Плата защиты li ion аккумуляторов для шуруповерта 12 вольт

Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 12в

В данной статье рассматривается:

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

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

Для переделки по моему варианту нам понадобиться:

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

Батарея:

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

Зарядное устройство (можно не переделывать):

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

Меры предосторожности:

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

Поехали:

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

Сборка новой батареи (3шт. 18650):

Предисловие

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

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

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

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

Сборка:

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

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

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

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

Приступаем к припайке батарей к плате.

Результат:

Разбираем родную батарею. Вытаскиваем старые батареи (Осторожно).

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

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

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

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

Использовать готовую батарею можно с имеющимся зарядным устройством, но:

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

В принципе это основные нюансы использования родного зарядного устройства.

О родном зарядном устройстве.

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

Схема ЗУ SD-C804S найденного на просторах интернета.

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

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

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

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

Переделка родного зарядного устройства (жуткий колхоз):

Переделывать будем с расчетом возможности заряжать старый тип аккумуляторов.

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

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

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

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

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

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

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

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

В результате имеем вот такой колхоз.

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

Дополнение от 15.09.20:

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

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

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

Источник

Бюджетная переделка шуруповерта на литий. Необходимые товары с Aliexpress

Переделка шуруповертов на литий до сих пор не теряет своей актуальности, поскольку не требует значительных капиталовложений и легко осуществляется даже неподготовленным человеком. При этом вы получаете свой любимый и проверенный временем инструмент с гораздо большим временем работы без тех недостатков, которые присущи Ni-Cd аккумуляторам.

Платы BMS

Один из главных элементов при переделке батареи на литиевое питание. Плата BMS необходима для защиты аккумуляторов от переразряда, перезаряда, чрезмерно высокого тока и короткого замыкания (КЗ). Для 12-вольтовых шуруповертов приобретаем 3S BMS, для 14-вольтовых — 4S BMS. Для более полного использования аккумуляторов отлично подойдут 4S BMS.

Высокотоковые аккумуляторы 18650

Второй главный элемент при переделке шуруповерта. Необходимы хорошие аккумуляторы с токоотдачей не мене 15А. Идеально подходят по соотношению цена/качество LG HE4 2500mah, Samsung 25R 2500mah, Samsung 30Q 3000mah и LG HG4 3000mah («шоколадки»). Можно использовать среднетоковые банки на 10А, но только в схеме *2P (две в параллель).

Высокотоковые аккумуляторы 21700

Наиболее перспективный формат аккмуляторов, набирающий популярность бешеными темпами. Имеет бОльшую энергоемкость, но при этом чуть больше в размере. Единственный минус – они могут не поместиться в корпусе, поэтому уточните этот момент перед покупкой. При их использовании вы получите очень внушительную автономность.

Никелевая лента

Предназначена для соединения аккумуляторов в батарею. Может использоваться как для контактной сварки, так и для пайки. Имеет низкое сопротивление и не греется при серьезных токах, к тому же имеет плоский профиль, что не сильно добавляет в размерах и позволяет уместиться сборке в компактных корпусах.

Качественные провода

Качественные медные многожильные провода в термостойкой силиконовой изоляции. Альтернатива никелевой ленты. Легко лудятся, хорошо гнутся, изоляция плавится только при высокой температуре. Хороший вариант для бюджетной переделки. В ответственных проектах использую такие же.

Уплотнительные кольца

Предназначены для дополнительной электроизоляции выводов аккумулятора и повышают живучесть батареи в целом. Особенно важно использовать их в мощных инструментах, у которых токи потребления высокие. Также будут полезны при использовании не очень качественных проводов, которые при значительных токах греются и могут закоротить выводы.

Зарядное устройство

Предназначено для корректного и полного заряда литиевой батареи. Необходимо выбирать под нужное напряжение сборки. Зарядные устройства снабжены индикаторами процесса заряда. Тока заряда в 1-2 ампера хватит для любой сборки. Родным зарядным устройством литиевую батарею заряжать нельзя.

Индикатор заряда батареи

Предназначен для грубой оценки заряда батареи. Позволяет приблизительно оценить степень заряда и принять решение, стоит ли брать с собой вторую (запасную) батарею или нет. Основная особенность в том, что его можно монтировать снаружи корпуса. На странице продавца есть несколько моделей под нужное напряжение.

Собственно, больше ничего приобретать не нужно. Самые важные элементы – это Li-Ion аккумуляторы и плата BMS, на них экономить не стоит. От себя добавлю, что большинство моделей шуруповертов на 12V можно переделать под формат 4S*P с рабочим напряжением 10-16,8V, как я и сделал. Исключение составляют дешевые ноунейм шуруповерты с пластиковыми шестернями в редукторе, но таких единицы. При этом немного повысится крутящий момент и рабочие обороты, а также более полно будет использоваться батарея. Но в таком случае плата BMS строго обязательна.

Для начала нужно разметить место в корпусе и при необходимости убрать или подрезать выступающие элементы. Под сборку необходимо подложить мягкий изоляционный материал, дабы при вибрациях не повреждалась термоусадка банок. Если планируется разовая переделка, то можно обойтись и простой пайкой, она ничем не хуже. В промышленных масштабах батареи собирают при помощи никелевой ленты и точечной сварки, поскольку это проще, быстрее и технологичнее в производстве. Для пайки желательно использовать флюс.

Я рекомендую паять паяльником с массивным жалом (мощность 60W) и активным флюсом (паяльная кислота или флюс по алюминию). Последний даже лучше и практически не пахнет. Провода использовать с хорошим сечением не менее 2,5 квадратов. При пайке не грейте плюсовой контакт более 10-15 секунд, иначе сработает внутренняя защита аккумулятора. После сборки батарею необходимо активировать, подав напряжение на выходные контакты платы BMS. Если при резком старте шуруповерт уходит в защиту, лечится это несколькими способами (расскажу отдельно). По желанию можно добавить грубый индикатор заряда, с ним гораздо удобнее.

В принципе, на этом все. Для переделки нужны лишь комплектующие и базовые навыки владения паяльником. Если будут какие-то вопросы, пишите в комментариях.

Источник