Зарядное устройство для акб шуруповерта

Не всем пользователям нравятся штатные методы восстановления работоспособности аккумуляторов. Как правило, замечания вызывает чрезмерная длительность процесса. Самодельное зарядное устройство для шуруповерта поможет устранить этот недостаток. Представленные ниже сведения помогут реализовать такой проект без ошибок и лишних затрат. Они пригодятся для квалифицированного выполнения ремонтных операций собственными руками.

Преимущества аккумуляторных инструментов

Главным плюсом электроинструментов данной категории является автономность. Встроенная аккумуляторная батарея обеспечивает функциональность техники без подключения к стационарной сети питания 220 или 380V. Этой особенностью пользуются для выполнения ремонта в новостройках, в «походных» и других сложных условиях.

Другие преимущества:

• без мешающего соединительного кабеля питания проще выполнять отдельные операции;
• низкое напряжение батарей снижает опасность поражения электрическим током;
• этот инструмент намного тише, по сравнению с альтернативным решением автономности на базе бензинового генератора.

К сведению. Для справедливой оценки следует отметить, что оснащение аккумулятором увеличивает вес, стоимость и сложность.

Как работает зарядное устройство

Для восстановления заряда аккумулятора понижают и выпрямляют напряжение. Далее необходимо поддерживать оптимальную силу тока достаточное время. В некоторых ситуациях (с учетом типа батарей) приходится применять сложный алгоритм работы.

Разновидности аккумуляторов

Зарядное для шуруповерта создают с учетом особенностей автономного источника питания. В следующих разделах рассмотрены популярные аккумуляторные батареи. В ходе изучения совместимости функциональных компонентов шуруповерта рекомендуется уделить особое внимание режимам восстановления заряда.

Никель-кадмиевые

Эти аккумуляторы отличаются:

• разумной стоимостью;
• хорошими энергетическими показателями;
• длительным сроком службы.

К сожалению, большие проблемы возникают на стадии утилизации. Вредные химические соединения в составе Ni-Cd батареек наносят большой вред окружающей среде. По этой причине применение таких изделий постепенно прекращают во многих странах.

Если иные данные не указал производитель, выбирают режим эксплуатации вместе с подходящей электрической схемой ЗУ для шуруповерта по следующим данным:

• для продления срока службы рекомендуется «тренировка» 2-6 полными рабочими циклами перед началом эксплуатации и впоследствии через каждые 6-8 месяцев;
• допустимо длительное хранение в разряженном состоянии;
• напряжение предварительного разряда – от 0,9 до 1 V;
• номинальная емкость сохраняется только при положительной температуре;
• перегрев недопустим в процессе восстановления (не выше +40°C);
• о завершении цикла свидетельствует небольшое снижение напряжения;
• ток заряда вычисляют по формуле:

Важно! Буквой «С» обозначают емкость, указанную в паспорте аккумулятора. Если C=2,5 А*ч, можно применять заряд с током 5А = 2*2,5.

Сернокислотные аккумуляторы для шуруповерта

Изделия этой категории создают на основе свинцовых элементов с гелевым электролитом кислотного типа. Преимущества:

• простота;
• демократичная цена;
• возможность эксплуатации в любом положении.

Главными недостатками сернокислотных аккумуляторов являются значительные габариты и большой вес. Ячейки заряжают напряжением 1,8-2 V при поддержании тока 0,1-0,15*С.

Литий-ионные батареи для шуруповерта

Это наиболее распространенное современное решение. Аналогичные по конструкции батареи применяют в смартфонах и ноутбуках, другой бытовой и профессиональной технике. Плюсы:

• лучшие показатели, по сравнению с рассмотренными выше аналогами по накоплению энергии на единицу объема (веса);
• широкий рабочий температурный диапазон;
• длительное сохранение хороших эксплуатационных параметров;
• отсутствие чрезмерных требований к утилизации.

Одну стандартную ячейку заряжают напряжением 3,6V до уровня 4,2V. Превышение установленного производителем порога сокращает срок службы. Низкий уровень ограничивает накопительные возможности. Энергетический потенциал аккумуляторов восстанавливают с тщательным контролем температуры.

Виды зарядных устройств

В этом разделе рассмотрены типовые электрические схемы. Выбирают подходящий зарядник для шуруповерта с учетом следующих факторов:

• тип аккумулятора;
• количество ячеек;
• возможность тщательного контроля процесса зарядки;
• наличие навыков и знаний для качественной сборки (настройки) определенной конструкции;
• дополнительные требования по весу, размерам, другим индивидуальным критериям.

Аналоговые со встроенным блоком питания

Популярность таких инженерных решений объясняется сравнительной простотой и низкой себестоимостью. Представленное на следующем чертеже устройство обеспечивает стабильное поддержание напряжения для зарядки 12 вольтового блока с достаточно высоким током.

Пояснения к электрической схеме:

• микросхема КР142ЕН выполняет основную функцию – стабилизацию;
• для приведенного примера (на 12V) подходит модификация с индексом «8Б» в обозначении;
• этот элемент нагревается, поэтому его монтируют на металлическом радиаторе с площадью рассеивания 20-25 см кв.;
• обмотки трансформатора (сечение проводников) рассчитывают по необходимому току на выходе;
• конденсатором С1 убирают остаточные пульсации после выпрямления диодным мостом;
• о завершении цикла зарядки сигнализирует погасший светодиод (HL1), автоматическое отключение отсутствует.

Аналоговые с внешним блоком питания

Принципиальная схема в этом варианте аналогична рассмотренному примеру. Главное отличие – отдельное исполнение блока выпрямителя:

Такое устройство можно сделать миниатюрным. Его можно подключить к стандартному достаточно мощному выпрямителю (это блок питания ноутбука, планшета, другой техники). Пояснения для сборки:

• на транзисторе КТ 818 рассеивается большая мощность, поэтому его устанавливают на эффективный радиатор (площадь – от 35 до 45 кв. см);
• подстроечным резистором настраивают оптимальный ток на выходе с учетом особенностей аккумулятора;
• как и в предыдущем варианте, завершение процедуры – погасший светодиод.

Импульсные

Предыдущие устройства способны восстановить функциональность штатной батареи шуруповерта за 4-6 часов. Представленная ниже схема аналогичную задачу выполнит намного быстрее (45 мин.-1,5 часа). Главные преимущества – минимальные размеры и легкость.

Эта схема предназначена для заряда Ni-Cd аккумуляторных батарей усовершенствованного типа. Они снабжены специальным контактом, который необходим для контроля температурных показателей. Такое устройство без дополнительных команд воспроизводит цикл ускоренной разрядки. Пользователь может устанавливать перемычками различные комбинации выходных параметров.

Режимы заряда

Никель-кадмиевые (сернокислотные) ячейки заряжают напряжением 1,2 (1,8-2) V, соответственно, при поддержании тока (0,1-0,15) * С. В литий-ионных моделях напряжение повышают до 3,3 V. Стандартное зарядное устройство для шуруповерта 18 вольт поддерживает этот же уровень в процессе заряда. Окончание операции контролируют по уровню 21 V.

Важно! Литиевые элементы особенно чувствительны к перегреву. Повышение температуры более +60°C способно вызвать не только разрушение конструкции, но и воспламенение. Чтобы исключить опасные ситуации, тщательно контролируют данный параметр.

Дополнительные функции

Простейшая зарядка для шуруповерта способна только поддерживать определенное напряжение и силу тока. В сложных электрических схемах предусмотрены следующие особенности:

• пользовательская настройка электрических параметров;
• установка с применением таймера определенных временных интервалов;
• контроль температуры в режиме онлайн;
• микропроцессорное управление и поддержание рабочих режимов с защитными функциями.

Напряжение заряда и форм-фактор

Международная стандартизация по напряжению автономных источников питания электроинструментов отсутствует.

Следует понимать! Увеличение этого параметра позволяет уменьшать вес и размеры АКБ. Литиевые блоки собирают из стандартных элементов (1,2V).

По этой причине итоговое напряжение будет следующим (для количества батарей):

Модернизация зарядных устройств

В первом примере (аналоговое ЗУ) приведена электрическая схема для 12V аккумулятора. Установить другие электрические параметры на выходе по току и напряжению можно с помощью изменения параметров трансформатора и микросхемы. Доработка выполняется на основе предварительных расчетов.

К сведению. Если выполняется только ремонт зарядки шуруповерта, следует делать снимки в процессе разборки. Они помогут впоследствии правильно установить функциональные компоненты конструкции.

Как сделать зарядное устройство для шуруповёрта

Сначала уточняют общие параметры проекта. За основу берут имеющийся блок, который обеспечивает фиксацию батареи в правильном положении и надежный электрический контакт. Уточняют тип АКБ и соответствующее зарядное устройство.

Схема и порядок сборки блока питания

Аналоговые электрические схемы проще, однако занимают много места. Импульсные отличаются компактностью и повышенной сложностью. Выбрав подходящий вариант, пользуются навесным монтажом или создают печатную плату с учетом свободного пространства в корпусе. В ходе изготовления создают вентиляционные отверстия для эффективного охлаждения мощных транзисторов и микросхем. На завершающем этапе проверяют функциональность, завершают сборку.

Как использовать электроприбор

Применяют ЗУ с учетом определенной схемотехники. Простейшие модели только сигнализируют о завершении процесса, но не отключают сетевое питание. Некоторые виды АКБ необходимо заряжать с тщательным контролем температурного режима. После практического изучения процесса сборки отремонтировать вышедшее из строя изделие будет несложно.

Видео

"Народный" зарядник для шуруповёрта

Автор: arhimed2007, arhimed@ukr.net
Опубликовано 27.10.2015
Создано при помощи КотоРед.

Мрр-мяу! Воистину, лень – тормоз прогресса. Уже лет несколько валялся у меня в загашнике шуруповёрт. Польский (если верить паспорту), марки "VERTO", на 12 В. Когда-то выменял его на одну из древних мобил. НОВЫЙ! В УПАКОВКЕ. Но, блин, аккумулятор. С полного заряда его через месяц работы уже не хватало на десяток шурупов. Чуть позже я унюхал кем-то выброшенную начинку от аккумулятора BOSH и ею перепаковал свой аккумулятор. Но. те же грабли! Новые покупать задавила жаба. В общем, забросил я его куда подальше.

Так поляцкий продухт и валялся несколько лет. А недавно мне приволокли в ремонт другой шурик, на 14,4 В, марки "MATRIX". Один из шедших в комплекте аккумуляторов сдох, причём бОльшую часть банок тупо закоротило. В результате зарядное издало пшик и прогорело так, что аж корпус деформировался, и блок питания скис. Как всегда, термопредохранитель. Второй аккумулятор оказался вполне живым.

Естественно, просто восстановить "родной" зарядник – не вариант, если возможны такие дефекты. Нужна как минимум защита от перегрузки. Серьёзный зарядник с анализатором городить было влом, кроме того, в умных книжках говорилось, что самым простым в исполнении для NiCd является "капельный" режим заряда – током 0,1С, где С – численный эквивалент ёмкости батареи в ампер-часах. При этом не случается перезаряда и ток заряда по окончании процесса просто компенсирует саморазряд, который у банок от дядюшки Ляо достаточно высок. Таким образом, зарядник просто должен представлять собой стабилизатор тока. Он же не даст спалить блок питания в случае повторения истории с дохлой батареей.

"Родные" же зарядники, как оказалось, не блещут не только сложностью, но и качеством работы. Токозадающий резистор в них очень часто прогорает до дыр в плате, ток задаётся наобум Лазаря, ни тебе защиты, ни стабилизации! Посему от оригинальных китайских плат было решено избавиться и вставить вместо них более пристойный зарядник.

Изваять оный девайс было решено, как всегда, из подручных средств, а именно старого компьютерного железа. В качестве регулирующего элемента был выбран мощный MOSFET с материнской платы. Типовая схема стабилизатора тока на полевом транзисторе была дополнена индикацией питания и процесса заряда. Получилось вот что:
Собственно стабилизатор тока выполнен на элементах VT2, VT3 и токоизмерительном резисторе R5. Стабилитрон VD2 защищает MOSFET от превышения напряжения сток – затвор. На VT1 выполнен индикатор окончания заряда, гасящий красный светодиод HL2, когда напряжение на истоке VT3 упадёт ниже порога открывания минус падение напряжения на R4. А это, в свою очередь, происходит при увеличении напряжения на батарее свыше 15 В. Второй светодиод горит всё время, индицируя наличие питания на заряднике. Диод VD1 предохраняет батарею от разряда через схему при отключении БП.

В качестве VT1, VT2 были взяты самые распространённые в компьютерном барахле MMBT3904 (корпус SOT-23 с маркировкой 1Ам, t04, р04 или ещё несколько вариантов). VT3 – APM2025, шотя походу сойдёт любой n-MOSFET, применяемый в стабилизаторах питания материнских плат. Резисторы типоразмера 1206 взяты со старых серверных плат, хотя можно применить и меньшие. Просто под 1206 легче изготовить плату. Оттуда же был сдут и конденсатор того же типоразмера. Единственный выводной резистор – R5, который я установил мощностью 3 Вт. Хотя при желании его можно изваять из нескольких включенных параллельно 1210 от винчестеров, они такой ток выдержат.

Плата, как всегда, была разведена в Sprint Layout 6 и выполнена методом ЛУТ. Совмещение сторон выполнялось булавками через отверстия по краям платы. Переходы между слоями выполнены обрезками выводов, запаянными с двух сторон. Красный провод на фото – ошибка, которая в выложенном варианте платы уже исправлена. :) Разводка выполнялась точно под корпус. Разъём блока питания прикошачен непосредственно к плате. Подгонять эту конструкцию под направляющие в корпусе пришлось дремелем с фрезой, хотя можно и резаком, правда, не так аккуратно.

Заработал зарядник сразу и на ура, что говорит об отсутствии ошибок в монтаже. Рабочую батарею зарядил примерно за три часа, дохлая же не вызвала серьёзного перегрева элементов в течение 20 минут, после чего АКБ была перепакована.

Следующим номером я решил сделать аналогичный девайс и под свой 12В шуруповёрт. Ведь ёмкость их аккумуляторов одинакова, значит, и ток заряда такой же. Вдруг когда дойдут руки купить солидные банки для перепаковки его батареи! Вот вариант его платы:

Как оказалось, перепакованные бошевские банки этой штуковиной заряжаются отнюдь не так уж плохо! Заряда батарей хватало примерно на час непрерывной работы, что для такой дешёвки очень даже пристойно. Вся технология изготовления была такой же, как и в клиентском шуруповёрте. Только стабилитрон я поставил советский двунаправленный – его давно надо было куда-нибудь деть :)

Разъём был посажен в корпус посредством того же подпиливания дремелем, после чего плата легла как родная.

В итоге имеем несложную и халявную замену примитивным зарядникам, поставляемым в комплекте с дешёвыми шуруповёртами, что позволяет использовать их батареи на всю доступную ёмкость. Разумеется, при нынешних достижениях микроминиатюризации можно напичкать тот же корпус ещё массой дополнительных прибамбасов – таймером, переключателем режимов заряда, звуковой сигнализацией и т.д. Но это всё уже снижает доступность схемы для повторения слесарем дядей Васей :)

Шуруповерт занимает не последнее место в линейке аккумуляторных электроинструментов. В отличие от шнуровых устройств он незаменим при проведении работ на высоте или в местах, не оборудованных сетью питания. Он не отличается от шнуровых шуруповертов величиной крутящего момента, диаметром патрона и функционалом. Единственный его недостаток — это ограниченное время работы. Чтобы знать, как зарядить аккумулятор шуруповерта правильно, нужно изучить устройство и принцип работы источника питания.

Устройство аккумулятора шуруповерта

АКБ инструмента представляет собой набор последовательно соединенных никель-кадмиевых элементов. Они располагаются в специальном съемном пластиковом боксе, расположенном в пяте корпуса, и служат его опорой. Съемный источник энергии имеет 2 встроенных пластинчатых контакта, предназначенных для подсоединения к электродвигателю и клеммам зарядного устройства (ЗУ).

Ni-Cd-аккумулятор является химическим источником тока, в котором анод выполнен из гидрата закиси никеля, а катод — из кадмия. В качестве электролита используется гидроксид калия плотностью 1,19-1,21 г/см³. Напряжение заряженного элемента составляет около 1,37 В, а разряженного — 1 В. Срок службы — от 100 до 900 циклов заряда-разряда, а саморазряд — 10% в месяц.

Благодаря низкому внутреннему сопротивлению аккумулятор не нагревается даже при заряде большим током. При перезаряде аккумулятора его температура повышается, что является признаком окончания заряда. Эксплуатироваться батарея может в диапазоне -50…+40°С без потери емкости.

NiCd-системы подвержены «эффекту памяти». Он проявляется, когда аккумулятор подвергают зарядке раньше, чем он полностью разрядится. Потерянная в результате этого емкость восстанавливается после проведения глубокого разряда с последующим зарядом.

Суммарное напряжение батареи составляет 18 В и состоит из суммы напряжений отдельных аккумуляторов. Блок элементов собирается при помощи шин, которые припаиваются к электродам. Это улучшает контакт и уменьшает переходное сопротивление в местах крепления. Для предохранения от перегрева блок оборудован тепловой защитой (термистором).

Некоторые модели электроинструмента оснащены литиевыми элементами. Однако они увеличивают цену изделия. Кроме того, литиевые источники чувствительны к качеству заряда и должны комплектоваться специальными зарядными блоками.

Общие правила зарядки

Зарядке подлежат полностью разряженные аккумуляторы. Для пополнения емкости применяются штатные ЗУ, имеющиеся в комплекте шуруповерта. В связи с тем, что при заряде температура элементов увеличивается, не рекомендуется оставлять комплект на солнце или в закрытых помещениях с температурой более +30°С. Комплектные зарядные блоки не имеют регулировки параметров. Процесс пополнения емкости аккумулятора отслеживается по светодиодной индикации.

Время заряда зависит от типа используемого источника питания и может продолжаться от 0,5 до 5-6 часов. Не рекомендуется оставлять заряженное изделие в ЗУ. После остывания АКБ готова к эксплуатации.

Нюансы зарядки аккумуляторов различных типов

Для нормальной работы источников питания любого типа рекомендуется их:

• не перегревать;
• не перезаряжать;
• не переразряжать.

Для пополнения емкости батарей используют импульсные либо стандартные нерегулируемые зарядные блоки. Первоначальный заряд проводят предварительно разряженным АКБ. Новым NiCd-элементам рекомендуют сделать 3-кратный режим разряда-заряда. В последующем будет необходим только полный заряд. Показателем окончания пополнения емкости станет ощутимый нагрев корпуса аккумуляторного блока.

Никель-металлгидридные аккумуляторы, в отличие от кадмиевых, должны храниться с небольшим (30-40%) уровнем емкости. Эти батареи более чувствительны к нагреву, поэтому их нельзя перегружать в процессе работы. Для этого на шуруповерте имеется кольцо выбора крутящего момента. В связи с тем, что Ni-MH-аккумулятор подвержен «эффекту памяти», для восстановления емкости нужно периодически проводить 4-6-кратные режимы «тренировок».

После проведения заряда АКБ необходимо дать время для остывания. В противном случае это скажется на величине токоотдачи. Если в процессе разряда было достигнуто напряжение 0,9 В и ниже, некоторые ЗУ не «увидят» вставленный элемент. На любом ЗУ с малыми токами нужно будет достичь необходимого значения, а потом продолжить зарядку штатным устройством.

Литий-ионные батареи можно заряжать, не дожидаясь их полного разряда. Отдаваемая емкость сильно зависит от температуры окружающей среды. Оптимальные параметры достигаются в комнатных условиях. Li-ion-аккумуляторы чувствительны к величине зарядного тока, особенно в конце процесса. Разрешенный допуск составляет 0,05 В. Средний элемент заряжается около 3 часов. Время может изменяться в зависимости от емкости.

Литиевые аккумуляторы с защитой не страдают от пере- или недозаряда. Встроенная плата защиты отсекает чрезмерное напряжение (более 3,7 В на банку) при зарядке и отключает аккумулятор, если уровень заряда упал до минимального, около 2,4 В. Наличие устройства существенно продлевает время жизни элемента.

Нестандартные методы зарядки аккумулятора шуруповерта

В случае отсутствия комплектного ЗУ или выхода его из строя пополнить емкость батареи можно и без него. Для этого подойдут:

• автомобильное ЗУ;
• внешние источники электроэнергии;
• самодельные устройства.

Лучший выход из сложившейся ситуации — приобретение совместимой с имеющейся моделью зарядки или ремонт штатной. Эксплуатация шуруповерта без зарядного устройства приведет к быстрому выходу из строя аккумулятора.

Использование зарядного модуля для автомобильного аккумулятора

Для подзарядки аккумулятора шуруповерта можно использовать ЗУ для автомобиля. Благодаря тому, что напряжение АКБ инструмента составляет 18 В, а применяемый зарядник имеет не более 16,5 В, этот процесс опасности для источника питания не составляет. Желательно применять устройство с регулятором тока. В процессе заряда необходимо вести периодический контроль за температурой и напряжением АБ. Все условия начала заряда должны соблюдаться для любых питающих элементов.

Для контроля зарядного тока можно использовать мультиметр или тестер, последовательно включенный в цепь низкого напряжения. Значение его не должно превышать 0,1-0,3 части емкости батареи. Признаками окончания заряда является нагрев корпуса блока.

Изготовление самодельного заряжающего блока

Самодельные ЗУ применяют не только при отсутствии штатного прибора. Последний имеет небольшую мощность, что увеличивает время пополнения емкости. Зарядное устройство представляет собой генератор тока на мощном составном транзисторе КT829, который питается от выпрямительного мостика, подключенного к понижающему трансформатору с достаточным выходным напряжением.

Ток заряда регулируется переменным резистором номиналом 10 кОм. Балластное сопротивление (2 Вт, 1 Ом) ограничивает максимальный ток. ЗУ собирается в отдельном корпусе с выводными концами для подключения аккумулятора.

Если имеется нерабочее ЗУ, подходящее по конструкции к данному типу батареи, то устройство лучше разместить в нем.

Тогда не возникнет проблемы с подключением АБ. Для защиты схемы в цепь трансформатора устанавливают предохранитель на 0,5 А. Замеры параметров в процессе заряда контролируются мультиметром.

Оборудование батареи USB-разъемом

Зарядку аккумулятора через ЮСБ-разъем можно проводить, если поменять кадмиевые аккумуляторы на Li-ion. Новый элемент питания имеет ту же емкость, но по габаритам меньше примерно в 2 раза. Для управления применяется плата защиты и контроля АБ. Ток нагрузки не должен превышать 1 А. В противном случае плата будет греться.

Зарядка через внешние источники электричества

Зарядка таким способом может производиться от рабочего автомобильного аккумулятора как непосредственным подключением к АКБ с постоянным контролем зарядного тока, так и от USB-зарядки через гнездо прикуривателя. Плата управления позволит пополнить емкость до номинальной. Однако таким образом можно заряжать литиевые источники питания. При выходе из строя батареи можно работать шуруповертом, подключив его напрямую к любой АКБ напряжением 12 В.

Проверка состояния аккумулятора мультиметром

Прибором проверяют напряжение и силу тока блока питания под нагрузкой. Первый параметр необходимо замерять при работающем приборе, т. к. отсоединенный аккумулятор покажет ЭДС источника. Чтобы измерить напряжение под нагрузкой, необходимо от клемм АКБ вывести 2 провода, подсоединить к ним мультиметр и включить шуруповерт.

Если в боксе установлено 10 кадмиевых элементов, то величина не должна быть ниже 10 В. В противном случае либо источник разряжен, либо имеются поврежденные элементы. Чтобы их найти, необходимо измерить напряжение каждой банки.

Для контроля тока прибор включают в цепь последовательно с нагрузкой. Переключатель режимов устанавливают в положение 10 А. Таким же способом можно замерить ток зарядного устройства. Его величина не должна отличаться от паспортной.

Рекомендации по хранению

При длительном хранении источники должны быть отсоединены от инструмента.и располагаться в сухом помещении при комнатной температуре. Ni-MH-аккумуляторы заряжаются до полной емкости, а NiCd и Li-ion — до величины 30-50%. При правильном уходе и хранении литиевые элементы прослужат 3-5 лет с даты изготовления, а никелевые — 2-3 года.

Как завести автомобиль от аккумулятора шуруповерта

Некоторые автолюбители заводили машину при помощи аккумулятора шуруповерта. Для этого они на 15-20 минут подсоединяли полностью заряженный источник к разряженной АКБ. Иногда это давало положительный результат. Этого нельзя сделать с автомобильным источником, исчерпавшим установленный ресурс. В зимнее время такие попытки ни к чему не приводят. Утверждать, что пуск двигателя от батареи шуруповерта возможен, — некорректно, т. к. речь идет о подзарядке севшего автомобильного аккумулятора.