Подключение литиевых аккумуляторов к шуруповерту без пайки. Переделка шуруповерта на литий ионный аккумулятор. Пошаговое выполнение монтажа

"Сколько будет стоить поменять старые никелевые аккумуляторы на литий-ионные в моем шуруповерте", -это, пожалуй, один из самых популярных вопросов, которые можно услышать от наших клиентов.
И действительно, проблема достаточно распространенная. У многих найдется старый аккумуляторный шуруповерт (гайковерт, перфоратор, лобзик, триммер и т.д.) в котором штатные аккумуляторы вышли из строя, а новые купить либо нет возможности, так как они могут быть сняты с продажи или просто не хочется тратиться на заведомо устаревшую технологию, а хочется сразу заменить Ni-Mh аккумуляторы на Li-Ion и дать, зачастую, дорогому и качественному электроинструменту вторую жизнь.

Причин для такого желания действительно множество:
- первая, и основная, это то, что Li-Ion аккумуляторы обладают гораздо большей электрической плотностью, чем Ni-Mh батареи.
Проще говоря, при одинаковом весе, Li-Ion аккумулятор будет обладать большей электрической емкостью чем Ni-Mh. Соответственно, установив в старый корпус Li-ion аккумуляторы мы получаем гораздо более продолжительное время работы инструмента.

Ток заряда у высокомощных Li-ion аккумуляторов, особенно у свежих моделей, может достигать значений 1С - 2С (однократное или двукратное значение емкости).
Т.е. такой аккумулятор можно зарядить за 1 - 0,5 часа, при этом не превысив рекомендуемые производителем параметры и, соответственно, не снижая срок службы аккумулятора.

Но и останавливающих факторов для выполнения такой задумки достаточно:
- В силу технологических ограничений Li-ion аккумуляторы не могут быть заряжены свыше чем 4,25-4,35В и разряжены ниже чем 2,5-2,7В (указывается в технических характеристиках для каждого конкретного аккумулятора). При превышении этих значений вы можете повредить аккумулятор и вывести его из строя. Для защиты Li-Ion аккумулятора используются специальные контроллеры заряда-разряда, которые держат напряжение на Li-Ion ячейке в разрешенных пределах. Т.е кроме самих аккумуляторов вам понадобится еще и контроллер заряда-разряда.
- Напряжение Li-ion аккумуляторных батарей всегда кратно 3,7В (3,6В) в то время как у Ni-Mh батарей оно кратно 1,2В. Это связано с номинальным напряжением (величина напряжения, которая держится на Li-Ion аккумуляторе достаточно продолжительное время в середине вольт-амперной характеристики разрядной кривой) на отдельной ячейке. У Li-ion аккумуляторов это напряжение равно 3,7В, у Ni-Mh - 1,2В. Поэтому вы никогда не сможете собрать из Li-Ion аккумуляторов 12В батарею. В номинале, она может быть 11,1В (3 последовательно) или 14,8В (4 последовательно). Более того, напряжение Li-Ion ячейки меняется в процессе работы от полностью заряженного- 4,25В до полностью разряженного -2,5В. Таким образом напряжение 3S (3 serial - 3 последовательных соединения) аккумуляторной батареи будет меняться в процессе работы от 12,6В (4,2х3) до 7.5В (2.5х3). Для 4S батареи- от 16,8В до 10В.
- Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650, а 99 процентов всех Li-Ion аккумуляторных батарей состоят из ячеек типоразмера 18650, имеет отличные габаритные размеры от Ni-Mh ячеек. Габарит ячейки 18650 составляет 18 мм в диаметре и 65 мм в высоту. Важно "прикинуть" сколько Li-Ion ячеек влезут в ваш корпус. При этом надо понимать, что для аккумулятора 11,1В вам понадобится количество Li-ion ячеек кратное 3. Для батареи в 14,8В - четырем. При этом должно остаться место для размещения контроллера заряда-разряда и коммутационных проводов.
- Зарядное устройство (ЗУ) для Li-ion аккумуляторов отличается от зарядного устройства для Ni-Mh аккумуляторов. Справедливости ради, надо отметить, что ЗУ поставляемые с многими шуруповертами являются универсальными ЗУ и могут заряжать как NI-Cd, Ni-Mh так и Li-ion батареи. Убедитесь в том, что ваше ЗУ обладает такой возможностью.
- Стоимость Li-ion аккумуляторов. а она, по сравнению с Ni-Mh аккумуляторами может отличаться в разы.

Если все вышесказанное вас не отпугнуло, то рассмотрим пример процесса изготовления Li-Ion аккумуляторной батареи взамен имеющейся у нас Ni-Mh аккумулятора от гайковерта DEWALT DC840.

Данный гайковерт комплектуется двумя Ni-Mh аккумуляторными батареями напряжением 12В емкостью 2,6Ач.

Для начала мы определимся с выбором номинального напряжения для нашей Li-ion аккумуляторной батареи.

Выбор стоит между 3S Li-ion батареей с диапазоном напряжений 12,6В - 7,5В и 4S Li-Ion батареей с диапазоном напряжений 16,8В - 10В.
Мы остановимся на втором варианте, так как:
а) Напряжение на батарее достаточно быстро опускается с максимального до номинального, т.е. с 16,8В до 14,8В, а для электромотора, чем собственно говоря и является гайковерт, превышение в 2,8В не является критичным.
б) Минимальное напряжение у 3S Li-Ion батареи составит 7,5В, что крайне мало для нормальной работы электроинструмента. И КПД у 4S батареи в данном случае будет выше чем КПД 3S Li-Ion аккумулятора.
в) Установив 4 Li-ion ячейки мы тем самым повысим электрическую емкость нашего аккумулятора.

Итак, с 1м пунктом разобрались: делаем 4S (14,8В) Li-Ion аккумуляторную батарею.

Второе. Определяемся с выбором Li-ion ячеек.

Для этого нам надо определить ограничивающие факторы.
В случае с изготовлением Li-Ion аккумулятора для электроинструмента основным ограничением является максимальный ток нагрузки. В настоящее время существуют Li-Ion аккумуляторы с допустимым номинальным (длительным) током нагрузки в 20-25А. Импульсные (кратковременные, до 1-2сек) значения тока нагрузки могут достигать 30-35А. При этом вы не нарушите структуру аккумулятора.

В наш корпус от старого Ni-Mh аккумулятора может комфортно влезть до 6 Li-Ion ячеек 18650. Соответственно мы не можем собрать 4S2P (4 последовательных соединения и 2 параллельных) Li-ion батарею, для которой понадобится 8 ячеек а должны уложиться в 4 ячейки. Естественно, что в этом случае, каждая из ячеек должна "держать" однократную величину максимального тока нагрузки во всем диапазоне режимов работы электроинструмента.

Определяем максимальный ток, протекающий в аккумуляторе в процессе работы гайковерта.
На видео ниже видно, что мы подсоединили гайковерт к лабораторному источнику питания (ИП) с максимальным током в 30А. Регулятор ограничителя максимального тока выставляем на максимально возможное значение. Выставив напряжение ИП близкое к номинальному напряжению нашей будущей аккумуляторной батареи мы начинаем плавно нажимать на курок. Ток, потребляемый гайковертом. поднимается до 5А.

Теперь нажмем на курок очень резко,- тем самым мы, практически, "закорачиваем" цепь питания. Ток импульсно взлетает до 20 - 30А. Может быть он и взлетел бы и выше, но мощность ИП не позволяет этого увидеть. Надо понимать, что это будет кратковременный ток нагрузки в случае очень резкого нажатия на курок гайковерта. И любой шуруповерт/всечтоугодноимеющееэлектродвигатель будет вести себя именно таким образом. Именно поэтому смешно слышать утверждения покупателей, мол, у вас нерабочие контроллеры и плохие аккумуляторы, потому, что, видети-ли, мой шуруповерт потребляет всего 4А,- я измерял,- и я взял аккумуляторы Samsung 22F с емкостью 2200мАч (самые дешевые с максимальным током в 3А) и контроллер на 8А и у меня ничего не работает... А незащищенные Li-ion аккумуляторы и контроллеры обмену/возврату не подлежат. Тут, я думаю, все понятно... Незнание законов не освобождает от ответственности...
Теперь зажмем наконечник гайковерта в зафиксированные тиски и посмотрим до какого значения будет повышаться ток потребления при режимах работы, когда в гайковерте срабатывает трещетка. Величина тока подскакивает до 10-12А.

На этом этапе мы определились с величиной тока нагрузки. В нашем случае она составит: на холостом ходу 5А, при резком старте 30А, при максимальной нагрузке - 12А . Соответственно. мы выбираем Li-ion ячейки с номинальным током нагрузки 10-20А и импульсным в 25-30А.

Нам подойдут модели Li-ion аккумуляторов (в наличии, на момент написания статьи): 18650 2000мАч LG INR18650HD2 3,7В 25A , 18650 2500мАч LG ICR18650HE4 3,7В 20A , 18650 2600мАч SONY US18650VTC5 3,6В 30A, 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A .

Мы остановились на 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A для обеспечения максимальной емкости.

Выбор контроллера (платы защиты от переразряда-перезаряда).

Контроллер должен удовлетворять двум параметрам:

Номинальному рабочему напряжению (в нашем случае 14,8В)
номинальному рабочему току.

С напряжением все понятно: если батарея на 14,8В то и контроллер должен быть на 14.8В, если батарея на 11,1В то и контроллер следует выбирать с номинальным напряжением в 11,1В.

Параметр "номинальный рабочий ток" определяет "пропускную способность" платы защиты. Т.е. контроллер на 4А расчитан на ток в 4А и при 8А у него сработает защита от перегрузки. Контроллер на 16А номинальной нагрузки будет "уходить в защиту" при 30±10А. Все эти параметры указаны на вкладке "Характеристики" для каждой конкретной модели контроллера.

При этом, у одного экземпляра контроллера ток ограничения может быть равен 30А а у другого 50А. И оба этих контроллера будут формально исправны. Но мы ограничены еще и в габаритах, поэтому контроллер следует выбирать таким образом, чтобы он влез в ваш корпус от старой батареи.

Исходя из вышеописанных условий, мы выбрали плату защиты для 14,8В батареи модели HCX-D177 со значением номинального рабочего тока в 16А и пороговым значением максимального тока в 30±10А.

Итак, мы определились с комплектующими для нашей Li-ion аккумуляторной батареи. С ЗУ проблем не возникло, так как оно рассчитано на работу как с Ni-Mh так и с Li-ion аккумуляторами.

Плюс к тому, при условии, что мы ставим контроллер заряда-разряда, мы застрахованы от перезаряда нашей батареи.

Приступаем к процессу разборки-сборки.

Вскрываем старый аккумулятор, отвинчивая 5 шурупов.

Достаем старую Ni-Mh батарею

Видно, что контактная площадка, которая входит в зацепление с контактной группой гайковерта, приварена к плоскости минусового контакта одной из Ni-Mh ячеек.

Отрезаем точки сварки при помощи многофункционального инструмента DREMEL 4000 с установленным отрезным камнем. В результате у нас остается непосредственно контактная группа от аккумуляторной батареи.

Припаиваем к кокнтактам провода с сечением не менее 2мм2 для силовых выводов и 0,2мм2 для подключения терморезистора и вклеиваем контактную площадку в корпус аккумулятора при помощи термоклея.

Подбираем 4 ячейки LG INR18650HG2 3000мАч по внутреннему сопротивлению на измерителе внутреннего сопротивления аккумуляторов. Его значение должно быть одинаковым для всех четырех аккумуляторов в нашей батарее.

Li-Ion ячейки LG INR18650HG2 склеиваем термоклеем таким образом, чтобы обеспечить максимально-удобное расположение в корпусе.

Сварку ячеек производим на станке для контактной сварки при помощи никелевой сварочной ленты с сечением 2х10мм.

Устанавливаем плату защиты.

На этом этапе мы уже можем оценить на сколько мы облегчили вес нашей батареи.

Вес старых Ni-Mh аккумуляторов составлял 536 гр. Вес новой Li-Ion батареи равен 199гр. Таким образом, выигрыш в весе составляет 337 гр, что достаточно ощутимо в процессе работы. При этом, энергетическая емкость у нас увеличивается с 31,2Вт*ч (12В * 2,6Ач) в оригинальной Ni-Mh батарее до 44,4Вт*ч (14,8В * 3Ач)

Устанавливаем батарею в корпус. Пустоты заполняем мягким упаковочным материалом.

Батарея готова

Подключаем ее к нашему гайковерту.

На видео продемонстрировано, что при резком нажатии на курок срабатывает защита по току у нашей платы защиты. Но в реальных условиях такой режим использоваться, скороее всего, не будет. Если специально не пытаться добиться срабатывания защиты, то гайковерт ведет себя абсолютно прогнозируемо.
Зажимаем наконечник в губки тисков. Как и ожидалось, мощности батареи хватает с лихвой для срабатывании трещетки, ограничивающей усилие кручения.

Разряжаем Li-ion батарею нашего гайковерта на электронной нагрузке. Ток разряда выставляем 5А. График разряда представлен на иллюстрации ниже.

Вставляем аккумулятор в штатное ЗУ. Ток заряда, при замере, составил 3А, что укладывается в допустимые значения тока заряда для данных Li-ion ячеек (для LG INR18650HG2 максимальный ток заряда составляет 4А, что указано на вкладке Характеристики).

По времени, работа по замене Ni-Mh аккумуляторов на Li-Ion аккумуляторы заняла около 2ух часов (с проверкой всех параметров на оборудовании - около 4ех часов). В принципе, все это можно сделать и самому "на коленке", но контактную сварку и подбор аккумуляторов без специального оборудования сделать невозможно.

Стоимость замены Ni-Mh аккумулятора на Li-Ion.

Посмотрим, что у нас получается по стоимости:
- стоимость 4ех Li-ion аккумуляторов 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A, на момент написания статьи, составляет 4 х 550руб = 2200руб
- стоимость контроллера заряда разряда с балансиром HCX-D177 составляет 1240руб
- стоимость работы по сварке и сборке равна 800руб

Итого, получается, что самодельная Li-ion батарея 14,8В 3Ач стоит 4240руб

Найдем аналогичную Li-Ion батарею заводского исполнения для какого-либо другого шуруповерта. Аккумулятор Makita 194065-3 имеет абсолютно идентичные параметры.

На момент написания статьи такой аккумулятор стоил от 5500 руб до 6500 руб.

Получается, что прямая экономия составляет 1300 до 2300руб. И, при этом, не следует забывать о том, что батарею, которую мы сделали, купить невозможно в принципе!

Компания Запас Мощности выполняет работы по переделке Ni-Mh аккумуляторов от шуруповертов на Li-Ion . Стоимость вы можете посчитать сами аналогично тому, как мы сделали это выше, т.е суммарная стоимость аккумуляторов, контроллера и стоимости работы.

Гарантия, на предоставляемые услуги, составляет 6 мес. Гарантия оказывается только в том случае, если работы проводились с использование наших комплектующих

PS. Отдельное спасибо за предоставленный подопытный гайковерт и моральную поддержку:) компании

ВКонтакте

Аккумуляторный инструмент мобильнее и удобнее в использовании по сравнению со своими сетевыми собратьями. Но не надо забывать и о существенном недостатке аккумуляторного инструмента, это как вы сами понимаете недолговечность батарей питания. Покупать отдельно новые аккумуляторы сопоставимо по цене с приобретением нового инструмента.После четырех лет службы мой первый шуруповерт, а точнее батареи стали терять емкость. Для начала я из двух батарей собрал одну выбрав рабочие «банки», но и этой модернизации хватило ненадолго. Переделывал свой шуруповерт на сетевой - оказалось очень неудобно. Пришлось, купить такой же, но новый 12 вольтовый «Интерскол ДА-12ЭР». Батареи в новом шуруповерте прослужили еще меньше. В итоге два исправных шуруповерта и не одной рабочей батареи.На просторах интернета много пишут, как решить данную проблему. Предлагается переделать отслужившие свой срок Ni-Cd батареи на Li-ion аккумуляторы типоразмера 18650. На первый взгляд ничего сложного в этом нет. Удаляешь из корпуса старые Ni-Cd батареи и устанавливаешь новые Li-ion. Но оказалось не все так просто. Ниже описано, на что следует обратить внимание при модернизации аккумуляторного инструмента.

Для переделки потребуется:

Начну с литий ионных аккумуляторов 18650. Приобретались на AliExpress.
Номинальное напряжение элементов 18650 - 3,7 В. По заявлению продавца емкость 2600мАч, маркировка ICR18650 26F, габариты 18 на 65 мм.

Преимущества Li-ion батарей перед Ni-Cd - меньшие габариты и вес, при большей емкости, а так же отсутствие так называемого «эффекта памяти». Но у литий ионных батарей есть серьезные недостатки, а именно:

1. Отрицательные температуры резко снижают емкость, что не скажешь про никель кадмиевые батареи. Отсюда вывод – если инструмент часто используется при отрицательных температурах, то замена на Li-ion не решит проблему.2. Разряд ниже 2,9 - 2,5В и перезаряд выше 4,2В может быть критичным, возможен полный выход из строя. Следовательно, нужна BMS плата для контроля заряда и разряда, если ее не установить, то новые элементы питания быстро выйдут из строя.В интернете в основном описывают, как переделать 14 вольтовый шуруповерт – он идеально подходит для модернизации. При последовательном соединении четырех элементов 18650 и номинальном напряжении 3,7В. получаем 14,8В. – как раз, что надо, даже при полной зарядке плюс еще 2В это не страшно для электродвигателя. А как быть с 12В инструментом. Возможны два варианта, установить 3 или 4 элемента 18650, если три то вроде бы маловато, особенно при частичном разряде, а если четыре – многовато. Я выбрал четыре и на мой взгляд сделал правильный выбор.

А сейчас про BMS плату, она тоже с AliExpress.

Это так называемая плата контроля заряда, разряда батареи, конкретно в моем случае CF-4S30A-A. Как видно из маркировки рассчитана она для батареи из четырех «банок» 18650 и ток разряда до 30А. Еще в нее встроен так называемый «балансир», который контролирует заряд каждого элемента отдельно и исключает неравномерную зарядку. Для правильной работы платы аккумуляторы для сборки берутся одной емкости и желательно из одной партии.Вообще в продаже есть великое множество BMS плат с разными характеристиками. На ток ниже 30А брать не советую – плата постоянно будет уходить в защиту и для восстановления работы на некоторые платы нужно кратковременно подать зарядный ток, а для этого нужно вынуть аккумулятор и подключить к зарядному устройству. На плате, которую мы рассматриваем, такого недостатка нет, просто отпускаешь курок шуруповерта и при отсутствии токов короткого замыкания плата включится сама.
Для зарядки переделанного аккумулятора прекрасно подошло родное универсальное зарядное устройство. В последние годы «Интерскол» стал комплектовать свой инструмент универсальными ЗУ.На фото видно, до какого напряжения BMS плата заряжает мою батарею совместно со штатным зарядным устройством. Напряжение на аккумуляторе после зарядки 14,95В немного выше нужного для 12 вольтового шуруповерта, но это скорее даже лучше. Мой старый шуруповерт стал резвее и мощнее, а опасения что он перегорит, после четырех месяцев использования постепенно развеялись. Вот вроде бы и все основные нюансы, можно приступать к переделке.
Разбираем старую батарею.
Выпаиваем старые банки и оставляем клеммы вместе с термодатчиком. Если удалить и датчик, то при использовании штатного ЗУ оно не включится.
Согласно схеме на фото, спаиваем 18650 элементы в одну батарею. Перемычки между «банками» должны быть выполнены толстым проводом минимум 2,5кв. мм, так как токи при работе шуруповерта большие, а при маленьком сечении резко упадет мощность инструмента. В сети пишут, что паять Li-ion аккумуляторы нельзя так как они боятся перегрева, и рекомендуют соединять при помощи точечной сварки. Паять можно только нужен паяльник по мощней не менее 60 ватт. Самое главное паять надо быстро, чтоб не перегреть сам элемент.
Должно получиться примерно так, чтобы вошло в корпус аккумулятора.
От платы до клеммы провода должны быть гибкие, как можно короче и сечение минимум 2,5 кв. мм.
Всю схему аккуратно помещаем в корпус и фиксируем любым уплотнителем, для предотвращения повреждения деталей.
Для фиксации клеммы просто поместил ее на место и расклинил деревянными клиньями. Осталось только собрать корпус.
Вес стандартного Ni-Cd аккумулятора как видно 558 грамм.

Вес переделанного аккумулятора 376 грамм, следовательно, инструмент стал легче на 182 грамма. В заключении хочу сказать, что данная переделка того стоит. Шуруповерт стал мощнее и заряда хватает намного дольше, чем с родным аккумулятором. Переделывайте, не пожалеете!

ВКонтакте

Оцени самоделку:

59 Добавлено 10 комментариев Чтобы написать комментарий необходимо войти на сайт через соц. сети (или зарегистрироваться): Обычная регистрация

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

usamodelkina.ru

Переделка аккумулятора шуруповерта на Li-Ion

Переделка аккумулятора шуруповерта на Li-Ion Эту заметку (источник: stumpof.blogspot.ru) я собираюсь продублировать на https://mysku.ru, поэтому нужен товар, который будет обозреваться. И этим товаром будет у нас выступать обычный компьютерный разъем DB9F. На Али купить можно, например, тут. Но я этот разъем не покупал, а нашел в своих исторически сложившихся закромах. Думаю, что и большинство читателей смогут найти, порывшись в старом компьютерном железе. «Папа» тоже нужен, он есть на старых модемных и прочих CОМ-port шнурках. Почему написана эта заметка. Каждый раз, встречая на муське (и других форумах) статьи (и особенно последующие дискуссии) о переделке аккумуляторов шуруповертов на Li-Ion аккумуляторы, я задумываюсь о том, что шуруповертов в домашних хозяйствах нашей необъятной страны все-таки существенно больше, чем радиолюбителей с прямыми руками и просто людей которые умеет использовать паяльник по прямому назначению.

Ну, грустно читать все эти многоэкранные обсуждения (обзор 1, обзор 2, обзор 3, обзор 4, обзор 5… и т.д.), в которых предлагается покупать какие то контроллеры зарядки ценой в чуть меньше 2 тысяч рублей (для больших токов). Достаточно посмотреть на размеры этих плат и размеры мощных полевиков на платах, чтобы интуитивно понять, что что-то тут не так.

В одном из обсуждений, человек даже собрался Imax B6 покупать. Мысль хорошая, но не из-за аккумулятора же для шуруповерта. Естественно, все можно сделать существенно проще и дешевле и без ущерба качеству зарядки. Далее я пропускаю все абзацы про то, зачем вообще переводить шуруповерт на литий, про выбор высокотоковых аккумуляторов. Собственно, текст того что я хочу сказать я уже излагал в обсуждении на муське в очередном обзоре на данную тему. stump 03 августа 2016, 22:01 Универсальный рецепт для переделки шуруповертов, пылесосов и всего прочего, причем с любым напряжением от 12 до… Покупаем удлиннитель с N розетками на 220 В, покупаем N сетевых адаптеров (вилок) на 0,5...1,0А с Usb выходом, можно купить самые-самые китайские по 50 рублей (сейчас где-то около 70 рублей). покупаем N usb разъемов на Али и там же N платок TP4056 (15 рублей). Получаем N гальванически развязанных «зарядок» для одного Li-ION с выходом 0.5....1.0 A. Далее без всяких ненужных плат выравнивания и лишних мощных транзисторов паяем последовательную батарею Li-ION и все ее точки (крайние и промежуточные) выводим на разъем DB-9 (хватит на 4 или 5 последовательных банок, тут есть тонкость, лучше совместных участков зарядных проводов избегать). Паяем кабель: Выходы TP4056 -> DB-9. Все!!! Ограничение по току - определяется типом аккумулятора. Каждый акк. заряжается всегда полностью до 4.2В. Дешевле не придумаешь. Окончание зарядки - все LED на TP4056 зеленые (вариант - синие). Сетевой «размножитель» можно не покупать, а просто засунуть платки адаптера TP4056 (N-пар) в какой-нибудь большой старый адаптерный корпус и в этот же корпус поставить такой же DB-9.

Шуруповерт никаким образом нельзя переразрядить, в силу особенностей его применения (пылесос, по-видимому, можно). Он просто «тянуть» перестает. Поэтому никаких индикаторов и защиты от переразряда не требуется. Даже если включать шуруповерт с полностью разряженными аккумуляторами - ну, упадет напряжение на аккумуляторе под нагрузкой до (ниже) 2-х вольт. Ничего страшного. При снятии нагрузки (именно кратковременной) напряжение на банке восстановится до 2,5...3.0 вольт. Не почувствовать этот момент никак нельзя.

А дальше, просто на фотографиях, покажу, как это сделано. У меня 4 шуруповерта. Два на даче (18V), дома (18V) и на работе (12V). Если делать с платами защиты/контроллерами заряда, то будет полное финансовое разорение, особенно с учетом того, что в 18V шуруповерты требуются платы на 5 последовательно соединенных аккумуляторов (они реже встречаются и дороже). Комментарии, я думаю, тут практически не требуются. Показан вариант на 4 литиевых аккумулятора для 12V шуруповерта.

Это мой шуруповерт. В аккумулятор установлен разъем DB9F.

Это зарядное устройство с 4-мя гальванически развязанными каналами. На выходе все четыре канала «объединяются» в разъеме DB9M.

Четыре платы ЗУ LI-Ion с Али на микросхеме TP4056. Я находил по 12 рублей (20 штук). Ссылку потерял.

Естественно, все это можно засунуть в единую коробочку, на выходе которой будет только разъем DB9M, но иметь 4 гальванически развязанных отдельных канала зарядки очень удобно. Например, у меня переделано питание тестера с «Кроны» на два последовательно включенных литиевых аккумулятора от одноразовых электронных сигарет. Заряжаю той же зарядкой, двумя каналами. Такую конструкцию сможет повторить любой, далекий от электроники, домашний умелец. Небольшое примечание/уточнение. Аккумуляторы в корпусе шуруповертного аккумулятора мы соединяем последовательно. Четыре штуки для 12, 14, 16V шуруповертов и 5 штук для 18V аккумуляторов. 18 - вольтовый шуруповерт совершенно нормально работает и от четырех Li-Ion аккумуляторов, но только на свежезаряженных аккумуляторах. Придется его гораздо чаще подзаряжать. На разъем DB9.1 и DB9.2 выведены + и - первого аккумулятора отдельными проводами, которые припаяны непосредственно к полюсам аккумулятора. На DB9.3 выведен отдельным проводом + второго аккумулятора и т.д.… По электрической схеме контакт 2 и 3 DB9 это одна и та же точка. Однако это не совсем так с точки зрения платы заряда на TP4056. Следует избегать в цепи заряда совместных участков проводников, потому что при разных токах от двух плат заряда в конкретный момент времени может появиться ошибка в десятки/сотни милливольт. Провода в цепи зарядки желательно ставить диаметром побольше (ну, и в основной цепи разряда, естественно, тоже). Для шуруповерта с аккумулятором 18V при таком подключении потребуется 10 контактов. У меня в качестве 10-го контакта задействован металлический корпус разъема DB9. Еще картинка. Вариант для аккумулятора на 18 Вольт, 5 каналов.

Как купить маленькие дешевые (40...70 рублей) сетевые адаптеры на Али, чтобы они реально выдавали один ампер - это отдельная тема. Я покупал адаптеры лотами по 5 и 10 штук. Ссылку дать не могу, потому что странички на которых были приобретены показанные на фотографиях адаптеры, к сожалению, уже не существуют. Помню, что у продавца на страничке была картинка с нагрузочными резисторами и USB доктором, на котором было написано 0,98 А. Не обманул, ток такой на выходе действительно присутствовал, правда он сопровождался пульсациями с размахом полтора вольта. Пришлось допаивать внутрь танталовые конденсаторы. Одной емкости 220 мкФ, 6.3...10V на выходе таких адаптеров вполне достаточно, чтобы адаптер по характеристикам приблизился к фирменной зарядке от эппла (получаются пульсации 50...150 mV). Вместо кота.

Вот такой неплохой USB-doctor можно сделать из купленного на Алиэкспрессе вольтметра-амперметра (100 В, 10 А). Он чуть лучше большинства «докторов» первого поколения по падению напряжения на токоизмерительном шунте. Точно я не замерял, но цифра порядка 70 милливольт/1А. Такое падение напряжения сравнимо с «доктором» с OLED дисплеем. У остальных (и у «стандартного» белого «доктора» со шнурком) падение на шунте больше 100 мВ. Точные цифры, на самом деле, получить не так просто как бы хотелось, потому что каждый лишний USB контакт в цепи «съедает» около 30 мВ/1,0 А протекающего тока. На больших зарядных токах старые варианты «докторов», включенные в цепь, могут сами по себе снижать ток зарядки смартфона/планшета даже с короткими и качественными USB шнурками.

Источник: stumpof.blogspot.ru

Дополнение от 07.10.2017

Когда я написал эту заметку год назад и продублировал ее на сайте mysku.ru, меня там «отругали» за «колхозную» реализацию моего варианта зарядного устройства. Я не очень-то проникся критикой, потому что по-прежнему не вижу особого смысла совершать много лишних телодвижений для изготовления вспомогательного устройства, которое используется довольно редко. С другой стороны, за этот год я докупил еще немножко плат ЗУ на TP4056 и нашел в своих «закромах» подходящий корпус от сетевого адаптера. Ну и сделал вариант, такой, какой он с самого начала и планировался. Может быть так кому-то понравится больше. Нагляднее, что это самый простой вариант переделки шуруповерта на литий, да и по размеру такая зарядка меньше штатной. Все показано на картинках, и чуток пояснений.

Использованы самые дешевые сетевые белые USB адаптеры с Али, точнее их внутренности. USB разъем отпаян, а на выход каждой зарядки добавлен электролит 1500uF*6.3V Low ESR (можно найти на старых материнских платах, если платы поновее, то там же можно найти танталовые электролиты 100...200 uF, этот вариант еще лучше). Доработка нужна, чтобы можно было использовать самые-самые китайские сетевые адаптеры, независимо от исходной величины их пульсаций. То, что эти адаптеры не всегда вытягивают ток нагрузки 1А, на работоспособность конструкции не влияет. Даже если на выходе всего 0.5А - работать будет. И резистор на плате ЗУ TP4056 1.2 кОм (ток зарядки 1А) заменять на 2.4 кОм (ток зарядки 0.5А) не нужно. Будет чуть дольше заряжаться и только. Корпус ЗУ - какой-то типовой трансформаторный сетевой адаптер купленный очень-очень давно в магазине «Чип@Дип».

Изоляции каналов между собой уделено повышенное внимание. Это про фотки ниже. Нельзя здесь обойтись просто клеящим пистолетом и запихнуть в корпус комок проводов и плат потому что и напряжение сетевое и греется все это прилично. А КЗ нам ни к чему, учитывая, что следить за процессом зарядки как-то не принято.

Небольшое пояснение про то, что в основной статье речь шла о пяти Li-Ion аккумуляторах для шуруповертов с питанием 18 V, а в дополнении представлен вариант на 4 канала. Опыт эксплуатации переделанных батарей показал, что литиевые аккумуляторы все же помощнее исходных никель-кадмиевых. Да и последовательно их 5 штук (30-ти амперных), а не 15 штук. Все что раньше «падало» и «рассеивалось» на источнике, теперь греет электродвигатель. В результате, даже без особой нагрузки, но при длительном включении (пример: сверлил сверлом 4...5 мм «скользкую» нержавейку толщиной миллиметров 5), мотор начинает попахивать горелой изоляцией. Поэтому, во избежание, я все «пятые» аккумуляторы из трех 18-ти вольтовых шуруповертов удалил. Результат:

Видно не очень хорошо, но здесь горят два красных светодиода и два синих (они белые потому что оргстекло желтое). Вот, как все красные погаснут, так можно шуриком начинать работать. «Выравнивание» происходит «автоматически» на уровне 4.2 вольта.

Забыл написать, а это важно. Если кого-то заинтересовало, обратите внимание, что корпус адаптера из Чип@Дип-а изначально имеет вентиляционные прорези, да еще я сам снизу и по бокам насверлил дополнительных отверстий. В закрытом корпусе вся эта конструкция может «отдать концы» из-за перегрева.

mysku.ru

3S-4S платы BMS или один из вариантов переделки шуруповерта под литий

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о двух простеньких платках, предназначенных для контроля за сборками Li-Ion аккумуляторов, именуемые BMS. В обзоре будет тестирование, а также несколько вариантов переделки шуруповерта под литий на основе этих плат или подобных. Кому интересно, милости прошу под кат. Update 1, Добавлен тест рабочего тока плат и небольшое видео по красной плате Update 2, Поскольку тема вызвала небольшой интерес, поэтому постараюсь дополнить обзор еще несколькими способами переделки шурика, чтобы получился некий простенький FAQ Общий вид:
Краткие ТТХ плат:
Примечание: Сразу же хочу предупредить – с балансиром только синяя плата, красная без балансира, т.е. это чисто плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока. А также вопреки некоторым убеждениям ни одна из них не имеет контроллера заряда (CC/CV), поэтому для их работы необходима специальная платка с фиксированным напряжение и ограничением тока.

Габариты плат:

Размеры плат совсем небольшие, всего 56мм*21мм у синей и 50мм*22мм у красной:

Вот сравнение с аккумуляторами АА и 18650:

Внешний вид:

Начнем с синей платы защиты:

При более детальном рассмотрении можно увидеть контроллер защиты – S8254AA и компоненты балансировки для 3S сборки:

К сожалению, рабочий ток по заявлению продавца всего 8А, но судя по даташитам один мосфет AO4407A рассчитан на 12А (пиковый 60А), а у нас их два:

Еще отмечу, что ток балансировки совсем небольшой (около 40ma) и активируется балансировка, как только все ячейки/банки перейдут в режим CV (вторая фаза заряда). Подключение:

Красная плата попроще, ибо не имеет балансира:
Она также выполнена на основе контроллера защиты – S8254AA, но рассчитана на более высокий рабочий ток в 15А (опять же по заявлениям производителя):

Ходя по даташитам на используемые силовые мосфеты, рабочий ток заявлен 70А, а пиковый 200А, хватит даже одного мосфета, а у нас их два:

Подключение аналогичное:

Итого, как мы видим, на обеих платах присутствует контроллер защиты с необходимой развязкой, силовые мосфеты и шунты для контроля проходящего тока, но в синей есть еще и встроенный балансир. Я особо не вникал в схему, но похоже, что силовые мосфеты запараллелены, поэтому рабочие токи можно умножать на два. Важное примечание - максимальные рабочие токи ограничиваются токовыми шунтами! Про алгоритм заряда (CC/CV) эти платки не знают. В подтверждение тому, что это именно платы защиты, можно судить по даташиту на контроллер S8254AA, в котором о зарядном модуле ни слова:

Сам контроллер рассчитан на 4S соединение, поэтому с некоторой доработкой (судя по даташиту) – подпайкой кондера и резистора, возможно, заработает красная платка:

Синюю платку так просто доработать до 4S не получится, придется допаивать элементы балансира.

Тестирование плат:

Итак, переходим к самому главному, а именно к тому, насколько они пригодны для реального применения. Для тестирования нам помогут следующие приспособления:

Сборный модуль (три трех/четырехрегистровых вольтметра и холдер для трех 18650 аккумуляторов), который мелькал в моем обзоре зарядника iCharger 208B, правда, уже без балансировочного хвостика:

- двухрегистровый ампервольтметр для контроля тока (нижние показания прибора):

Понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития:

Зарядно-балансировочное устройство iCharger 208B для разряда всей сборки Стенд простой - плата преобразователь подает фиксированное постоянное напряжение 12,6V и ограничивает зарядный ток. По вольтметрам смотрим, на каком напряжении срабатывают платы и как отбалансированы банки. Для начала посмотрим главную фишку синей платы, а именно балансировку. На фото 3 банки, заряженные на 4,15V/4,18V/4,08V. Как видим – разбалансировка. Подаем напряжение, зарядный ток постепенно падает (нижний приборчик):

Поскольку платка не имеет каких-либо индикаторов, то окончание балансировки можно оценить только на глаз. Амперметр за час с лишним до окончания уже показывал по нулям. Кому интересно, вот небольшой ролик о том, как работает балансир в этой плате:

В итоге банки отбалансированы на уровне 4,210V/4,212V/4,206V, что весьма неплохо:

При подаче напряжения чуть большего 12,6V, как я понял, балансир неактивен и как-только напряжение на одной из банок достигнет 4,25V, то контроллер защиты S8254AA отключает заряд:

Такая же ситуация и с красной платой, контроллер защиты S8254AA отключает заряд также на уровне 4,25V: Теперь пройдемся по отсечке при нагрузке. Разряжать буду, как уже упоминал выше, зарядно-балансировочным устройством iCharger 208B в режиме 3S током 0,5А (для более точных замеров). Поскольку мне не очень хочется ждать разряда всей батареи, поэтому я взял один разряженный аккумулятор (на фото зеленый Самсон INR18650-25R). Синяя плата отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,7V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание): Как видим, ровно на 2,7V плата отключает нагрузку (продавец заявлял 2,8V). Как мне кажется, немного высоковато, особенно если учитывать тот факт, что в тех же шуруповертах нагрузки огромные, следовательно, и просадка напряжения большая. Все же желательно в таких приборах иметь отсечку под 2,4-2,5V. Красная плата, наоборот, отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,5V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание): Вот здесь вообще все отлично, но нет балансира.

Update 1: Тест нагрузки:

По току отдачи нам поможет следующий стенд: - все тот же холдер/держатель для трех 18650 аккумуляторов - 4-х регистровый вольтметр (контроль общего напряжения) - автомобильные лампы накаливания в качестве нагрузки (к сожалению, у меня всего 4 лампы накаливания по 65W, больше не имею) - мультиметр HoldPeak HP-890CN для измерения токов (макс 20А) - качественные медные многожильные акустические провода большого сечения Пару слов о стенде: аккумуляторы соединены «вальтом», т.е. как бы друг за другом, для уменьшения длины соединительных проводов, а следовательно и падения напряжения на них при нагрузке будет минимальным:

Соединение банок на холдере («вальтом»):

В качестве щупов для мультиметра выступили качественные провода с крокодилами от зарядно-балансировочного устройства iCharger 208B, ибо HoldPeak’овские не внушают доверие, да и лишние соединения будут вносить дополнительные искажения. Для начала потестим красную плату защиты, как самую интересную в плане токовой нагрузки. Припаяем силовые и побаночные провода:

Получается что-то типа этого (нагрузочные соединения получились минимальной длины):

Я уже упоминал в разделе о переделке шурика о том, что подобные холдеры не очень предназначены для таких токов, но для тестов пойдет. Итак, стенд на основе красной платки (по замерам не более 15А):

Коротко поясню: плата держит 15А, но у меня нет подходящей нагрузки, чтобы вписаться в этот ток, поскольку четвертая лампа добавляет еще около 4,5-5А, а это уже за пределами платки. При 12,6А силовые мосфеты теплые, но не горячие, самое то для продолжительной работы. При токах более 15А плата уходит в защиту. Я замерял с резисторами, они добавляли пару ампер, но стенд уже разобран. Огромный плюс красной платы – нет блокировки защиты. Т.е. при срабатывании защиты ее не нужно активировать подачей напряжения на выходные контакты. Вот небольшой видеоролик:

Немного поясню. Поскольку лампы накаливания в холодном виде имеют низкое сопротивление, да к тому же еще включены параллельно, то платка думает, что произошло короткое замыкание и срабатывает защита. Но благодаря тому, что у платы нет блокировки, можно немного разогреть спиральки, сделав более «мягкий» старт. Синяя платка держит больший ток, но на токах более 10А силовые мосфеты сильно греются. На 15А платка выдержит не более минуты, ибо через 10-15 секунд палец уже не держит температуру. Благо остывают быстро, поэтому для кратковременной нагрузки вполне подойдут. Все бы ничего, но при срабатывании защиты плата блокируется и для разблокировки необходимо подавать напряжение на выходные контакты. Это вариант явно не для шуруповерта. Итого, ток в 16А держит, но мосфеты очень сильно греются:

Вывод: лично мое мнение таково, что для электроинструмента отлично подойдет обычная плата защиты без балансира (красная). Она имеет высокие рабочие токи, оптимальное напряжение отсечки в 2,5V, да и легко дорабатывается до конфигурации 4S (14,4V/16,8V). Я считаю – это самый оптимальный выбор для переделки бюджетного шурика под литий. Теперь по синей платке. Из плюсов – наличие балансировки, но рабочие токи все же небольшие, 12А (24А) это для шурика с крутящим моментом 15-25Нм несколько маловато, особенно когда патрон уже почти стопорит при затяжке самореза. Да и напряжение отсечки всего 2,7V, а это значит, что при сильной нагрузке часть емкости батареи останется невостребованной, поскольку на высоких токах просадка напряжения на банках приличная, да и они рассчитаны на 2,5V. И самый большой минус – плата при сработке защиты блокируется, поэтому применение в шуруповерте нежелательно. Синюю платку лучше использовать в каких-нибудь самоделках, но это опять же, лично мое мнение.

Возможные схемы применения или как переделать питание шурика на литий:

Итак, как же можно переделать питание любимого шурика с NiCd на Li-Ion/Li-Pol? Эта тема уже достаточно заезжена и решения, в принципе, найдены, но я вкратце повторюсь. Для начала скажу лишь одно – в бюджетных шуриках стоит лишь плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока (аналог обозреваемой красной платы). Никакой балансировки там нет. Более того, даже в некоторых брендовых электроинструментах нет балансировки. Это же относится ко всем инструментам, где есть гордые надписи «Зарядка за 30 минут». Да, они заряжаются за полчаса, но отключение происходит тогда, как только напряжение на одной из банок достигнет номинала или сработает плата защиты. Не трудно догадаться, что банки будут заряжены не полностью, но разница всего 5-10%, поэтому не столь важно. Главное запомнить, заряд с балансировкой идет, как минимум, несколько часов. Поэтому возникает вопрос, а оно вам надо?

Итак, самый распространенный вариант выглядит так:

Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V и ограничением тока (1-2А) -> плата защиты -> 3 последовательно соединенных аккумулятора В итоге: дешево, быстро, приемлемо, надежно. Балансировка гуляет в зависимости от состояния банок (емкость и внутреннее сопротивление). Вполне рабочий вариант, но через некоторое время разбалансировка даст о себе знать по времени работы.

Более правильный вариант:

Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V, ограничением тока (1-2А) -> плата защиты с балансировкой -> 3 последовательно соединенных аккумулятора В итоге: дорого, быстро/медленно, качественно, надежно. Балансировка в норме, емкость батареи максимальная Итого, будем стараться сделать наподобие второго варианта, вот как можно сделать: 1) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, платы защиты и специализированное зарядно-балансировочное устройство (iCharger, iMax). Дополнительно придется вывести балансировочный разъем. Минусов всего два – модельные зарядники недешевые, да и обслуживать не очень удобно. Плюсы – высокий ток заряда, высокий ток балансировки банок 2) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты с балансировкой, DC преобразователь с токоограничением, БП 3) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты без балансировки (красная), DC преобразователь с токоограничением, БП. Из минусов только то, что со временем появится разбалансировка банок. Для минимизации разбалансировки, перед переделкой шурика необходимо подогнать напряжение к одному уровню и желательно брать банки из одной партии Первый вариант сгодится только тем, кто имеет модельное ЗУ, но мне кажется, если им нужно было, то они уже давным давно переделали свой шурик. Второй и третий варианты практически одинаковые и имеют право на жизнь. Необходимо лишь выбрать, что важнее – скорость или емкость. Я считаю, что самый оптимальный вариант – последний, но только раз в несколько месяцев нужно балансировать банки.

Итак, хватит болтовни, переходим к переделке. Поскольку я не имею шурика на NiCd аккумах, поэтому о переделке только на словах. Нам будет нужно:

1) Источник питания:

Первый вариант. Блок питания (БП), как минимум, на 14V или больше. Ток отдачи желателен не менее 1А (в идеале около 2-3А). Нам подойдет блок питания от ноутбуков/нетбуков, от зарядных устройств (выход более 14V), блоки для питания светодиодных лент, видеозаписывающей аппаратуры (DIY БП), например этот или этот:

- Понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития, например этот или этот:
- Второй вариант. Готовые блоки питания для шуриков с токоограничением и выходом 12,6V. Стоят недешево, как пример из моего обзора шуруповерта MNT - тыц:
- Третий вариант. Готовый БП со стабилизацией:
2) Плата защиты с балансиром или без оного. То току желательно брать с запасом:

Если использоваться будет вариант без балансира, то необходимо подпаять балансировочный разъем. Это нужно для контроля напряжения на банках, т.е. для оценки разбалансировки. И как вы понимаете, нужно будет периодически дозаряжать батарею побаночно простым зарядным модулем TP4056, если началась разбалансировка. Т.е. раз в несколько месяцев, берем платку TP4056 и заряжаем поочереди все банки, которые по окончании заряда имеют напряжение ниже 4,18V. Данный модуль корректно отрубает заряд на фиксированном напряжении 4,2V. Данная процедура займет час-полтора, зато банки будут более-менее отбалансированы. Написано немного сумбурно, но для тех, кто в танке: Через пару месяцев ставим на зарядку батарею шуруповерта. По окончании заряда достаем балансировочный хвостик и меряем напряжение на банках. Если получается что-то вроде этого – 4,20V/4,18V/4,19V, то балансировка, в принципе не нужна. Но если картина следующая – 4,20V/4,06V/4,14V, то берем модуль TP4056 и дозаряжаем поочереди две банки до 4,2V. Другого варианта, кроме специализированных зарядников-балансиров я не вижу. 3) Высокотоковые аккумуляторы:

Я уже ранее писал пару небольших обзоров о некоторых из них – тыц и тыц. Вот основные модели высокотоковых 18650 Li-Ion аккумуляторов: - Sanyo UR18650W2 1500mah (20А макс.) - Sanyo UR18650RX 2000mah (20А макс.) - Sanyo UR18650NSX 2500mah (20А макс.) - Samsung INR18650-15L 1500mah (18А макс.) - Samsung INR18650-20R 2000mah (22А макс.) - Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.) - Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.) - LG INR18650HB6 1500mah (30А макс.) - LG INR18650HD2 2000mah (25А макс.) - LG INR18650HD2C 2100mah (20А макс.) - LG INR18650HE2 2500mah (20А макс.) - LG INR18650HE4 2500mah (20А макс.) - LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.) - SONY US18650VTC3 1600mah (30А макс.) - SONY US18650VTC4 2100mah (30А макс.) - SONY US18650VTC5 2600mah (30А макс.) Я рекомендую проверенные временем дешевенькие Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.) или LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.). С другими баночками особо не сталкивался, но лично мой выбор - Samsung INR18650-30Q 3000mah. У Лыж был небольшой технологический дефект и начали появляться фейки с заниженной токоотдачей. Статью о том, как отличить фейк от оригинала могу скинуть, но чуть позже, нужно поискать ее.

Как все это хозяйство соединить:

Ну и пару слов о соединении. Используем качественные медные многожильные провода приличного сечения. Это качественные акустические или обычные ШВВП/ПВС сечением 0,5 или 0,75 мм2 из хозмага (вспарываем изоляцию и получаем качественные проводочки разного цвета). Длина соединительных проводников должна быть минимальной. Аккумуляторы, желательны из одной партии. Перед их соединением желательно зарядить их до одного напряжения, чтобы как можно дольше не было разбалансировки. Пайка аккумуляторов не представляет ничего сложного. Главное иметь мощный паяльник (60-80Вт) и активный флюс (паяльная кислота, например). Паяется на ура. Главное потом протереть место пайки спиртом или ацетоном. Сами аккумуляторы размещаются в батарейном отсеке от старых NiCd банок. Располагать лучше треугольником, минус к плюсу или как в народе «вальтом», по аналогии с этим (один аккум будет расположен наоборот), либо чуть выше хорошее пояснение (в разделе тестирование):

Так, соединяющие аккумуляторы провода, получатся короткими, следовательно, падение драгоценного напряжения в них под нагрузкой будет минимальным. Использовать холдеры на 3-4 аккумулятора не рекомендую, не для таких токов они предназначены. Побаночные и балансировочные проводники не так важны и могут быть меньшего сечения. В идеале, аккумы и плату защиты лучше запихать в батарейный отсек, а понижающий DC преобразователь отдельно в док станцию. Светодиодные индикаторы заряд/заряжено можно заменить своими и вывести на корпус докстанции. При желании можно добавить в батарейный модуль минивольтметр, но это лишние деньги, ибо общее напряжение на АКБ только косвенно скажет об остаточной емкости. Но если есть желание, почему бы и нет. Вот он самый:
Теперь прикинем по ценам: 1) БП – от 5 до 7 долларов 2) DC/DC преобразователь – от 2 до 4 долларов 3) Платы защиты - от 5 до 6 долларов 4) Аккумуляторы – от 9 до 12 долларов (3-4$ штучка) Итого, в среднем 15-20$ за переделку (со скидками/купонами), либо 25$ без оных.

Update 2, еще несколько способов переделки шурика:

Следующий вариант (подсказали по комментам, спасибо I_R_O и cartmannn):

Использовать недорогие 2S-3S зарядные устройства типа SkyRC e3 (это производитель того же iMax B6) или всевозможные копии B3/B3 AC/imax RC B3 (тыц) или (тыц) Оригинальный SkyRC e3 имеет зарядный ток на каждую банку 1,2А против 0,8А у копий, должен быть точен и надежен, но в два раза дороже копий. Совсем недорого можно купить на том же Банггуде. Как я понял по описанию, он имеет 3 независимых зарядных модуля, что-то сродни 3 модулей TP4056. Т.е. SkyRC e3 и его копии не имеют балансировки как таковой, а просто заряжают банки до одного значения напряжения (4,2V) одновременно, поскольку у них не выведены силовые разъемы. В ассортименте SkyRC есть действительно зарядно-балансировочные устройства, например, SkyRC e4, но ток балансировки всего 200ma и стоит уже в районе 15-20 долларов, зато умеет заряжать лифешки (LiFeP04) и токи заряда до 3А. Кому интересно, могут ознакомиться с модельным рядом SkyRC. Итого, для данного варианта необходимо любое из вышеперечисленных 2S-3S зарядных устройств, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты и высокотоковые аккумуляторы:

Как по мне, очень хороший и экономичный вариант, наверно, я бы остановился на нем.

Еще один вариант, предложенный камрадом Volosaty:

Использовать так называемый «Чешский балансир»:

Где он продается лучше спросить у него, я первый раз о нем услышал, :-). По токам ничего не подскажу, но судя по описанию, ему необходим источник питания, поэтому вариант не такой бюджетный, но вроде как интересный в плане зарядного тока. Вот ссылка на статью. Итого, для данного варианта необходимы: источник питания, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты, «чешский балансир» и высокотоковые аккумуляторы.

Преимущества:

Я уже ранее упоминал о преимуществах литиевых источников питания (Li-Ion/Li-Pol) над никелевыми (NiCd). В нашем случае сравнение лицом к лицу – типичная батарея шурика из NiCd аккумов против литиевой: + высокая плотность энергии. У типичной никелевой батареи 12S 14,4V 1300mah запасенная энергия 14,4*1,3=18,72Wh, а у литиевой батареи 4S 18650 14,4V 3000mah - 14,4*3=43,2Wh + отсутствие эффекта памяти, т.е. можно заряжать их в любой момент, не дожидаясь полного разряда + меньшие габариты и вес при одинаковых параметрах с NiCd + быстрое время заряда (не боятся больших токов заряда) и понятная индикация + низкий саморазряд Из минусов Li-Ion можно отметить только: - низкая морозостойкость аккумуляторов (боятся отрицательных температур) - требуется балансировка банок при заряде и наличие защиты от переразряда Как видим, преимущества лития налицо, поэтому зачастую имеет смысл переделки питания…

Вывод: обозреваемые платки неплохи, должны подойти для любой задачи. Если бы у меня был шурик на NiCd банках, для переделки я бы выбрал красную платку, :-)…

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

С родных никель-кадмиевых NI-CD на литий-ионные Li-ion размером 18650.

Немного теории.

В мощных силовых портативных устройствах применяются специальные аккумуляторы с повышенной токоотдачей. В шуруповерте при повышенной нагрузке, создается высокий ток, и чтоб с ним справиться используют усиленные Ni-CD и NiMH аккумуляторы (обычно обернутые в бумагу). Средний рабочий ток двенадцати вольтового шуруповерта 3-7 ампер, при нагрузке может доходить до 15А, а в импульсе до 30А.

Отсюда вытекает первая рекомендация – необходимо применять при замене кадмия на литий только высокотоковые литий-ионные аккумуляторы. Сейчас данные аккумуляторы производят компании Samsung, LG, SONY и ряд других производителей.

Использование 4 аккумуляторов Li Ion в 12 Вольтовом шуруповерте губительно для силового ключа ШИМ регулятора оборотов, расположенный в кнопке. Напряжение полностью заряженного Li Ion аккумулятора 4,2 вольта, напряжение полностью заряженной сборки из четырех аккумуляторов составит 16.8 вольт что на треть превышает рекомендуемое напряжение, согласно закону Ома – «ток прямо пропорционален напряжению в цепи», говорит нам что ток уветичится так же на треть, и в импульсе он может достигнуть 40А, ни один ключ не выдержит такой перегрузки, и выйдет из строя. Мы рекомендуем применять для 12 Вольтового аккумулятора только 3 литий-ионных аккумулятора, 4 аккумулятора отлично справятся с 14,4 вольтовым аккумулятором, а 18 вотльтовым достаточно 5 аккумуляторов.

В процессе эксплуатации литий-ионного аккумулятора необходимо контролировать его напряжение заряда и разряда, так как в связи с его физико-химическими особенностями, напряжение необходимо держать в строго определенных рамках 2,5-4,2 вольт. Только в этих условиях гарантируется максимальный срок службы аккумулятора и безопасность его эксплуатации.

Применение контроллера заряда и разряда - обязательно и, исходя из первой рекомендации, контроллер должен поддерживать работу при токах от 12 до 30 ампер, иначе при повышенной нагрузке контроллер будет «уходить в защиту» и нормальной работы устройства не получится.

Для зарядки можно использовать родное зарядное устройство, не забудьте оставить датчик температуры и перегрева на своих местах, иначе заряжать не будет. Если по каким либо причинам зарядка «не хочет» работать, то следующих два Варианта для Вас.

Можно взять готовое к работе , рассчитанное на количество элементов в Вашей сборке и подобрать по оптимальному току заряда. В этом случае сверлится отверстие в блоке, для гнезда 5,5*2,1 мм, и дальнейшая зарядка будет осуществляться через него. Это решение особенно спасает, когда места в блоке батарей совсем мало. В нашем случае мы так и поступили, но все датчики оставили на своих местах, а вдруг пригодится.

Отличное решение для зарядки - это применение универсального модуля преобразования постоянного напряжения DC-DC с возможностью регулировки тока и напряжения, так называемые CC CV. Большую популярность имеют модули понижающие на чипах XL4015 и LM2596 . Выставляете на выходе модуля напряжение заряда 12,6-13,6 В и ток заряда в пределах 500-900мАч и модуль всё остальное сделает сам. Применение данных модулей дает возможность заряжать шуруповерт от любого источника питания с напряжением выше 13 вольт. Особенно оправдано, если Ваш шуруповерт имеете блок питания отдельно от зарядного блока, тогда старый блок питания отлично справится с зарядкой новых аккумуляторов.

Ну и общие рекомендации – желательно применять сечение провода не менее 4 мм.кв., при монтаже соблюдайте осторожность, любые замыкания приводят к мгновенному разогреву проводников и можно обжечься, все соединения и места спайки должны быть максимально надежными и прочными, так как высокие токи, ну и вибрация присутствует.

Мы для нашего шуруповерта решили применить аккумуляторы , они отвечают всем необходимым параметрам. Так же был применен – это миниатюрный 50*22 мм высокотоковый контроллер с защитой от короткого замыкания и перегрузки. Все соединения мы производили силиконовым проводом 6 мм.кв (рекомендуем применять сечение поменьше, с таким сечением сложно работать).

С начала мы долго думали, как разместить аккумуляторы с платой.Потом думали куда поставить разъем зарядки. Ну и как определились, начали всё потихоньку спаивать. Самым удобным оказалось два аккумулятора положить в основном корпусе, а плату BMS и третий аккумулятор расположить в штыре корпуса.

В процессе сборки появилась мысль снабдить наш аккумулятор , сказано - сделано. Место куда его прикрутить есть, и кнопочку не забыли, чтоб можно было нажать и посмотреть сколько осталось емкости. Модуль настраиваемый, так что по сути можно прикрутить к любому аккумулятору.

В качестве заключения.

От процесса и результата остались довольны все. Вес аккумулятора уменьшился вдвое. Все возложенные испытания аккумулятор выдержал без нареканий.

Из пожеланий на будущее.

Валяется шуруповерт AEG тоже с 12 вольтовым аккумулятором, надеемся, руки дойдут и до него, и места в нем окажется побольше и думаем аккумуляторы поставить .

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:

1. 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;
2. 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;
3. 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;
4. 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:

1. В подобных инструментах применяются элементы с высокими значениями разрядного тока;
2. 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;
3. Не рекомендуется при замене аккумулятора шуруповерта на Li-Ion 18650 использовать элементы с разными значениями емкости;
4. Иногда встречаются советы применить литиевый аккумулятор от старого ноутбука. Это абсолютно недопустимо. Они рассчитаны на гораздо меньший ток разряда и имеют неподходящие технические характеристики;
5. 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:

1. Применение специальных кассет. Метод быстрый, но контакты обладают большим переходным сопротивлением, могут быстро разрушиться от сравнительно больших токов;
2. 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;
3. 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:

1. Хорошо вычищаются разобранные части корпуса;
2. Так как габариты новых аккумуляторных элементов будут меньше, их нужно надежно зафиксировать: приклеить к внутренней стенке корпуса клеем «Момент» или герметиком;
3. 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:

1. Наличие балансировки для обеспечения равномерности заряда элементов. Если она присутствует, в описании технических данных должно стоять значение тока балансировки;
2. 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;
3. Напряжение, при достижении которого происходит отключение аккумуляторов при перезаряде (около 4,3 В);
4. Напряжение, при котором отключается шуруповерт. Надо подобрать это значение, исходя из технических параметров аккумуляторного элемента (минимальное напряжение – около 2,6 В);
5. Ток срабатывания защиты от перегрузки;
6. 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:

1. Применение заводского зарядного устройства. Часто оно подходит и для зарядки новой батареи;
2. Переделка схемы зарядного устройства, с установкой дополнительных элементов схемы;
3. 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

Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:

• с катодом из кобальтата лития;
• с катодом на основе литированного фосфата железа;
• на основе никель-кобальт-алюминия;
• на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.

Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):

Обозначение	Типоразмер	Схожий типоразмер
XXYY0 , где XX - указание диаметра в мм, YY - значение длины в мм, 0 - отражает исполнение в виде цилиндра	10180	2/5 AAA
	10220	1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины)
	10280
	10430	ААА
	10440	ААА
	14250	1/2 AA
	14270	Ø АА, длина CR2
	14430	Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше
	14500	АА
	14670
	15266, 15270	CR2
	16340	CR123
	17500	150S/300S
	17670	2xCR123 (или 168S/600S)
	18350
	18490
	18500	2xCR123 (или 150A/300P)
	18650	2xCR123 (или 168A/600P)
	18700
	22650
	25500
	26500	С
	26650
	32650
	33600	D
	42120

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.

Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы

Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.

Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .

Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.

1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С - это емкость аккумулятора).

Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.

Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.

Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.

В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном - чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.

2. Второй этап заряда - это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.

На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.

По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.

Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.

За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.

Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда - т.н. предзаряд.

Предварительный этап заряда (предзаряд) - этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.

На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.

Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.

Еще одна польза предзаряда - это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).

Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.

Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:

Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.

Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:

1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?

Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.

Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный - 3400 мА.

2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?

Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:

T = С / I зар.

Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.

3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?

Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаково. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой разницы нет.

Что такое плата защиты?

Плата защиты (или PCB - power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.

В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:

В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.

Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:

Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.

Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.

Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.

Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.

На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе ("Protected").

Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM - power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда - ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата - это и есть то, что мы называем контроллером заряда.

Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).

Схемы зарядок li-ion аккумуляторов

Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.

LM317

Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:

Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 - не менее 1 Ватт.

Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.

Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).

LM317 бывает в разных корпусах:

Назначение выводов (цоколевка):

Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два - отечественного производства).

Зарядный ток можно увеличить до 3А, если вместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет - 11 руб/шт .

Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:

Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.

Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.

MAX1555 или MAX1551

MAX1551/MAX1555 - специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).

Единственное отличие этих микросхем - МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 - сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее, поэтому 1551 сейчас уже трудно найти в продаже.

Подробное описание этих микросхем от производителя - .

Максимальное входное напряжение от DC-адаптера - 7 В, при питании от USB - 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.

Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА - это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.

При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.

В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.

Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.

Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:

Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.

Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой .

Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого ().

LP2951

Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.

Величина напряжения заряда составляет 4,08 - 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.

Ток заряда составляет 150 - 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).

Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.

Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.

Микросхему можно купить как в DIP-корпусе , так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).

MCP73831

Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.

Типовая схема включения взята из :

Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.

Зарядка в сборе выглядит так:

Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.

Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:

LTC4054 (STC4054)

Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. ). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.

Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):

Один из вариантов печатной платы доступен по . Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.

I=1000/R . Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Я для своих целей взял резистор на 2.7 кОм, при этом ток заряда получился около 360 мА.

Радиатор к этой микросхеме вряд ли получится приспособить, да и не факт, что он будет эффективен из-за высокого теплового сопротивления перехода кристалл-корпус. Производитель рекомендует делать теплоотвод "через выводы" - делать как можно более толстые дорожки и оставлять фольгу под корпусом микросхемы. И вообще, чем больше будет оставлено "земляной" фольги, тем лучше.

Кстати говоря, бОльшая часть тепла отводится через 3-ю ногу, так что можно сделать эту дорожку очень широкой и толстой (залить ее избыточным количеством припоя).

Корпус микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.

LTH7 от LTADY отличаются тем, что первая может поднять сильно севший аккумулятор (на котором напряжение меньше 2.9 вольт), а вторая - нет (нужно отдельно раскачивать).

Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Прежде, чем использовать какой-либо из аналогов, сверяйтесь по даташитам.

TP4056

Микросхема выполнена в корпусе SOP-8 (см. ), имеет на брюхе металлический теплосьемник не соединенный с контактами, что позволяет эффективнее отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (ток зависит от токозадающего резистора).

Схема подключения требует самый минимум навесных элементов:

Схема реализует классический процесс заряда - сначала заряд постоянным током, затем постоянным напряжением и падающим током. Все по-научному. Если разобрать зарядку по шагам, то можно выделить несколько этапов:

1. Контроль напряжения подключенного аккумулятора (это происходит постоянно).
2. Этап предзаряда (если аккумулятор разряжен ниже 2.9 В). Заряд током 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) до уровня 2.9 В.
3. Зарядка максимальным током постоянной величины (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
4. При достижении на батарее 4.2 В, напряжение на батарее фиксируется на этому уровне. Начинается плавное снижение зарядного тока.
5. При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядное устройство отключается.
6. После окончания зарядки контроллер продолжает мониторинг напряжения аккумулятора (см. п.1). Ток, потребляемый схемой мониторинга 2-3 мкА. После падения напряжения до 4.0В, зарядка включается снова. И так по кругу.

Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1200/R prog . Допустимый максимум - 1000 мА.

Реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 на 3400 мА/ч показан на графике:

Достоинство микросхемы в том, что ток заряда задается всего лишь одним резистором. Не требуются мощные низкоомные резисторы. Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки. При неподключенном аккумуляторе, индикатор моргает с периодичностью раз в несколько секунд.

Напряжение питания схемы должно лежать в пределах 4.5...8 вольт. Чем ближе к 4.5В - тем лучше (так чип меньше греется).

Первая нога используется для подключения датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею (обычно это средний вывод аккумулятора сотового телефона). Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостанавливается. Если контроль температуры вам не нужен, просто посадите эту ногу на землю.

Внимание! У данной схемы есть один существенный недостаток: отсутствие схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выгорает из строя из-за превышения максимального тока. При этом напряжение питания схемы напрямую попадает на аккумулятор, что очень опасно.

Печатка простая, делается за час на коленке. Если время терпит, можно заказать готовые модули. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и переразряда ( , например, можно выбрать какая плата вам нужна - с защитой или без, и с каким разъемом).

Так же можно найти готовые платы с выведенным контактом под температурный датчик. Или даже модуль зарядки с несколькими запараллеленными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от переполюсовки (пример).

LTC1734

Тоже очень простая схема. Ток заряда задается резистором R prog (например, если поставить резистор на 3 кОм, ток будет равен 500 мА).

Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (их можно часто встретить в старых телефонах от самсунгов).

Транзистор подойдет вообще любой p-n-p, главное, чтобы он был рассчитан на заданный ток зарядки.

Индикатора заряда на указанной схеме нет, но в на LTC1734 сказано, что вывод "4" (Prog) имеет две функции - установку тока и контроль окончания заряда батареи. Для примера приведена схема с контролем окончания заряда при помощи компаратора LT1716.

Компаратор LT1716 в данном случае можно заменить дешевым LM358.

TL431 + транзистор

Наверное, сложно придумать схему из более доступных компонентов. Здесь самое сложное - это найти источник опорного напряжение TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически повсюду (редко какой источник питания обходится без этой микросхемы).

Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора. Подойдут даже старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).

Настройка схемы сводится к установке выходного напряжения (без аккумулятора!!!) с помощью подстроечного резистора на уровне 4.2 вольта. Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока.

Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов - сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля. Единственный недостаток - плохая повторяемость схемы (капризна в настройке и требовательна к используемым компонентам).

MCP73812

Есть еще одна незаслуженно обделенная вниманием микросхема от компании Microchip - MCP73812 (см. ). На ее базе получается очень бюджетный вариант зарядки (и недорогой!). Весь обвес - всего один резистор!

Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе - SOT23-5.

Единственный минус - сильно греется и нет индикации заряда. Еще она как-то не очень надежно работает, если у вас маломощный источник питания (который дает просадку напряжения).

В общем, если для вас индикация заряда не важна, и ток в 500 мА вас устраивает, то МСР73812 - очень неплохой вариант.

NCP1835

Предлагается полностью интегрированное решение - NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4.2 ±0.05 В).

Пожалуй, единственным недостатком данной микросхемы является ее слишком миниатюрный размер (корпус DFN-10, размер 3х3 мм). Не каждому под силу обеспечить качественную пайку таких миниатюрных элементов.

Из неоспоримых преимуществ хотелось бы отметить следующее:

1. Минимальное количество деталей обвеса.
2. Возможность зарядки полностью разряженной батареи (предзаряд током 30мА);
3. Определение окончания зарядки.
4. Программируемый зарядный ток - до 1000 мА.
5. Индикация заряда и ошибок (способна детектировать незаряжаемые батарейки и сигнализировать об этом).
6. Защита от продолжительного заряда (изменяя емкость конденсатора С т, можно задать максимальное время заряда от 6,6 до 784 минут).

Стоимость микросхемы не то чтобы копеечная, но и не настолько большая (~1$), чтобы отказаться от ее применения. Если вы дружите с паяльником, я бы порекомендовал остановить свой выбор на этом варианте.

Более подробное описание находится в .

Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?

Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.

Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.

Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора - это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:

Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.

Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.

Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:

U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта

Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.

Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.

Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:

R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом

Мощность рассеивания резистора:

P r = I 2 R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт

В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:

I зар = (U ип - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0.3 А

Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).

Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение - электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.

Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства. Однако такой способ зарядки имеет существенные минусы, о которых мы рассказывали в .

Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).

Зарядка при помощи лабораторного блока питания

Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).

Все, что нужно сделать для зарядки li-ion - это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.

Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.

Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.

Как видите, лабораторный БП - практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.

Как заряжать литиевые батарейки?

И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос - НИКАК.

Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.

Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 - это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.

О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.

85 коп/шт. Купить MCP73812 65 руб/шт. Купить NCP1835 83 руб/шт. Купить *Все микросхемы с бесплатной доставкой