Самодельный аккумулятор для шуруповерта

Переделка 12В шуруповерта с Ni-Cd на Li-ion аккумы. Часть 1.

Года три у меня уже трудится безымянная аккумуляторная дрель-шуруповерт, купленная в Леруа-Мерлен за смешные 400 рублей. Акумы в ней конечно же никель-кадмиевые, очень слабенькие, но год они продержались достойно. сейчас уже не держали совсем, невозможно даже просверлить несколько отверстий в листе металла 1 мм. Короче решил погуглить что можно сделать. Выход: переход на литий-ионные батареи, которые в разы лучше.
Немного теории, как я понимаю сам.
Литиевые батареи очень требовательны к зарядке и в целом к эксплуатации. Ни в коем случае нельзя перезаряжать, потому что могут перегреться и выйти из строя и даже взорваться. Зарядное напряжение должно составлять максимальному напряжению одного акума, то есть обычный акум 18650 будет нормально заряжаться напряжением 4,2 вольта. Разряд батареи ниже 2,9 вольта тоже приводит к выходу из строя батареи. В общем для контроля всего этого нужна специальная BMS плата и доработка зарядного устройства.
Переделку разделю на 2 части: доработка батареи и доработка зарядного устройства.
Вот так собственно выглядит мой чудо агрегат.

Где-то меясц назад заказал с али плату BMS и плату стабилизации напряжения и тока. За обе платы вышло 230 рублей.

Акумуляторы на литие достал из староой батареи от своего ноутбука, их там было 6 штук, общая емкость батареи была 4000 амперчасов. Мне нужно 3 банки, то есть 4,2 х 3 = 12,6 В. 3 банки еще будут в запасе. Изоляция акумов при разборке пострадала, обмотал их аккуратно изолентой.

Начну переделку с батареи. В первую очередь разобрал и достал стопку никеливых банок.

Верхние 2 банки нужны, потому что на них держаться контакты батареи, подпаял к контактам пару проводов, контакты банок заизолировал.

Вставил все это дело на свое место и залил термоклеем.

Чем заменить аккумулятор для шуруповерта на 12 вольт

Чтобы подобрать идеальный вариант того, чем заменить аккумулятор для шуруповерта 12 вольт, нужно разобраться в особенностях конструкции элемента питания и принципе его функционирования. Система достаточно проста, поэтому справиться с работой могут даже люди без особого опыта в данной сфере. Главное – подобрать подходящее решение и следовать рекомендациям из соответствующего раздела.

Какие бывают аккумуляторы в шуруповерте

Неважно, какого бренда электроинструмент – Бош, Интерскол, Макита, Хитачи и т. д., функционируют все они по одному и тому же принципу. Энергия накапливается в элементе питания, который отдает ее при использовании шуруповерта. При этом ресурс аккумулятора зависит от его типа. На сегодня используют 3 основных варианта, у каждого из которых есть свои преимущества и недостатки.

Литий-ионные батареи

Самое совершенное решение на сегодняшний день, которое стабильно работает в широком диапазоне температур. А если оборудование просто лежит, то саморазряд в год не превышает 20%, что также очень важно. Главные достоинства таковы:

Возможность быстрой зарядки без ущерба оборудованию.
Литий-ионные аккумуляторы имеют большую емкость при малой массе.
Нет эффекта памяти, поэтому заряжать элемент питания можно по мере необходимости.
Система обеспечивает высокую пожаробезопасность, также есть защита от перезаряда.
Самая большая энергоемкость.

Из минусов надо выделить такие:

На морозе время работы батареи сокращается.
Цена литий-ионных батарей на порядок выше.
Срок службы от 2 до 5 лет.
Под каждую модель аккумулятора нужно свое зарядное.

Это решение идеально подойдет тем, кто пользуется инструментом постоянно.

Никель-металлогидридные АКБ

В этой разновидности основное значение имеет качество используемых сплавов, поэтому у каждого производителя своя особая технология изготовления. Вариант можно назвать золотой серединой, так как он не содержит токсичный кадмий и имеет много достоинств, среди которых основные таковы:

Доступная стоимость.
Эффект памяти есть, но не очень большой.
При небольшой массе и размерах емкость достаточно внушительная.
Хорошие рабочие параметры при функционировании в допустимом диапазоне температур.

Есть и определенные недостатки:

Достаточно высокие показатели саморазряда.
После 200-300 циклов перезарядки емкость элементов питания снижается.
Выделение тепла при зарядке.
Батареи не работают при температурах выше +40°C и ниже -10°C.

При полном разряде мощность батареи падает и восстановить ее до исходных параметров не получится, поэтому нужно постоянно следить за зарядом.

Никель-кадмиевые АКБ

Самый недорогой вариант, который был больше всего распространен несколько десятилетий назад. Проще говоря, это традиционные щелочные элементы питания, которые имеют такие достоинства:

Невысокая стоимость.
Быстрый процесс зарядки.
Стабильная отдача энергии при температурах до -20°C.
До 100 циклов заряда-разряда.
Большой срок хранения.

Есть и свои недостатки, которые следует разобрать:

Высокие показатели саморазряда при хранении. После длительного цикла без работы надо проводить процесс восстановления.
Токсичность кадмия.
При глубоком разряде батареи получают необратимый ущерб.

Если шуруповерт используют каждый день, можно выбирать и это решение – как самое бюджетное.

Чем можно заменить изношенный аккумулятор в шуруповерте

Чтобы провести работу самостоятельно, нужно выбрать вариант ремонта своими руками и заранее подготовить все необходимое. Лучше следовать пошаговой инструкции и соблюдать аккуратность, так как любая ошибка может привести к полному выходу аккумулятора из строя.

Перепаковка элементов питания на аналогичные

Самое простое решение, применяемое чаще всего. Оно заключается в замене изношенных батареек на новые.

Для работы потребуется следующее:

Элементы питания по характеристикам полностью идентичные тем, которые установлены в аккумуляторе. Если информации на этот счет нет, придется предварительно разобрать устройство.
Паяльник.
Флюс и припой.
Мультиметр.
Отвертки.
Тонкогубцы.
Изоляционная лента.
Медная проволока или пластинки для контактов.

Работу необходимо проводить таким образом:

Полностью зарядить шуруповерт, снять аккумулятор и разобрать корпус. Нужно аккуратно отщелкнуть соединение или отвернуть шурупы, тут все зависит от конструкции и производителя изделия.
Извлечь батареи, чаще всего их несколько. Измерить показатели напряжения на каждой, записать.
Собрать аккумулятор, использовать шуруповерт до его разрядки. Снова разобрать корпус и провести замеры. Все элементы должны иметь примерно одинаковые показатели. Если в некоторых разница составляет 0,5 В и более – это показатель изношенности, все такие батарейки надо менять.
С помощью паяльника аккуратно разделить контакты, снять старые батареи и на их место поставить новые. Важно проводить пайку аккуратно, следить за соблюдением полярности.
По возможности использовать штатные контакты, если они повреждены, подходят новые или можно приспособить медные проводки.
Собрать аккумулятор, заряжать его в течение как минимум 8 часов, чтобы выровнять потенциалы старых и новых элементов питания. Затем оставить шуруповерт на 12-16 часов, после чего можно пользоваться оборудованием как обычно.

Паять контакты следует аккуратно и быстро, чтобы не перегреть батареи, так как это может отрицательно сказаться на их потенциале.

Замена на литиевые аккумуляторы

Если хочется перевести шуруповерт с никель-кадмиевых или с никель-металлогидридных на литий-ионные, нужно придерживаться другой инструкции. Для начала надо уточнить потребляемую мощность и напряжение оборудования. Если разделить первый показатель на второй, можно узнать максимум потребляемого шуруповертом тока. При выборе новых аккумуляторных батарей нужно учитывать именно этот показатель, чтобы не перегружать оборудование.

Для работы потребуется следующее:

литий-ионные батареи;
отвертки;
паяльник;
флюс и припой;
изолента.

Работу следует проводить таким образом:

Приобрести нужное количество батарей, если использовать стандартные модели 18650, их токоотдача будет 4,2 Вольта. То есть, потребуется 3 элемента питания, так как показатели всегда округляются в большую сторону.
Разобрать корпус аккумулятора, чаще всего он держится на защелках или на нескольких шурупах с нижней стороны.
Снять старые элементы питания, можно распаять их или срезать ножом, особой разницы нет.
Использовать 2 холдера для батареек, в которых они будут размещаться для быстрого съема, когда потребуется зарядка. Их надо соединить друг с другом любым подходящим способом.
Контактами соединить последовательно места установки 3 элементов питания. Минус одного должен идти на плюс другого.
Для контроля заряда в систему нужно поставить светодиод, который надо соединить через резистор на 1 кОм. Диод надо вставить в удобное место корпуса АКБ, сделав в нем отверстие горячим гвоздем. Подключать его следует параллельно питанию шуруповерта.
Припаять провода достаточного сечения к клеммам оборудования, после чего можно использовать шуруповерт по назначению.

Чтобы батарейки заряжались одинаково, важно купить изделия одной модели и емкости. Они также должны быть изготовлены не в разных партиях.

Установка нештатного аккумулятора 12v 5-7 А-ч

Этот вариант используют в случаях, когда под рукой нет батареек, а нужно обеспечить длительное питание оборудования. Батареи этого типа имеют размеры 15х10х7 см, они достаточно тяжелые. Поэтому крепить их к шуруповерту нет смысла. Эти батареи применяют как внешний источник питания, для удобства его можно класть в карман или носить в небольшой сумке, чтобы обеспечить необходимую мобильность.

Для работы нужно следующее:

аккумулятор на 5-7 А-ч;
паяльник;
флюс и припой;
гибкий двужильный кабель в прочной изоляции подходящей длины.

Инструкция по проведению работ достаточно проста:

В первую очередь надо разобрать корпус аккумулятора им извлечь батареи. Очистить контакты и припаять к ним 2 предварительно зачищенных конца с одной стороны кабеля. Закрепить так, чтобы при рывке он не оторвался, можно прижать внутри шурупами и пластинкой. Собрать корпус и поставить на место.
Второй конец кабеля нужно присоединить к аккумулятору. Для этого надо очистить изоляцию на жилах и установить на них клеммы подходящего размера. Место соединения нужно обжать, после чего закрыть термоусадочной трубкой.
Подключить контакты и проверить работу оборудования. Если все нормально, можно пользоваться инструментом по назначению.

Многие используют это решение как резервное, когда основной аккумулятор сел и нет времени ждать, пока он зарядится.

Отремонтировать или заменить элементы питания в аккумуляторе на 12 Вольт несложно, если разобраться в особенностях и выбрать подходящий вариант восстановления. Можно применять аналогичные батареи. Также допустимо доработать систему, чтобы использовать литий-ионные разновидности или приспособить аккумулятор большой емкости для длительной работы. Чтобы еще лучше разобраться в особенностях процесса, стоит посмотреть подробное видео.

Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 12в

В данной статье рассматривается:

Что мы имеем: старый шуруповерт Интерскол Да-12ЭР-02 вполне бодро работающий, но с умершими аккумуляторами.

Наша цель: заменить старые аккумуляторы Ni-Cd на новые li-ion

Для переделки по моему варианту нам понадобиться:

– шуруповерт Интерскол Да-12ЭР-02 )))
– паяльник от 60W т.к. менее мощным не пропаяешь
– мультиметр (тестер)
– «кислота паяльная» – вариаций их много, берем с кисточкой

Батарея:

литиевые аккумуляторы 18650, например берем батареи уже с хвостиками. Батареи нам нужны высокоамперныечитать.
плата защиты с балансиром 3S 40A 12.6V 40A lithium battery protection board
провода короткие, но толстые сечение от 1,5
двухсторонний скотч
толстая широкая относительно мягкая прокладка 1.5- 2см

Зарядное устройство (можно не переделывать):

– понижающий DC-DC преобразователь напряжения (XL4015). Статья об этих преобразователях читать
– макетная плата, например. Нам нужна толстенькая плата.
– 4 диода от 100в 3А либо готовый диодный мост, я использовал смотреть. Либо это возьмется с оригинальной платы зарядки.
– конденсатор от 470мкф 35В. Либо это возьмется с оригинальной платы зарядки.
– два светодиода разного цвета 5мм.
– термоклей
– провода различной длины и сечения.
– сверла 2мм

Меры предосторожности:

– при работе с аккумуляторами надо быть предельно осторожными не допуская замыкания их, в момент замыкания в месте контакта возникаю огромные токи, что могут привести к ожогам, повреждению глаз, взрывам и пожарам. А так же выхода из стоя всех комплектующих.
– при работе с кислотой необходимо быть предельно осторожными т.к. она может попасть в глаза на кожу и т.д. последствия могут быть очень печальными.
– производить работы только на отключенном оборудовании от сети питания 220в. Необходимо так же учитывать, что в схемах питания используются конденсаторы, что накапливают заряд и когда вы отключили прибор от сети, это не означает, что плата обесточена…

Поехали:

Если у вас что-то нет из перечисленного списка выше, то лучше не приступать к работам т.к. гемора вы себе создадите больше, чем сделаете работ.

Сборка новой батареи (3шт. 18650):

Предисловие

Можно использовать и 6шт. 18650, что увеличит нашу емкость батареи в два раза, но потребует больший ток заряда, что потребует отказаться от родного блока питания без переделок, и наша зарядка будет длиться ооооооооочнь долго.

Хочу обратить ваше внимание и это очень важно, батарейки на фото не подходят для нашей задачи, это мой косяк, я купил не подумав. Берите исключительно высокоамперные батареи. Но т.к. вариантов у меня не было, я делал на них.

Почему нам нужны высокоамперные батареи – литиевые батареи рассчитаны на использование в определенных условиях заряда разряда, те что на фото допускают их разрежать токами 2С т.е. в данном случае это около 6А.шуруповерт в момент старта потребляет ток от 15А до 25А и при постоянной нагрузке около 10А. Как мы видим мы превысили требования производителя. Высокоамперные батареи рассчитаны на более высокие токи разряда от 10А, что гарантируем нам более долгий срок службы, а так же меньше сюрпризов в будущем от неправильной эксплуатации. О таких батарейках почитайте: читать

Плата с защитой и балансировкой – позволит нам эксплуатировать литиевые аккумуляторы в тех пределах, что рекомендуют производители. Она защитит наши батареи от глубокого разряда, а так же от перезаряда, что для литиевых батарей очень критично и нарушения этого пункта приведет к очень быстрой деградации батареи т.е. потери своей емкости. Так же данная плата имеет схему балансировки, которая призвана уравнивать заряд на каждой ячейки батареи. Наши батареи имеют последовательное соединение, что в ходе эксплуатации приведет к их неравномерному заряду читать, что приведет к см.п.1, но данная плата позволит устранить этот эффект. Представленная плата, модернизированная по просьбе трудящихся и самовосстанавливается при срабатывании защиты.

Сборка:

Батареи мы используем с уже приваренными хвостиками. Первым делом снимаем защиту с хвостиков, дальше нам надо залудить концы. Залудить без использования кислоты (осторожно) вам не получиться так, что берем кислоту, паяльник и припой и лудим. Лудим с двух концов. Кислоту наносим тонким слоем, этого вполне достаточно в противном случае вы получите брызги в разные стороны.

Если вы купили кислоту без кисточки, то можно перелить ее в тюбик от лака для ногтей или же можно использовать, одноразовый шприц, где вы выдавливаете каплю и тут же ее назад втягиваете, оставляю тонкую пленку. Так же нам надо залудить плюсы первых двух батарей, в данных местах у нас будет производиться соединение батарей между собой.

После как вы все залудили, спаиваем последовательно батареи см .рис. На одной из батарей язычок повернут в обратную сторону. Спайку также производим мощным паяльником, просто приложив язычок и прижав жалом паяльника. Вот что должно у нас получиться.

Теперь фиксируем все изолентой или это можно сделать заранее перед пайкой. Клеем двухсторонний скотч для фиксации платы.

Приступаем к припайке батарей к плате.

Результат:

Разбираем родную батарею. Вытаскиваем старые батареи (Осторожно).

Откусываем черную штуку и припаиваемся. Провода нам нужны толстые т.к. токи у нас будут до 25А периодами и более , что при тонких проводах может привести к их возгоранию, а так же мы будем иметь потерю в мощности. Батареи аккуратно уберем в сторону.

Теперь нам нужно найти толстую, широкую относительно мягкую прокладку 1.5- 2см. Я ее оторвал от упаковки некого гаджета. Вырезам по размерам корпуса и кладем ее на дно, клеем двусторонний скотч и приклеиваем батарейки. Фиксируем ту чёрную штуку, торчащий конец должен быть такой длины, чтоб упирался в наши батарейки и давал закрыть корпус с неким натягом. Не перепутайте полярность!

В данном случае, коричневый провод у меня минус, а черный плюс. Коричневый на порядок толще, черного.

Обрезаем провода делая их как можно короче, дабы не терять ток на потерях, но надо учитывать, что нам надо еще припаяется к плате. Припаиваемся и собираем корпус, батарея готова.

Использовать готовую батарею можно с имеющимся зарядным устройством, но:

– есть жалобы на то, что корпус будет очень сильно греться, что многие опасаются. Но в конструкции зарядного устройства используется трансформатор и нагрев для него это нормальное явление. В моих экспериментах при токе 1А он грелся до 60С. В конструкции не предусмотрена система ограничения по току так, что ток в системе может быть в разы выше и нагрев выше. В тоже время теперь нам требуется больше времени на заряд батарей.
– в конструкции зарядного устройства присутствует система ограничения времени заряда и составляет она один час. Т.е. нам придется передергивать батарею для ее полного заряда.
– тяжко будет использовать родную зарядку, если мы решили использовать 6 элементов 18650 т.к. максимальный ток выдаваемый по заявлению производителя должен быть 1.8А . Т.е. длительное использование на токах более этого значения может привести к неизвестным последствиям. Для 3х элементов емкостью 3000мАч и рекомендуемым током заряда от 0,5С -1С (1.5А – 3А) мы укладываемся в параметры зарядника. Для 6 элементов нам надо ток заряда в два раза больше. И да, как я сказал раньше, в заряднике нет схемы ограничения тока заряда т.е. в некий промежуток времени мы будем заряжать свои батареи на приделах возможности зарядника, что терпимо для 3х, но не для 6 элементов.

В принципе это основные нюансы использования родного зарядного устройства.

О родном зарядном устройстве.

На холостом ходу ЗУ выдает нам 19-20В и ток короткого замыкание … не замерил. Производитель заявляет ток эксплуатации 1,8А.

Схема ЗУ SD-C804S найденного на просторах интернета.

Схема имеет, на мой взгляд, ряд некорректных обозначений, но не суть. В схеме нет узлов, которые бы следили и ограничивали бы ток заряда. Но есть схема слежения за напряжением выполнения на микросхеме U1 (не факт, подтвердить работоспособность этого узла не получилось), а так же узел ограничения времени заряда выполненной на микросхеме U2.

Что нам мешает: мешает нам схема ограничения по времени заряда, но ее можно просто отключить, в остальном как бы все устраивает. Но, мне не удалось заставить ЗУ показывать окончания заряда. Включив родную батарею на заряд, загорелся индикатор заряда, но разорвав цепь на аккумуляторе т.е. мы получили на выходе напряжение питания, индикатор так и не погас, а должен был, если окончание заряда регулируется по напряжению на батареи ( я не спец в электроники и понять как это полностью работает не могу ). А для нас это критичный момент т.к. плата защиты наших литьевых аккумуляторов при окончании заряда просто разрывает цепь.

Было много мыслей, как сделать зарядку – от модернизации текущей схемы, с автоматическим выбором какой аккумулятор вставлен старый или новый на простых элементах, до передки все на Ардуино с контролем всего и вся. Но на все это нужно много времени и сил …. Было решено не изобретать велосипед и пойти путем как все.

В качестве контроля заряда был выбран DC-DC преобразователь с контролем тока заряда на микросхеме XL4015 читать

Переделка родного зарядного устройства (жуткий колхоз):

Переделывать будем с расчетом возможности заряжать старый тип аккумуляторов.

Берем нашу китайскую плату, подключаем ее к лабораторному БП выставляем 19в, либо разбираем зарядку и цепляемся на выходы диодов.

Крутим подстроечный резистор напряжения и выставляем напряжение на выходе 15В т.к. родные Ni-Cd батареи имеют напряжение полного заряда 1,4в-1.5в, а их у нас 10. Для новой сборки батарей этот параметр безразличен, главное больше 12.6в.

UPD: Плата защиты с балансиром сама отключает батареи при превышении напряжения на аккумуляторах 12.6В, поэтому напряжение 15В нам не важно. Оно нам важно при зарядке старых аккумуляторов т.к. там нет платы защиты.

Переключаем мультиметр в режим измерения тока. Выкручиваем подстроечный резистор тока против часовой стрелки (вроде в эту сторону) до конца т.е. выставляем минимальный выходной ток. Подключаем концы мультиметра к выходу, замыкаем цепь, выставляем ток в 1А. Чем больше ток, тем быстрее будет заряжаться наша батарея, но и греться все будет больше. Не выставляете больше 1.5А от греха подальше. Настройка платы на этом закончена.

Разбираем наше ЗУ. Для внедрения новой платы нам надо будет распаять родную плату ЗУ, убрать все кроме двух светодиодов, диодного моста, и сглаживающего конденсатора, а так же самого разъёма для батарей. Это делается потому, что новую плату мы не сможем воткнуть т.к. мешает обвес платы. Я решил оставить в целости оригинальную плату и сделать колхоз.

Берм макетную плату, диодный мост, конденсатор, два светодиода либо выпаиваем все это с родной платы. Так же выпаиваем контактные разъёмы.

Далее нам надо на макетке собрать см. рис. (как смог) то, что обведено черной линией.

И запаять наши светодиоды как на рисунке. Коричневый это у нас минус, а оранжевый это плюс (провода какие были). Чтоб у нас не отламывалось провода в месте пайки, мы их зальем термоклеем. Все запаиваем по схеме. Не перепутайте полярность конденсатора и всех подключений. Светодиоды в корпусе крепим на термоклей.

В результате имеем вот такой колхоз.

Теперь все проверяем, собираем и пользуемся. У меня защита с данной платой не срабатывает от нажатия, но рукой, возможно, заставить ее сработать. Лампа заряда выключиться когда ток заряда будет меньше 10% от установленного т.е. менее 0.1А

Дополнение от 15.09.20:

Шуриком я пользуюсь не часто и после переделки поработал раза три. И вот сегодня поставив на зарядку батарейную сборку, через пару часов услышал хлопок. Вскрыв корпус обнаружил потек одной из банки, при этом все аккумуляторы оказались разряженные в ноль и при попытки их зарядки внешним источником, они не брали заряд. Плата БМС не имеет никаких внешних повреждений и коротких замыканий в основных точках.

Что произошло я так и не понял да и выяснять пока желания нет. Заказ себе новый шурик ИНТЕРСКОЛ ДА-10/14.4Л3, 1.5Ач [383.0.2.00]

Как вариант, я думаю, в будущем платы БМС брать не от непонятных китайцев, а взять клоны БМС от реально существующих шуриков.