Переделка шуруповерта на литий-ионные аккумуляторы

Шуруповерт, функционирующий от никель-кадмиевой (NiCd) аккумуляторной батареи, удобен в применении. Нет необходимости искать электрическую розетку, не надо путаться в проводах. Его можно использовать где угодно. Однако это далеко не самый идеальный носитель энергии.

Такой аккумулятор постепенно теряет емкость и становится неработоспособным. В данных обстоятельствах следует подумать о замене вышедшей из строя АКБ либо о переделке своими руками электроинструмента на литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторные батареи 18650.

Для владельца переделка шуруповерта на Li-Ion батареи раскрывает многие прежде недоступные возможности:

• АКБ можно дозаряжать после недолговременной работы;
• Li-Ion АКБ отработают большее количество циклов зарядки-разрядки, а при истощении ресурса их можно будет попросту заменить;
• зарядка будет выполняться в несколько раз быстрее (приблизительно 1-3 часа в сравнении с 13-15 часами для NiCd АКБ);
• отсутствие эффекта памяти.

Шуруповерт по строению аналогичен электродрели и содержит в своей структуре следующие узлы:

• цилиндрический электродвигатель;
• планетарный редуктор;
• регулятор оборотов;
• корпус, плавно переходящий в рукоятку и опору, к которой фиксируется аккумулятор;
• кнопки управления;
• аккумуляторная батарея либо шнур питания.

Рассмотрим, как переделать шуруповерт на литий-ионный аккумулятор.

Для переборки и перепайки имеющегося шуруповерта на Li-Ion батареи необходимо купить:

• комплект Li-Ion АКБ;
• BMS-плату (плата контроллера заряда);
• провода сечением не меньше 2,5 мм2 (желательно в силиконовой оплетке).

Из инструментария потребуются:

• электропаяльник мощностью не меньше 40 ватт с комплектом расходных материалов, в том числе и кислотным флюсом;
• отвертки, скальпель и тому подобное.

Как правило, при переделке любого шуруповерта на литиевые аккумуляторные батареи применяют элементы форм-фактора 18650. Эти цифры означают линейные размеры:

• длина в 65 миллиметров (в действительности немного больше);
• диаметр в 18 миллиметров.

Эти батареи принадлежат к группе пальчиковых: обладают цилиндрической формой с выводами плюсового и минусового полюсов с противолежащих сторон. Напряжение одной батареи в до конца заряженном состоянии будет 3,6 вольт. Для любого шуруповерта необходимо набрать требуемое напряжение. Его можно увидеть на корпусе старой аккумуляторной батареи.

С учетом напряжения, необходимого для питания, устанавливаем, какое количество элементов 18650 для шуруповерта требуется соединить последовательно. Зависимость числа аккумуляторов от напряжения:

• для 12 вольт – 3 штуки;
• для 14 вольт – 4 штуки;
• для 18-20 вольт – 5 штук.

Разумеется, из 3,6-вольтовых батарей не всегда получается набрать напряжение, точно равное номиналу. Так, для 18 вольт все выходит идеально, а для 12 вольт нужно будет обходиться либо немного меньшим, либо немного большим напряжением.

Необходимо осознавать, что в первом случае незначительно упадет вращающий момент, а во втором он возрастет, однако следует быть готовыми к уменьшению ресурса механической части. Более того, имеется вероятность, что увеличенное напряжение приведет в негодность электронную схему, которая используется для управления.

При всех имеющихся преимуществах литий-ионные элементы особенно чувствительны к:

• глубокой разрядке;
• перезарядке;
• избыточному зарядному току;
• перегреву.

Осуществлять контроль над всем этим на протяжении тех нескольких часов, которые нужны для пополнения энергии аккумуляторной батареи, непросто. По этой причине данные обязанности ложатся на систему Power Control Board (PCB) или систему обеспечения функционирования (СОФ). Она являет собой небольших размеров плату, которая часто встраивается в корпус аккумуляторной батареи (вследствие этого длина батареи форм-фактора 18650 немного превышает обещанные 65 миллиметров).

Данная система прерывает заряд при достижении требуемого напряжения и отключает аккумуляторы при разрядке до определенного уровня. Эти элементы содержат на корпусе маркировку Protected. Если маркировки нет либо прямо обозначено Unprotected, значит, элемент подобной системой не оснащен и осуществлять контроль над параметрами зарядки нужно будет вручную либо доверять эту задачу внешнему устройству.

Не следует путать PCB (СОФ) с системой Battery Management System (BMS) либо Power Charge Module (PCM). Данные системы предназначаются для поэлементного контроля над зарядкой элементов питания, собранных в батарею посредством последовательного соединения. Батареи, из которых собран аккумулятор, несут в себе определенный диапазон параметров, потому допускается ситуация, когда некоторые элементы уже заряжены, а другие еще требуется заряжать. Конечно, подобная ситуация неблагоприятна для АКБ. И решает эту проблему BMS («балансир»).

У плат различных изготовителей маркировка может различаться (вместо B бывает маркировка 0V, взамен порядкового номера элемента ставят общее напряжение в точке подсоединения). Купить готовый «балансир» можно в сети на популярных торговых площадках. Выбирать следует по следующим характеристикам:

• рабочий ток – не меньше 30 ампер;
• число подключаемых элементов должно совпадать с количеством элементов в батарее.

И, разумеется, необходимо сопоставлять размеры платы с имеющимся установочным пространством.

В первую очередь, необходимо определить, поместятся ли новые элементы в старом корпусе. Следует принимать во внимание, что кроме элементов питания нужно будет разместить плату BMS. Как правило, места в старом корпусе недостаточно и сперва необходимо попробовать удалить из него все лишнее (перегородки, ненужные крепления и так далее). Затем нужно объединить батареи последовательно. Оптимальный вариант – купить аккумуляторные батареи с уже припаянными металлическими полосками. Подобные элементы имеются в продаже в интернет-магазинах, их стоимость несколько выше, но спаять их проще, а вероятность перегрева батарей обычно минимальна.

Следующий шаг – установка в корпус платы BMS и подключение ее в соответствии со схемой. Стандартная схема подключения BMS изображена на рисунке ниже. К контактной группе плата подсоединяется посредством проводов сечением не меньше 2,5 мм2. Для этого лучше применять провода в мягкой силиконовой оплетке: ей не страшен перегрев, который может появиться во время пайки либо в процессе работы. На этом замена аккумуляторной батареи завершена, можно полностью собирать блок батарей, заряжать аккумулятор и проверять инструмент в работе.

В отдельных ситуациях нужен обратный ход – перепаковка аккумуляторного устройства на питание от бытового напряжения в 220 вольт. Этот способ может показаться очень сложным, но при наличии определенных навыков можно выполнить качественный ремонт. Шуруповерт после этого может прослужить еще не один год. В первую очередь, необходимо припаять электрический кабель к контактам зарядки. Соединение, возможно, будет сложным: кабель в основном состоит из меди, а зарядник имеет латунные клеммы, что усложняет их пайку. Здесь и поможет кислота, которая прекрасно подойдет на роль соединительного компонента. Нужно обработать кислотой клеммы и припаять сетевой кабель к контактам.

Затем переделываем нерабочий аккумулятор. Полностью его разбираем и вынимаем все внутренности. Корпус следует оставить: в него поместим груз для уравновешивания сил, действующих в устройстве. Следующий этап – припаивание контактов кабеля к выводам АКБ, которую разместили в теле корпуса.

После этого кабель протягивается в АКБ с наружной стороны корпуса, для этого надо просверлить отверстие под сечение провода. Для надежного закрепления кабеля в корпусе желательно обмотать его изолентой снаружи и внутри. Завершающим шагом будет монтаж подготовленного корпуса АКБ в шуруповерт.

Еще один способ реанимировать шуруповерт – использовать БП от компьютера. Самый простой и удобный вариант – взять блок питания от персонального компьютера с мощностью не меньше 250 Вт. Его не надо переделывать, несмотря на то, что ваш электрошуруповерт имеет 18 В, а блок – 12 В. Для не очень больших задач этого будет достаточно, различие окажется не очень заметным.

Потребуются:

• БП компьютера;
• конденсатор;
• проводка.

Последовательность действий следующая.

• Разбираем отсек аккумулятора шуруповерта.
• АКБ извлекаем и утилизируем. Только изначально надо откусить от нее контакты подсоединения к клеммной колодке.
• Берем 1,5-метровый кусок двужильного провода сечением 4 мм2. Лудим его со всех концов.
• Паяем провода к контактам колодки.
• В торце места подключения по центру просверливаем отверстие под винт.
• Поскольку аккумулятора в корпусе больше нет, колодку теперь будет удерживать болт. Просверливаем отверстие и сажаем гайку на термопластичный клей, чтобы было удобно ее затягивать при сборке.
• Собираем клеммную колодку.
• С боковой части основания просверливаем отверстие под кабель и протягиваем его. Чтобы не выдернуть кабель во время работы, обматываем край изоляционной лентой.
• Собираем блок аккумулятора.
• Из старой платы ПК выпаиваем разъем для подсоединения БП. Припаиваем к нему второй конец шнура.
• Переключаемся на доработку БП. Если подключить его сразу к сети, то он не будет работать. Надо замкнуть контакты пуска. Как правило, на корпусе имеется схема подсоединения. Делаем это посредством перемычки.
• Пробуем подключить. БП должен запуститься, это будет понятно по вращению кулера.
• Подключаем все через разъем к шуруповерту.

При сборке аккумулятора необходимо помнить, что токи при эксплуатации шуруповерта способны достигать 11-12 ампер, следовательно, площадь касания контакта соединительных металлических полосок (шинки) между элементами должна быть наибольшей. В связи с этим способ соединения посредством точечной сварки, зачастую рекомендуемый в интернете, не очень подходящий. Предпочтительнее припаять шинки на всю площадь контакта аккумуляторной батареи.

Наряду с этим необходимо осознавать, что элементы крайне восприимчивы к перегреву, потому паять следует с большой скоростью и с уверенностью, используя активные флюсы (кислотные). Рекомендуется использовать теплоотводы, в качестве которых способны послужить плоскогубцы и тому подобное. Необходимо смотреть, чтобы брызги кислоты в процессе пайки не попадали на остальные поверхности, так как это в дальнейшем спровоцирует коррозию в местах попадания. Области пайки требуется тщательным образом промыть.

Заряжать Li-Ion аккумуляторные батареи штатной зарядкой для NiCd нельзя. Потому необходимо приобрести ЗУ для Li-Ion аккумуляторов, которое будет соответствовать следующим требованиям:

• напряжение должно равняется 4,2xn, где n — это число элементов;
• ток должен равняться 50% от емкости сборки в амперах.