Быстрая 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.
Ну, а что делать тем, у кого инструмент старый? Да всё очень просто: выбросить Ni-Cd банки и заменить их на Li-Ion популярного формата 18650 (маркировка обозначает диаметр 18 мм и длину 65 мм).
Какая нужна плата и какие нужны элементы для переделки шуруповёрта на литий-ион
Итак, вот мой аккумулятор на 9,6 В и ёмкостью 1,3 А·ч. При максимальном уровне заряда он имеет напряжение 10,8 вольт. Литий-ионные элементы имеют номинальное напряжение 3,6 вольта, максимальное – 4,2. Следовательно, для замены старых никель-кадмиевых элементов на литий-ионные мне потребуются 3 элемента, их рабочее напряжение будет 10,8 вольт, максимальное – 12,6 вольт. Превышение номинального напряжения никак не повредит мотору, он не сгорит и при большей разнице, беспокоиться не надо.
Литий-ионные элементы, как это всем давно известно, категорически не любят перезаряд (напряжение выше 4,2 В) и чрезмерный разряд (ниже 2,5 В). При таких превышениях рабочего диапазона элемент очень быстро деградирует. Поэтому литий-ионные элементы всегда работают в паре с электронной платой (BMS – Battery Management System), управляющей элементом и контролирующей как верхнюю, так и нижнюю границу напряжения. Это плата защиты, просто отсоединяющая банку от электрической цепи при выходе напряжения за границы рабочего диапазона. Поэтому помимо самих элементов, потребуется такая плата BMS.
Теперь два важных момента, с которыми я несколько раз неудачно экспериментировал, пока не пришёл к правильному выбору. Это – максимально допустимый рабочий ток самих Li-Ion элементов и максимальный рабочий ток BMS-платы.
В шуруповёрте рабочие токи при высокой нагрузке достигают 10-20 А. Поэтому и элементы нужно покупать такие, которые способны отдавать высокие токи. Лично я успешно пользуюсь 30-амперными элементами 18650 производства Sony VTC4 (ёмкостью 2100 мАч) и и 20-амперными Sanyo UR18650NSX (ёмкостью 2600 мАч). Они нормально работают в моих шуруповёртах. А вот, например, китайские TrustFire 2500 мАч и японские светло-зелёные Panasonic NCR18650B на 3400 мАч не годятся, они на такие токи не рассчитаны. Поэтому не надо гнаться за ёмкостью элементов – даже 2100 мАч более чем достаточно; главное при выборе – не просчитаться с максимально допустимым током разряда.
И точно так же, BMS-плата должна быть рассчитана на высокие рабочие токи. Я видел в Youtube, как народ собирает аккумуляторы на 5-ти или 10-амперных платах – не знаю, лично у меня такие платы при включении шуруповёрта сразу уходили в защиту. По-моему, это выброс денег. Скажу так, что сама фирма Makita ставит в свои аккумуляторы 30-амперные платы. Поэтому я пользуюсь 25-амперными BMS, купленными на Алиэкспрессе. Они стоят около 6-7 долларов и ищутся по запросу «BMS 25A». Поскольку нужна плата на сборку из 3-х элементов, то надо искать такую плату, в названии которой будет «3S».
Ещё один важный момент: у некоторых плат на зарядку (обозначение «С») и нагрузку (обозначение «P») могут идти разные контакты. Например, плата может иметь три контакта: «P-», «P+» и «C-», как на родной макитовской литий-ионной плате. Такая плата нам не подойдёт. Зарядка и разрядка (charge/discharge) должны осуществляться через один контакт! То есть, на плате должно быть 2 рабочих контакта: просто «плюс» и просто «минус». Потому что наше старое зарядное устройство также имеет только два контакта.
В общем, как уже можно было догадаться, я со своими экспериментами выбросил массу денег как на неправильные элементы, так и на неправильные платы, совершив все ошибки, которые можно было совершить. Зато получил бесценный опыт.
Как разобрать аккумулятор шуруповёрта
Как разобрать старый аккумулятор? Есть аккумуляторы, где половинки корпуса крепятся винтами, но есть и на клею. Мои аккумуляторы как раз из последних, и я вообще долгое время считал, что их невозможно разобрать. Оказалось, что возможно, если у тебя есть молоток.
В общем, с помощью интенсивных ударов в периметр кромки нижней части корпуса (молоток с нейлоновой головкой, аккумулятор нужно держать в руке на весу) место склейки успешно разъединяется. Корпус при этом никак не повреждается, я уже 4 штуки так разобрал.
Интересующая нас часть.
От старой схемы нужны только контактные пластины. Они прочно приварены к верхним двум элементам точечной сваркой. Отковырять сварку можно отвёрткой или плоскогубцами, но ковырять надо максимально аккуратно, чтобы не сломать пластик.
Всё почти готово для дальнейшей работы. Кстати, штатные термодатчик и размыкатель я оставил, хотя они уже не особо актуальны.
Но очень даже вероятно, что наличие этих элементов необходимо для нормальной работы штатного зарядного устройства. Поэтому настоятельно рекомендую их сохранить.
Собираем литиево-ионный акумулятор
Вот новые элементы Sanyo UR18650NSX (по этому артикулу их можно найти на Алиэкспрессе) ёмкостью 2600 мАч. Для сравнения, старый аккумулятор имел ёмкость всего 1300 мАч, в два раза меньше.
Надо припаять провода к элементам. Провода нужно брать сечением не менее 0,75 кв.мм, ведь токи у нас будут немалые. Провод с таким сечением нормально работает с токами более 20 А при напряжении 12 В. Паять литий-ионные банки можно, кратковременный перегрев им никак не повредит, это проверено. Но нужен хороший быстродействующий флюс. Я пользуюсь глицериновым флюсом ТАГС. Полсекунды – и всё готово.
Припаиваем другие концы проводов к плате согласно схеме.
На контактные разъёмы батареи я всегда пускаю ещё более толстые провода по 1,5 кв.мм – потому что место позволяет. Прежде чем их припаивать к ответным контактам, на плату надеваю отрезок термоусадочной трубки. Она необходима для дополнительной изоляции платы от аккумуляторных элементов. В противном случае острые края пайки легко могут протереть или проткнуть тонкую плёнку литий-ионного элемента и вызывать замыкание. Можно и не применять термоусадку, но хотя бы что-то изолирующее проложить между платой и элементами совершенно необходимо.
Теперь всё заизолировано как надо.
Контактную часть можно укрепить в корпусе аккумулятора парой капелек супер-клея.
Аккумулятор готов к сборке.
Хорошо, когда корпус на винтах, но это не мой случай, поэтому я просто снова склеиваю половинки «Моментом».
Зарядка батареи производится штатным зарядным устройством. Правда, алгоритм работы меняется.
У меня есть два зарядных устройства: DC9710 и DC1414 T. И работают они теперь по-другому, поэтому я расскажу, как именно.
Зарядное устройство Makita DC9710 и литий-ионная батарея
Раньше заряд аккумулятора контролировало само устройство. При достижении полного уровня оно останавливало процесс и сигнализировало о завершении зарядки зелёным индикатором. Но сейчас контролем уровня и отключением питания занимается установленная нами схема BMS. Поэтому по завершении зарядки красный светодиод на зарядном устройстве просто выключится.
Если у вас именно такое старое устройство – вам повезло. Потому что с ним всё просто. Горит диод – идёт зарядка. Погас – зарядка завершена, аккумулятор полностью заряжен.
Зарядное устройство Makita DC1414 T и литий-ионная батарея
Здесь есть небольшой нюанс, который нужно знать. Это ЗУ поновее и предназначено оно для зарядки более широкого диапазона аккумуляторов от 7,2 до 14,4 В. Процесс зарядки на нём идёт как обычно, горит красный светодиод:
А вот когда аккумулятор (которому в случае NiMH-элементов положено иметь максимальное напряжение 10,8 В) достигнет 12 вольт (у нас же Li-Ion элементы, у которых максимальное суммарное напряжение может составлять 12,6 В), заряднику снесёт крышу. Потому что он не поймёт, какой именно аккумулятор он заряжает: то ли 9,6-вольтовый, то ли 14,4-вольтовый. И в этот момент Makita DC1414 войдёт в режим ошибки, попеременно мигая красным и зелёным светодиодом.
Это нормально! Ваша новая батарея всё равно зарядится – правда, не до конца. Напряжение будет составлять примерно 12 вольт.
То есть какую-то часть ёмкости с этим зарядным устройством вы упустите, но мне кажется, это можно пережить.
Итого модернизация аккумулятора обошлась примерно в 1000 рублей. Новый макитовский Makita PA09 стоит в два раза дороже. Причём мы в итоге получили вдвое большую ёмкость, а дальнейший ремонт (в случае нескорого выхода из строя) будет заключаться только в замене литий-ионных элементов.
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
Всем привет. Обзор не столько аккумуляторов (на которые, кстати, вышел, благодаря Mysku), сколько варианта переделки шуруповёрта. Аккумуляторы качественные, ёмкость соответствует, вживление их вместо никель-кадмиевых прошло успешно
Участники обзора:
Высокотоковые аккумуляторы LG HE4 с Gearbest:
Аккумуляторы годные, проверку их ёмкости проводил знакомый на зарядном устройстве Opus, ёмкость соответствует. Больше никаких специальных тестов не проводилось.
Трёхканальное зарядное устройство Imax B3:
Это уже вторая попытка купить такую зарядку, в первый раз заказ не пришёл, вернули деньги. Заказанная у продавца по ссылке выше зарядка приехала, работает, в комплекте сетевой шнур длиной 40см, на картинке шнур явно другой. Шлейфа для подключения зарядки куда-либо в комплекте не было.
Держатель трёх аккумуляторов 18650:
На картинке продавца этот вариант держателя трёх 18650 имел штыри для запайки в печатную плату, но приехал ко мне совсем другой вариант, мало того, что не для печати, так ещё с напаянными колхозно перемычками, соединяющими все три батареи параллельно. 
Получил частичный возврат денег. Перемычки отпаял, использовал, хоть и не так, как планировалось изначально.
Предыстория.
Моему шуруповёрту Интерскол ДА-12ЭР-01 уже почти 10 лет. Больше всего ему «досталось» во время время ремонта в квартире лет 6 назад, но обычно большую часть года он отдыхал, немного трудился летом на даче, ну и выполнял мелкие задачи: поделки, сборка мебели и т.д. Проблемы с аккумуляторами начались пару лет назад, один аккумулятор перестал держать заряд, второй отрабатывал вполне нормально. Я тогда разобрал дефектный аккумулятор, выявил два наиболее замученных элемента, и попытался заменить их подобными, купленными на ебэе. Но когда поставил новые элементы, то обнаружил, что и остальные элементы, что я посчитал ещё живыми, тоже кандидаты в мусорное ведро: под нагрузкой напряжение на них изменяло полярность. Менять все элементы смысла не было, поэтому я переделал этот аккумулятор в некий адаптер для подключения шуруповёрта к прикуривателю автомобиля.
Но подключать я его собирался не к бортовой сети авто, а к старому свинцовому аккумулятору 12в 7ач от галогенного света для видеокамеры, гнездо которого было аналогично гнезду автомобильного прикуривателя. Свет для видеокамер у меня уже давно светодиодный с питанием от литиевых аккумуляторов, но аккумулятор на 12в остался, вот и пригодился для шуруповёрта, правда использовался всего пару раз. Вот этот супермега адаптер:
Но так как аккумулятору 12в 7ач было уже больше 8 лет, он перестал держать заряд, восстановить его не удалось, и я был вынужден сдать его на металлолом. Так что скорее всего «адаптер» под прикуриватель разберу, подключать «шурик» к машине смысла не вижу.
Этим летом окончательно сдался и второй аккумулятор шуруповёрта, он стал разряжаться настолько быстро, что серьёзную работу им выполнять стало невозможно. Весной он ещё хоть как-то работал, но к осени десяток средненьких саморезов на одной зарядке стал его пределом.
Но тем не менее, я считаю, что поработали родные аккумуляторы шуруповёрта очень неплохо - у меня они протянули 8 и 10 лет, в то время как у знакомых умирали и на 3-м, и на 5-м году, при примерно таком же непрофессиональном режиме использования.
Покупка даже одного нового никель-кадмиевого аккумулятора - форменная дикость, это 50-60% цены подобного шуруповёрта (да, такие ещё продаются) с двумя такими аккумуляторами в комплекте. Также отверг я вариант покупки уже собранной батареи никель-кадмиевых аккумуляторов с али или ебэя, готовой к установке в корпус отжившего аккумулятора: это дешевле, но качество этих батарей сомнительное, так, у двух купленных мной на ебэе элементов был приличный разброс ёмкости, и сколько это всё проработает, неизвестно. К тому же, от никель-кадмия я решил отказаться окончательно и бесповоротно: от перевода на литий аккумуляторной отвёртки, что я проделал полгода назад, впечатления самые положительные.
Вообще, конечно, мой шуруповёрт уже старый и потрёпанный, поэтому были мысли купить ему на замену новый, современный, с литиевым аккумулятором. Но механическая часть пока ещё в полном порядке, а у современных недорогих шуриков механика чрезвычайно слабая: те, что доводилось держать в руках, имели просто неприличные люфты в подшипнике патрона через неприлично малый срок времени. А покупать профессиональный дорогой шуруповёрт смысла нет, большую часть года он пролежит в шкафу.
Но самое главное, что руки чесались переделать шуруповёрт под литий самому. При этом были определённые сомнения: стоимость аккумуляторов, платы защиты и выравнивания заряда приближалась к простенькому шурику на литии из Леруа-мерлена, с годовой гарантией. Но желание попаять и помастырить перебороло сомнения, что пришлют левые аккумуляторы, что что-то пойдёт не так и т.п.
Сначала я хотел сделать всё по классической схеме, то есть взять три высокотоковых аккумулятора формата 18650, добавить к ним плату защиты и выравнивания заряда 3S, соответственно переделать зарядное устройство под литий. Но потом решил сделать проще, и на мой взгляд, намного удобнее.
По опыту работы с аккумуляторами для видеокамер VBG6, F550, F770 и др, где два аккумулятора 18650 соединены последовательно, я давным-давно сделал вывод, что умирают аккумуляторы в основном из-за того, что схема выравнивания заряда не справляется со своей задачей. В итоге один аккумулятор постоянно перезаряжен, второй недозаряжен, и очень скоро батарея идёт в мусорное ведро. Даже замена умерших элементов на оригинал Sanyo, у которых параметры куда стабильнее, давала эффект не столь продолжительный, как хотелось бы, пара лет и всё…
А в шуруповёрте батарея будет из трёх элементов, токовые нагрузки куда выше, разбаланс ёмкости элементов проявится быстрее, поэтому я очень сомневаюсь, что плата выравнивания заряда/балансировки поможет аккумуляторам не умереть преждевременно. Поэтому и решил отказаться от зарядки сразу всех аккумуляторов от одного источника, в пользу зарядки каждого по отдельности. Трёхканальное зарядное устройство я решил взять готовое, широко известное Imax B3, на мой взгляд оно в любом случае эффективнее, чем плата балансировки, к тому же при этом весьма компактное и лёгкое.
От платы защиты от переразряда/перезаряда я решил вообще отказаться, на шуруповёрте есть индикатор напряжения аккумулятора, по нему вполне можно сориентироваться, насколько разряжен аккумулятор. Ну а если какой-то аккумулятор из трёх «подгуляет» и будет мучиться наравне со всеми (защита от снижения напряжения давно бы вырубила всю батарею)… знать, судьба у него такая, ему уже не помочь, зато батарея не будет отключаться раньше времени.
Прикинув, что после установки в корпус аккумулятора трёх элементов 18650 в нём останется ещё достаточно много свободного места, я решил и саму зарядку Imax B3 запихать туда же. При этом для зарядки аккумуляторов достаточно будет просто подключить к шуруповёрту шнур 220в. И ведь действительно удобно: никаких внешних зарядок, в комплекте к шуруповёрту будет только шнур 220в, причём шнур универсальный, даже от приёмника/принтера/муз.центра подойдёт.
Сказано-сделано. Первыми приехали ко мне аккумуляторы с GB, сначала я пытался их проверить сам, ставя по одному в имеющийся у меня повербанк, давая нагрузку в 1А, и рассчитывая ёмкость, исходя из времени работы до отключения. Несмотря на то, что я пересчитывал ёмкость с напряжения 5в до напряжения 3,7в, результаты у меня получились сильно заниженные, порядка 1,5ач, поэтому я попросил знакомого проверить эти аккумуляторы на полноценной тестовой зарядке Opus, модель не помню, и он успокоил меня, ёмкость всех аккумуляторов оказалась в норме, правда, не 2,5ач, а 2,3ач, что меня вполне устроило.
Изначально я хотел соединить аккумуляторы точечной сваркой, даже купил для этого никелевую ленту, но агрегат для точечной сварки так и не доделал. Поэтому решил использовать готовый держатель трёх элементов 18650, заказанный, правда, для совсем другой поделки. Он не соответствовал описанию продавца, но после небольшой переделки вполне подошёл, тем более что аккумуляторы сидят в нём очень плотно, контакты достаточно толстые и жёсткие. Даже при очень динамичной тряске аккумуляторы не выскакивали из держателя.
В самую последнюю очередь приехала ко мне зарядка Imax B3. Проверил - работает, тогда и запустил процесс переделки шуруповёрта на литий.
Родной аккумулятор был выпотрошен, я припаял провода к контактной группе, на основании корпуса закрепил винтами батарейный отсек, и припаял к нему провода. Поставил предохранитель на 10А, но его повесил на клеммах: автомобильный держатель не влез в корпус. Кстати, подпирает контактную группу один из никель-кадмиевых элементов, он как раз нужной длины. Погонял шуруповёрт от литиевых аккумуляторов и подивился, насколько мощно он теперь крутит.
Далее я установил зарядку Imax B3 в крышку аккумулятора, поставил на боковую стенку крышки разъём для зарядки (не родной). У индикаторных светодиодов удалил подставки, и вывел их в отверстия в корпусе, так что теперь можно наблюдать весь процесс зарядки по трём светящимся «глазам». Естественно, красный свет - идёт зарядка, зелёный - заряжено.
Далее подсоединил зарядку к аккумуляторам, немного погонял шуруповёрт, и поставил на зарядку. И вот тут вылезла проблема, о которой я уже читал, и избежать которой было в принципе нельзя. Микросхемы - контроллеры заряда TP4056 стали дико нагреваться. Ну ещё бы им не нагреваться, зарядный ток (судя по токозадающему резистору сопротивлением 1,8к) около 600 мА, на входе порядка 6в. Причём у меня были практически полностью заряженные аккумуляторы, напряжение на которых во время заряда было около 4,15в, при этом на каждой микросхеме рассеивалась мощность около 1,1 вт. Этого вполне достаточно, чтобы три микросхемы на небольшой плате, да ещё в замкнутом объёме, конкретно поджарились. Если б аккумуляторы пришлось заряжать с нуля, то на микросхемах рассеивалась бы ещё большая мощность.
Поэтому я заменил токозадающие резисторы, увеличив их с 1,8к до 4,7к, таким образом снизив зарядный ток до примерно 270 мА. Но даже при этом микросхемы обжигали пальцы. Конечно, ничего страшного в таком режиме не произошло, аккумуляторы нормально зарядились, почти одновременно загорелись зелёные светодиоды. Но всё-таки, в сильную жару зарядное устройство может перегреться, корпус-то у меня при испытаниях не был закрыт. Ну и ток заряда как-то маловат.
Поэтому я установил на микросхемы небольшой радиатор (через номакон), снова изменив токозадающие резисторы на 2,2к - зарядный ток около 500 мА. Погоняв зарядку в таком режиме, я не обнаружил сколь-либо серьёзного нагрева радиатора, и уверен, что и в жаркий день в закрытом корпусе аккумулятора температура будет в норме.
Единственное, что меня напрягает, так это максимальное напряжение на аккумуляторах в конце заряда: 4,20 4,23 4,21в. Разве это не слишком много? Но повлиять на это напряжение невозможно, разве что заменить микросхемы.
В общем, собрал новый аккумулятор окончательно. Вместо прежних 1,5ач он имеет ёмкость 2,3ач, причём без эффекта памяти. Минус в том, что его нельзя оставлять на сильном морозе, но никто же не заставляет так делать.
Ну и как работает от нового аккумулятора шуруповёрт, мне нравится.
Теперь немного о родном зарядном устройстве шуруповёрта:
Зарядка все 10 лет отработала нормально, несмотря на то, что грелась как утюг. Удивительно, но за 10 лет из неё так и не выветрился резкий запах пластика и жжёного гетинакса. Применить её теперь негде, поэтому решил её распотрошить:
Все изделия фирмы «Интерскол», с которыми мне доводилось сталкиваться, вызывали большие сомнения, что сделаны они у нас в стране, как утверждает сам «Интерскол». Слишком уж у них всё «по китайски», и печать, и сборка, и исключительно импортные комплектующие. Также и с зарядным устройством, «своего» просто ноль. Я знаком с отечественным производством, как ширпотреба, так и военной техники, и считаю, что в данном случае сделано всё «не по нашему». Думаю, «Интерскол» лишь клеил свои этикетки.
Но раз зарядка идёт в утиль, я решил позаимствовать из неё контактную группу, подключавшуюся к аккумулятору. Плату разобрал и опилил, оставив кусок с контактами:
Вопрос, зачем? Да чтобы иметь возможность подключить к аккумулятору вместо шуруповёрта внешнюю нагрузку. Раньше «походным» источником напряжения у меня был аккумулятор на 12в 7ач, но он умер, и логично было использовать вместо него аккумулятор для шуруповёрта. Вот я и изготовил из кусочка зарядки и других подвернувшихся под руку материалов специальный переходник.
Назначение этого переходника со штекером прикуривателя на проводке - питание бортсети автомобиля при съёме стартерного аккумулятора для подзарядки или замены на другой аккумулятор (у меня их два). Жутко не хочется восстанавливать настройки магнитолы и других устройств после обесточивания бортсети. Воткнул штекер в прикуриватель - и делай своё дело, можно при этом и габариты с аварийкой включить, и все настройки сохранятся. Жаль только лампы под капотом нет… Заводить мотор при подключенном внешнем аккумуляторе не рекомендуется, ограничитель зарядного тока аккумуляторов отсутствует, но в случае чего перегорит предохранитель на 5А в штекере.
В планах сделать переходник универсальным, чтобы подключать разные устройства, но я не нашёл у себя подходящего разъёма, позже переделаю.
В общем, переделкой шуруповёрта доволен. Обошлось мне это примерно в 1100 рублей, плюс три вечера после работы на переделку. На мой взгляд, получилось удобно, но, конечно, не без недостатков. За разрядом батареи нужно следить, чтобы не угробить аккумуляторы, и лучше переделанный шурик не давать в чужие руки. Но я сам пока ещё точно не знаю, как поведёт себя шуруповёрт при разряженной до предела батарее, насколько снизится его мощность, и что при этом покажет индикатор. Так что надо будет понаблюдать за шуруповёртом в процессе работы с ним.
Планирую купить +58 Добавить в избранное Обзор понравился +61 +114Давно 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:)
