Замена никелевых аккумуляторов на литиевые в шуруповерте

Ничего нового я в этой статье не скажу, но просто хочется поделиться опытом апгрейда аккумуляторов моего старого шуруповёрта Makita. Изначально данный инструмент был рассчитан на никель-кадмиевые аккумуляторы (которые давно уже умерли, как умерли и купленные на смену такие же). Недостатки Ni-Cd известны: низкая ёмкость, небольшой срок жизни, высокая цена. Поэтому уже давно производители аккумуляторного инструмента перешли на литий-ионные батареи.

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.

Внимание: данная статья и изображения в ней являются объектами авторского права. Частичное или полное воспроизведение на других ресурсах без согласования запрещено.

Информационный сайт о накопителях энергии

Ручной инструмент делится на профессиональный и любительский. Бюджетный вариант не предполагает интенсивного использования. Узлы выполнены из пластика, аккумулятор никель- кадмиевый. Литиевые батареи устанавливают в профессиональном инструменте. Но модели прошлых лет имели «неубиваемую» комплектацию, в них устанавливали до 15 кадмиевых банок, заметно утяжелявших конструкцию. Если старая батарея уже потеряла емкость, а новая износится скоро, можно выполнить замену аккумулятора, применив литиевые ячейки.

Чем отличаются никель-кадмиевые аккумуляторы от литиевых

Начиная с середины прошлого столетия наступила эра никель-кадмиевых гальванических элементов. Сегодня этот тип солевых аккумуляторов по прежнему востребован, и в некоторых показателях превосходит литиевые. Из-за практичности и безопасности они применяются в ручном инструменте, в шуруповертах и дрелях. Сильные стороны никель-кадмиевых аккумуляторов:

• низкий риск перегрева, так как внутри идет эндотермическая реакция с поглощением тепла:
• герметичный металлический корпус прочен, прибор сохраняет работоспособность даже при -40 0 С;
• срок службы до 8 лет, при условии правильной эксплуатации;
• доступная стоимость.

Существенными недостатками этого вида источников энергии считают эффект памяти и длительный цикл зарядки, 12-14 часов. Заряжать аккумулятор можно только после посадки напряжения на ноль и под завязку. Иначе емкость будет уменьшаться.

Литий-ионные аккумуляторы относятся к новому классу гальванических элементов на щелочной основе, с большой плотностью заряда. Они не имеют эффекта памяти, заряжаются на любой остаточной емкости, но требовательны к эксплуатации.

Условия работы литий-ионных аккумуляторов:

• Велик риск перегрева и КЗ при перезаряде и в окружающей среде при +60 0 С и выше. На минусовой температуре работают только литиево-железо-фосфатные элементы.
• Корпус прочен, имеет дополнительную защиту от перегрева, КЗ и опасных напряжений.
• Емкость литиевых аккумулятора в 2 раза больше чем кадмиевых, подзаряжать можно в любой момент.
• Изделие не терпит перезаряда, посадки ниже 2,5 В.
• Емкость уменьшается при работе и хранении примерно 3 % в год.
• Стоимость одного элемента примерно 100-130 рублей.

Литиевые аккумуляторы можно зарядить быстро примерно за час. Полный цикл двухэтапной зарядки составляет около 3 часов. Изделия по габаритам больше, чем кадмиевые, но их нужно в 2 -2,5 раза меньше, инструмент становится легким, работоспособность длительная, подзарядить можно при любом простое.

В общий класс литиевых аккумуляторов входят литий-ионные и литий-полимерные. По типу применяемого активного вещества они подразделяются:

• литий-кобальтовый;
• литий-марганцевый;
• литий-никель-марганец-кобальт-оксидный;
• литий-железо-фосфатный;
• литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный;
• литий-титановый.

Каждый вид литиевых аккумуляторов работает в своих параметрах, имеет характерную емкость, заряд, сопротивление. В тяговых аккумуляторах для погрузчиков, штабелерах и другой аккумуляторной техники, работающей в тепле, важна емкость батареи, мобильность, КПД. Здесь свинцовые аккумуляторы уступают по всем параметрам. Используют литий-железо-фосфатные батареи. Они не пожароопасны, работают при большом минусе и не боятся глубокой разрядки, но не ниже 2 В.

В автомобильной технике в качестве стартерного аккумулятора кислотные АКБ прочно занимают нишу.

Никель-кадмиевые и литиевые аккумуляторы для шуруповерта

В шуруповертах и дрелях чаще используют никель-кадмиевые аккумуляторы. Инструмент обеспечивается энергией нужных параметров, можно работать зимой на улице. Зарядка производится на полный цикл, во избежание потери емкости.

Если ваш ручной инструмент недорогой и любительского уровня, лучше не заниматься переделкой, не менять кадмиевые аккумуляторы на литиевые. Апгрейд своими руками на литиевую батарею обойдется около 2000 рублей. Какой смысл в переделке, если новая дрель может стоить дешевле?

В дрели и шуруповерте стоят никель кадмиевый аккумулятор АА, литиевый по размеру несколько больше. При переделке необходимо так уложить новые элементы в гнездо, чтобы они лежали компактно, без люфта. Кроме того потребуется включить в схему плату защиты от разряда и перезаряда, балансир, использовать доработанное или специальное зарядное устройство.

Новая аккумуляторная батарея сделает шуруповерт более работоспособным. В некоторых случаях незначительно увеличится мощность дрели. Но для стабильной работы необходимо помнить, что лучший режим для литиевого аккумулятора – узкий диапазон рабочего напряжения.

Видео

Надумали поставить литий-ионный аккумулятор на шуруповерт? Внимательно посмотрите порядок работы на видео.

Неизбежное наступило – аккумуляторы в моём стареньком Hitachi DS 12DVF3 окончательно сдохли. Отвратительно держать заряд они стали уже очень давно, но для мелких бытовых нужд имеющейся ёмкости хватало, поэтому я никогда и не думал над решением этой проблемы. До того момента, когда мне понадобилось просверлить отверстие в кухонной мойке из нержавейки, на что у меня ушло минут сорок! На одно отверстие! Один аккумулятор раскачать вообще не удалось, а другой так и работал, двадцать секунд крутит, около десяти минут заряжается. Вот тут то я и понял, что пришло время подарить новую жизнь моему любимому инструменту.
Понятно, что для начала необходимо было немного ознакомиться с теорией, чтобы понять, что вообще мне предстоит сделать. Конечно, тема эта совсем не новая и переводом шуруповёртов на литий занимаются все, кому не лень. Но каждый делает это по своему в зависимости от своей образованности, количества лени и понятия о красоте. Мне же нужно было, чтоб с технической стороны всё было сделано абсолютно правильно, чтоб снаружи выглядело не страшно и чтоб аккумуляторами можно было удобно пользоваться. Перечитав и пересмотрев огромное количество материала, я взял за основу проект от AlexGyver.

Определившись с необходимыми элементами, я полез на Ali тратить деньги. Литиевые аккумуляторы заказал с уже наваренными никелевыми пластинами, чтоб не мучить пайкой ни себя, ни их. Оказалось, что доставляются аккумуляторы действительно долго и, пока я ждал одних из Китая, купил в местном магазине ещё и другие, но уже без пластинок, ведь у меня два корпуса для переделки. Спустя полтора месяца после заказа, я наконец-то свои посылки получил и уже можно было приступать к работе. Для начала разбираю один старый корпус и знакомлюсь с его содержимым.

Тут надо аккуратно отломать верхнюю контактную площадочку, она будет необходима позднее. Ещё понадобятся никелевые перемычки для припаивания к аккумуляторам второго блока, поэтому этот хлам отодвигаю пока в сторону. Далее примеряю новые компоненты, чтоб понять фронт предстоящих работ.