители из Юго-Восточной Азии выпускают ЗУ, заряжающие элементы лишь стабилизированным током.
Второй этап заряжания постоянным напряжением не предусматривается. Контроль уровня зарядки сводится к измерению времени – через заданный период источник тока отключается, а функции предохранения от излишнего заряда возлагаются на внутреннюю схему защиты аккумулятора (если она отсутствует, то на владельца АКБ).
Рекомендуем серию видеороликов «Вторая жизнь шуруповерта»
Поменять отслужившие свой срок аккумуляторы шуруповерта на литиевые – разумный шаг. Выполнить его можно самостоятельно, но надо учесть особенности эксплуатации АКБ такого типа. После ознакомления с материалами данного обзора принципиальных вопросов у пользователя не останется.
