Можно ли заменить никель кадмиевый аккумулятор на литий ионный: Простой способ перевести шуруповерт с никель-кадмиевых на литий-ионные аккумуляторы

24.12.2020 alexxlab 0

Содержание

Переделка шуруповертов на литиевые аккумуляторы 18650 — схемы и инструкции

Каждый мастер встречается с проблемой снижения работоспособности инструмента, или полного отказа из-за аккумулятора. Производители используют в 12-ти, 14-ти, 18-ти вольтовых шуруповертах аккумуляторы из никель-кадмиевых батареек. Схема последовательной сборки нескольких элементов создает нужное напряжение. Замена никель-кадмиевых батареек на литийевые увеличивает срок службы аккумулятора, облегчая конструкцию. Обязательная установка платы BMS добавляет надежность. Поэтому переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы, в основном, на форм-фактор 18650, оправдана.

Смысл и порядок переделки шуруповертов на литиевые аккумуляторы

Почему никель-кадмиевые аккумуляторы быстро выходят из строя? В гирлянде последовательно соединенных банок каждая особенна. Химический процесс индивидуален, заряд в закрытых системах различный. При неисправности в одной банке, конструкция не дает нужное напряжение.

Система контроля и балансировка заряда в отдельных компонентах не предусмотрена.

Каждая Ni-Cd банка дает 1,2 В, а li-ion 18650 – 3,6 В.
Емкость литиевой батарейки в 2 раза больше никель-кадмиевой, близкого размера.
Перегретая батарейка li-ion грозит взрывом и возгоранием, поэтому установка контроля равномерности заряда в банках обязательна. В никель-кадмиевых батарейках BMS не ставят – производитель не заинтересован.
У литиевых элементов нет эффекта памяти, в отличие от Ni-Cd, заряжать их можно в любое время и в течение часа.
Шуруповерт становиться значительно легче после переделки аккумулятора на li-ion, с использованием банок 18650.

Есть только два препятствия для переделки шуруповерта под литиевые аккумуляторы – с ним невозможно работать при минусе. Емкость банок падает, начиная с понижения уже от +10

0 С. Литиевые аккумуляторы дороги.

Зная, какое требуется входное напряжение на шуруповерт, переделка зарядного устройства производится, с учетом размещения банок литиевого аккумулятора и управляющих элементов в заводском контейнере. Также можно поступить с фонариком, модернизировав гнездо под блок из элементов 18650.

Допустим необходима переделка 12 В шуруповерта, использующего Ni-Cd банки на li-ion. Если использовать 3 банки, напряжения на выходе недостаточно: 3,6 х 3 = 10, 8 В. С 4-мя компонентами мощность аппарата будет выше: 3,6 х 4 = 14,4 В. При этом инструмент станет легче на 182 г, несколько увеличится его мощность, емкость – сплошные плюсы. Но при демонтаже необходимо оставить клеммы и родной термодатчик.

Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 14 В

При переделке шуруповертов разной мощности и фонариков с Ni-Cd на Li-ion, чаще используют аккумуляторы форм фактор 18650. Они легко встают в контейнер или гнездо, так как вместо двух-трех родных устанавливают один литиевый. Переделка АКБ шуруповерта должна вестись с учетом особенностей литиевых аккумуляторов на 18650.

Этот вид источников энергии не переносит глубокий разряд и излишний заряд. Значит, необходимо использовать платы управления величиной напряжения.

Так как каждая батарея имеет свой характер, их заряд корректируется балансиром. Смысл переделки шуруповерта с напряжением на 14,4 В заключен в создании прибора с использованием литиевых аккумуляторов для облегчения ручного инструмента и повышения его работоспособности. Больше всего для этих целей подходят литиевые аккумуляторы 18650.

При подборе комплектующих, следует учесть, пусковой ток шуруповерта высок, необходимо выбрать соответствующий BMS на нужное количество банок и не менее чем на 30 А. Для переделки зарядки шуруповерта на литиевый аккумулятор необходимо запастись хорошим паяльником, не кислотным флюсом и толстыми проводами для выполнения перемычек.

Комплектация:

Литий-ионные банки в количестве 4 шт.
Контроллер li-ion аккумулятора на 4 банки, хорошо подходит CF-4S30A-A. В нее встроен балансир, контролирующий заряд каждого элемента.
Термоклей, флюс для паяния ТАГС, припой.
Термостойкий скотч;
Соединительные перемычки или толстый провод в изоляции сечением не менее 0,75 квадрата, порезанный для мостиков.

Порядок работы по переделке шуруповерта под 18650:

Разобрать корпус и извлечь из контейнера связку из 12 Ni-Cd элементов.
Убрать гирлянду, оставив разъем с выводами «+» и «-» . Вместо термодатчика установится термопара от контроллера.
Спаять сборку, учитывая, что нельзя использовать кислоту, только нейтральный флюс и чистый припой. В период соединения нельзя разогревать крышки. Работать точечно.
Подключить балансировочные точки к контроллеру, согласно схеме. На плате разъемы предусмотрены.
Соединить сборку с выводами плюса и минуса.
Проверить работоспособность схемы. Если все работает, собранную АКБ, контроллер разместить в гнезде, закрепить с помощью герметика.

Если ЗУ не универсальное, потребуется дополнительная переделка. Шуруповерты на 12 V с универсальным зарядным устройством собирают так же, но используется защитная схема подключения 3х18650 3,7 В на литиевые аккумуляторы. Точно так же переделывается отвертка с использованием комплекта АКБ 18650 в количестве 2 элементов.

Переделка шуруповерта «Макита» на литиевый аккумулятор

Есть «Макита» шуруповерт с аккумулятором емкостью 1,3 А/ч и напряжением 9,6 В. Чтобы сменить на нем источник питания на литий-ионный, потребуется 3 компонента 18650. Переделка предоставит старому инструменту новые возможности: увеличит продолжительность работы на одном заряде, добавит мощность, так как рабочее напряжение поднимется до 10,8 В.

Для конструкции потребуется использовать BMS, управляющий контроллер, поддерживающий режим работы литиевых элементов в рабочих пределах. С этим прерывателем зарядка каждой банки будет равномерной без превышения 4,2 В, нижнее напряжение 2,7 В. Здесь применяется встроенный балансир.

Параметры контроллера должны сопровождать работу инструмента при повышении рабочего тока до 10-20 А. Обеспечить работу без отключения сможет плата на 30 А Sony VTC4, рассчитанная на емкость 2100 А/ч. Из 20 амперных подойдет Sanyo UR18650NSX принимающие энергии 2600А/ч. Плата нужна для 3 элементов, что маркируется в классификации 3S.

При этом в плате должно быть 2 контакта, плюс и минус. Если выводы имеют обозначения с буквами «Р-«, «Р+», «С-», они предназначены для более поздних моделей шуруповертов.

Пошаговая инструкция переделки шуруповерта Макита на литиевые аккумуляторы выглядит так.

Разобрать аккумулятор на клею можно, если на весу обстукивать место соединения молотком с мягкой головкой. Направление удара вниз, в стык по нижней части корпуса.
Взять от старой сборки только контактные пластины, аккуратно отсоединив их от батареи. Датчик и размыкатель нужно оставить.

Спаять 3 элемента последовательно, пользуясь флюсом ТАГС и перемычками с изоляцией. Сечение провода должно быть больше 0,75 мм2.
Собрать схему с контроллером, и соединить блок питания с контактными разъемами проводами 1,5 квадрата.
Проверить работоспособность схемы и собрать корпус, снова посадив его на клей.

В шуруповерте со старым зарядным устройством DC9710 после окончания зарядки литиевого аккумулятора 18650 красный светодиод на панели выключится. За уровнем заряда следит встроенный контроллер.

ЗУ Макита DC1414 Т используют для зарядки источников питания на 7.2-14,4 В. Пока идет зарядка, горит красный свет. Но при зарядке литиевого аккумулятора, его напряжение не укладывается в стандарты солевых изделий, и после 12 В зарядное начнет мигать красным и зеленым. Но нужная зарядка уже есть. Шуруповерт готов к работе.

Переделка шуруповерта «Хитачи» 12 В на литиевые аккумуляторы 18640

Особенности переделки шуруповерта «Хитачи» 12 В на литиевые аккумуляторы. Очень компактное гнездо под аккумуляторные элементы предназначено для пальчиковых элементов. Поэтому следует подготовить место под 18650 элементы. Необходимо вырезать у перегородки одну сторону, чтобы плотно разместить 1 элемент.

Нужно обзавестись флюсом, плоской металлической соединительной лентой, термоклеем. Устанавливать литиевые аккумуляторы в шуруповерт при переделке необходимо через защитный контроллер. Он должен обслуживать 3 элемента 18650, напряжением 3,7 В и рассчитан на 20-30 ампер.

Извлечь старую батарею из гнезда, аккуратно отсоединить контакты в сборке с датчиком температуры и индикатором включения. Зачистить и подписать контакты. Их следует вывести в одну сторону, соединить припоем с выводами из толстых проводов и залить сборку термоклеем.

Собрать источник энергии с одним из контроллеров, рассчитанных на 3 элемента. Собрать последовательную схему из 3-х Li-ion элементов. Подключить контроллер. Переделка литиевого 12-вольтового аккумулятора завершается, когда конструкция будет установлена в блоке, закреплена, и индикатор зарядки загорится. После полной зарядки замеры показывают 12,17 вольт в наружной сети. Но этого достаточно для безотказной длительной работы прибора.

Переделка шуруповерта «Интерскол» на литиевые аккумуляторы 18650

Рано или поздно никель-кадмиевая сборка из 15 банок отказывает. Один- два элемента заленились, и получить напряжение на выходе уже невозможно. Современные ДШ «Интерскол» на литиевых аккумуляторах служат гораздо лучше. Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18 вольт мастерами освоена.

Необходимо приобрести плату защиты на 5S, 3,7 В и 40-50 А. Потребуется балансировочная плата и сами источники энергии – 5 аккумуляторов литиевых 18650, можно оставить с заводскими терморезисторами, удлинив провода. При монтаже создать контактную площадку, вставить сборку, проверить работоспособность, закрепить. Особенности сборки советы мастера подробно даны в видео. Здесь полная информация о переделке 18-вольтного литиевого шуруповерта

Восстановление Ni-Cd аккумулятора шуруповерта своими руками

Электрический шуруповерт, необходимый бытовой и производственный инструмент для мелких строительных работ, установки и снятия метизов. Применение аккумуляторов вместо сетевого энергоснабжения позволяет работать в любых условиях, в отсутствие энергии. Чаще всего накопительная батарея инструмента укомплектована Ni-Cd аккумуляторами напоминающими пальчиковые батарейки. При соблюдении условий эксплуатации эти компоненты выдерживают до 1000 циклов зарядки. В некоторых случаях требуется восстановление аккумуляторов шуруповертов.

Особенности эксплуатации никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов

Для шуруповерта важно подобрать батарею из аккумуляторов, соответствующую по напряжению выполняемым задачам и с хорошей емкостью. Из стандартных компонентов с напряжением 1,2 В и емкостью 2000 мАч, выполняются все сборки, независимо от страны-производителя инструмента. Для получения нужного рабочего напряжения пакет собирается с последовательным соединением элементов, каждый из которых работает самостоятельно. Задача владельца – выполнить правильное обслуживание инструмента.

Потерять емкость батарея может при условиях:

Вначале эксплуатации не выполнена «раскачка» батареи – исключение «эффекта памяти».
Подзарядка инструмента производится в удобное для владельца время, не дожидаясь полной выработки энергии.
Подзарядка не достигает максимального уровня, останавливается раньше, способствуя снижению емкости.

Поэтому время от времени требуется использовать прошивку, как метод восстановления памяти Ni аккумуляторов.

Шуруповерт с никель-кадмиевой батареей может храниться длительное время в разряженном виде. Причиной потери емкости неработающей батареи пересыхание внутренней активной части. Восстановление емкости произойдет, если в каждую банку добавить воды особым способом.

Однако со временем приходит срок утилизации аккумуляторов с ядовитой начинкой. Именно этот аспект заставил страны Европы перейти на менее вредные, Ni-Mh (никель-металлогидридные) аккумуляторы. Их технические параметры и эффект памяти идентичны никель-кадмиевым, но имеют меньше циклов заряд-разряд и не работают при минусовых температурах. Способ восстановления емкости Ni-Mh аккумуляторов отличается от никель-кадмиевых.

Ni-Cd аккумуляторы – восстановление емкости

Для восстановления никель – кадмиевых аккумуляторов рулонного типа используются импульсные токи. При этом параметр тока превышает емкость в 10 и более раз, импульс составляет 2-4 секунды. Чтобы не повредить структуру элементов, необходимо следовать инструкции, соблюдать последовательность операций.

В первую очередь необходимо выявить в сборке элементы с нулевым зарядом. Эти элементы нужно выпаять и восстановить отдельно. Нет показаний на мультиметре, так как внутри банки произошел разрыв контакта корпуса с положительной обкладкой. Причина – отсутствие или недостаток влаги внутри корпуса. В таких аккумуляторах будет нужно восстановить водно-солевой баланс:

корпус элемента освободить от упаковки полностью;
просверлить отверстие в желобке и ввести в полость шприцом около 1 мл воды, медленно и постепенно, если вода не впитывается совсем, отбраковать ячейку;
дать впитаться воде, сделать начальную подзарядку элемента импульсным током;
каждый аккумулятор зарядить до 1,2 В, оставить на несколько дней.

Убедившись, что ячейки держит заряд, на корпусах нужно запаять отверстия. Собрать новую батарею, заменив отбракованные элементы.

Бывает, одного кубика воды недостаточно, емкость в элементе не до конца восстанавливается. Можно повторить операцию, пока отверстие открыто. Есть и другие способы реанимации батареи шуруповерта, но этот восстанавливает ячейки надолго.

Предлагаем посмотреть описанный метод на видео.

Переделка 12В шуруповерта с Ni-Cd на Li-ion аккумуляторы

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!

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

разница, отличия, можно ли заменить

Ni-Cd или Ni-Mh — что лучше для портативной техники? В этой заметке вы узнаете, какие отличия у этих двух типов аккумуляторов и насколько существенная разница между элементами с маркировкой «NiMh» и «NiCd» на корпусе.

Отличия Ni-Cd от Ni-Mh простыми словами

Ni-Cd (NiCd) — это никель-кадмиевый аккумулятор, в основе которого никелевый катод Ni(OH)2 и анод из гидроксида кадмия Cd(OH)2. Дешёвый и выносливый (долго служит), но прихотливый в зарядке.

Ni-Mh (NiMh) — это никель-металл-гидридный аккумулятор, в основе которого никелевый катод (оксид никеля NiO) и анод в виде водородного металлогидридного электрода (сплав La-Ni-Co). Более ёмкий и эффективный, но с меньшим ресурсом и дороже.

Ниже мы сделали подробное сравнение плюсов и минусов. В конце статьи вы найдёте особенности хранения NiCd и NiMh, основные характеристики элементов и параметры заряда, подробности взаимозаменяемости, например, в шуруповёртах или других автономных инструментах.

В чём разница между Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторами?

Основные отличия Ni-Cd от Ni-Mh элементов заключены по характеристикам ёмкости, эффекту памяти и экологичности. Как правило, батареи с маркировкой «NiMh» на корпусе дольше питают устройство (у них больше ёмкость), не страдают от «эффекта памяти» (почти отсутствует) и не наносят вреда окружающей среде.

Решение Ni-Cd заменить на Ni-Mh

В прошлом веке (примерно до середины 1990-х годов) в отрасли портативной электроники преобладали никель-кадмиевые (NiCd) батареи. В дальнейшем промышленники стали переходить на никель-металл-гидридные (NiMh) аккумуляторы из-за обостряющихся экологических норм.

Все сравнительные особенности (плюсы и минусы) указаны при условии примерно одинаковых габаритов и формы обоих типов аккумуляторов. Если отходить от этого условия, то могут быть значительные отклонения по количеству циклов (вплоть до 2000 циклов у NiMh, Лебедев О.А. Химические источники тока. — СПб.: ЛЭТИ, 2002. — 55с., Хрусталев Д.А. Аккумуляторы. — М.: Изумруд, 2003. — 224с.). В остальном интересны следующие у аккумуляторов Ni-Mh и Ni-Cd отличия.

Аккумуляторы типа Ni-Cd (NiCd)

Изобретены в 1899-м году Вальдемаром Юнгнером (Waldemar Jungner) и получили широкое распространение в 1980-х годах после успешных экспериментов по наращиванию активного материала с увеличением ёмкости на 60%. Никель-кадмиевые (NiCd) элементы питания остаются одними из самых прочных и устойчивых, что особенно актуально в таких ответственных отраслях, как авиастроение.

Плюсы:

• Недорогие (самый дешевый тип аккумуляторов при пересчёте на цикл).
• Высокая производительность нагрузки (способны отдавать большой ток).
• Долгий срок службы (до 1000 циклов заряда/разряда).
• Способны получать сверхбыструю зарядку (нужен контроль температуры и избыточного давления внутренних газов).
• Длительный срок хранения (может храниться в разряженном состоянии, перед использованием необходимо активировать).
• Складирование и транспортировка безопасны (принимаются авиакомпаниями в качестве груза).
• Эффективны при экстремальных температурах (от -50°C до +40°C, зарядка при температуре ниже 0°C).
• «Гибкий» форм-фактор (широкие возможности создания в любых размерах и вариантах установки).

Минусы:

• Меньше ёмкость и больше вес (по сравнению с альтернативными типами при тех же размерах).
• «Эффект памяти» (необходимо полностью разряжать перед зарядкой).
• Кадмий токсичен (металл со сложным и трудоёмким процессом утилизации).
• Высокая степень саморазряда (нужно заряжать после хранения, иначе теряется до 10% за первый месяц).
• Периодически требуется «тренировка» аккумулятора (3-4 цикла заряда/разряда для восстановления).
• Низкое напряжение со снижением от 1,5 (при первых 10%) до 1,2 В (требует много элементов для достижения высокого напряжения).

Аккумуляторы типа Ni-Mh (NiMh)

Впервые исследования в области гидрида никеля и металла проводились в 1967-м году в Женевском научно-исследовательском институте Баттеля и упирались в ограничение образования никель-водорода (NiH) из-за нестабильности гидрида металла. В 1980-х был открыт новый гидридный сплав, с которым разработку удалось завершить в 1987-м с улучшением ёмкости на 40% в сравнении со стандартными NiCd-аккумуляторами.

Плюсы:

• Высокая удельная ёмкость (до 40% больше от стандартной ёмкости NiCd и меньший вес).
• В большинстве случаев отсутствует «эффект памяти» (частота обслуживания снижена в 2-3 раза).
• Экологически чистые (выгодная переработка, не содержат кадмий, ртуть, свинец, вредные химические вещества).
• Складирование и транспортировка безопасны (принимаются авиакомпаниями в качестве груза).
• Эффективны при отрицательных температурах (но в меньшей степени, чем NiCd).

Минусы:

• Более высокая цена у NiMh, чем у NiCd.
• Сложный алгоритм зарядки (более длительный, чувствителен к перезаряду, плохо поглощает перезаряд, должен быть на меньшем токе).
• Требуют особое зарядное устройство (со стадийным алгоритмом и контролем перезаряда).
• Излишнее тепловыделение (при быстрой зарядке и во время разрядки на высокой нагрузке).
• Меньшая производительность при экстремальных температурах (в сравнении с NiCd).
• Небольшой срок службы (до 500 циклов, значительно сокращается из-за глубокого разряда).
• Скорость саморазряда почти в 2 раза выше (20% в течение первых 24 часов и растёт на 10% в месяц).

Замена гидридного материала уменьшает саморазряд и уменьшает коррозию сплава, но это сокращает и удельную энергию. Аккумуляторы для электрических силовых агрегатов используют это улучшение для достижения требуемого ресурса и длительного срока службы.

Что лучше — NiCd или NiMh?

Обычно нужно установить тот или иной аккумулятор, например, в электроинструмент. Работать предстоит на улице или в неотапливаемом помещении холодными зимними вечерами. В таком случае характеристики Ni-Cd подойдут лучше.

У NiCd лучшая эффективность на холоде и возможность заряжать при минусовых значениях температуры выручат при работе с тем же шуруповёртом в российских реалиях.

Во всех стандартных тепличных ситуациях Ni-Mh объективно выигрывает по своим техническим характеристикам у более древнего типа аккумуляторов Ni-Cd, у которых и «эффект памяти» и меньшая ёмкость. Однако в этом случае важно соблюдать правила зарядки по инструкции производителя, чтобы элемент питания прослужил как можно дольше.

Есть ли что-то лучше NiMh?

Если вас беспокоит высокая степень саморазряда Ni-Mh, то обратите внимание на усовершенствованный тип LSD Ni-Mh. Такие элементы питания стоят дороже, но оправдывают инвестиции в условиях, когда между зарядкой и непосредственно эксплуатацией проходит значительное время (например, пульты дистанционного управления).

LSD Ni-Mh — это никель-металл-гидридный аккумулятор с низким саморазрядом (Low Self-Discharge, LSD). В процессе хранения он теряет максимум 10-20% ёмкости в год и работает почти также эффективно при экстремальных температурах, как и NiCd. Срок службы увеличен до 1000-1500 циклов разряда/заряда с более высокими значениями тока под нагрузкой.

Усовершенствованные никель-металлогидридные аккумуляторые с низким саморазрядом впервые появились в 2005-м году благодаря усилиям компании Sanyo. Сегодня их производством занимается множество других брендов. Они замедляют электрический разряд за счёт более качественного разделения анода и катода с помощью полиолефинового сепаратора.

Если Ni-Cd заменить на Ni-Mh, то какой зарядник подойдёт?

Вы можете продолжить заряжать старым зарядником устройство после замены NiCd на NiMh и наоборот. Однако следует иметь ввиду, что если для Ni-Cd используется специальный адаптер (старого, даже древнего типа), то после замены аккумулятора на Ni-Mh не стоит им пользоваться.

Сейчас зарядных устройств специально для никель-кадмиевых аккумуляторов практически не существует (обязательно напишите в комментарии, если видели их в продаже).

Главное, что вам следует знать — сперва полностью разряжайте Ni-Cd и Ni-Mh, а лишь затем подключайте зарядное устройство. Так вы избежите «эффекта памяти» и всегда будете получать полностью работоспособное оборудование после зарядки. Следуйте этому правилу даже с Ni-Mh, у которого хоть и намного в меньшей степени, но всё равно проявляется эта проблема.

Есть ли особые требования для хранения Ni-Cd и Ni-Mh?

Когда нужно максимально сберечь штатные характеристики аккумуляторов обоих типов, следует придерживаться некоторых рекомендаций от производителей. Их мы выделили в этот список.

• В сухом прохладном месте (при высоких температурах усиливается саморазряд).
• С любым промежуточным процентом заряда (кроме полного разряда или полного заряда).
• Оптимально зарядить до уровня 40%-60%.
• В процессе хранения 1 раз в 3 месяца дозарядите (иначе саморазряд сократит процент).
• Храните NiCd и NiMh не дольше 5 лет.
• Перед началом эксплуатации после длительного хранения активируйте (полностью разрядите и зарядите).

Типы аккумуляторов для телефонов

При возникновении вопросов напишите их в комментарии или отправьте в виде личного сообщения нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Все для переделки шуруповерта на литий с АлиЭкспресс

Все для переделки шуруповерта с NiCd на Li-Ion с AliExpress. В топике краткое руководство и ссылки на все необходимые компоненты.

1) Плата BMS защиты

Нужна для защиты аккумуляторов от переразряда, перезаряда, чрезмерно высокого тока и короткого замыкания (КЗ).

Определяемся с выбором. Если шурик на 12V, покупаем 3S BMS, если на 14V, то 4S BMS. Вообще рекомендую сразу же переделывать на 4S, т.к. и мощность вырастет и будет более полно использоваться батарея. Плата BMS в таком случае обязательна, иначе убьете батарею за пару месяцев! Оптимальный ток защиты по току 30-40А.

Плата 3S BMS:

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Более тысячи заказов, отслеживается.

Плата 4S BMS:

Ссылка на товар (на 30А) — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар (на 40А) — ЗДЕСЬ

2) Высокотоковые аккумуляторы

Необходимы хорошие банки с токоотдачей не мене 15А. Идеально подходят по соотношению цена/качество LG HE4 2500mah (желтые «бананы»), Samsung 25R 2500mah, Samsung 30Q 3000mah и LG HG4 3000mah («шоколадки»). Для шурика пойдут и перепаковки под брендом Liitokala, Varikore и прочие.

LG HG4 3000mah — ЗДЕСЬ

LG HG4 3000mah с приваренными контактами — ЗДЕСЬ

Еще один вариант с приваренными контактами — ЗДЕСЬ

Samsung 25R — ЗДЕСЬ

Samsung 30Q — ЗДЕСЬ

Более нескольких тысяч заказов везде, нормальное качество.

3) Никелевая лента для сварки/пайки

Необходима для соединения аккумуляторов в батарею. Можно использовать и обычный многожильный провод большого сечения, но лента предпочтительнее. Если будете паять, то берите перфорированную ленту!

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

4) Точечная сварка «на коленке»

Представляет собой два ионистора (суперконденсатора), соединенные параллельно. Заряд высокий, позволяет сваривать намертво. Покупать не менее двух, иначе заряда не хватит для нормальной сварки.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

5) Стабилизатор питания

Можно попробовать заряжать от стандартного зарядного устройства, но с большой долей вероятности балансировка работать не будет. Данная плата позволяет заряжать фиксированным током до 5А (лучше не превышать 2А), подключается после выводов стандартной зарядки.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

6) Минивольтметр 0,28 дюймов

Предназначен для контроля заряда. Просто и удобно. Монтируется в батарею.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

7) Держатели (холдеры) для 18650 банок

Больше дополнительный аксессуар. Предназначен для защиты банок от КЗ при падениях собранной батареи. Можно просто обмотать банки изолентой, но это менее надежно.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

8) Запасной электродвигатель для шурика

На всякий пожарный. Пригодится просто для запаса. Стоит копейки, около 6 баксов. Есть с шестерней и без нее.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

9) Качественный припой Kaina

Паять все равно придется, поэтому используйте лучший припой всех времен и народов (без шуток). Сам был удивлен, когда попробовал. С флюсом внутри!

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

10) Отдельный балансир

На случай, если кто купил плату БМС без оной. Выравнивает заряд на всех банках.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

11) Многоштырьковый разъем для отдельной зарядки

На случай, если не устраивает встроенный медленный балансир и планируется зарядка от модельной, типа Аймакс, Айчарджер и прочие. рекомендую вывести и раз в пару месяцев балансировать на такой зарядке. Дополнительно купите заглушку за 50 центов, чтобы грязь туда не попадала! Разъем практически не выступает за пределы корпуса.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Пока на этом заканчиваю. Если тема будет интересна, в следующем топике расскажу как все это соединить воедино, плюс пару лайфхаков использования, 😉

Еще интересное:

Подборка автотоваров ЗДЕСЬ

Предыдущая автоподборка ЗДЕСЬ

Еще одна автоподборка ЗДЕСЬ

Предыдущаяподборка автотоваров ЗДЕСЬ

Предыдущие подборки ЗДЕСЬ, ЗДЕСЬи ЗДЕСЬ

Еще одна интересная подборка ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ

Либо смотрите в моем профиле ЗДЕСЬ

Первая часть насадок для электроинструмента ЗДЕСЬ

Вторая часть насадок для электроинструмента ЗДЕСЬ

Третья часть насадок для электроинструмента ЗДЕСЬ

Больше интересных товаров по выгодным ценам смотрите в группе GOODSFM

Очередная переделка шуруповерта на литий + решаем проблемы платы BMS

Давно не было обзора переделки шуруповерта на литий 🙂
Обзор посвящен в основном плате BMS, но будут ссылки и еще на некоторые мелочи, задействованные в переводе моего старого шуруповерта на литиевые батареи формата 18650.
Коротко — эту плату брать можно, после небольшого допиливания она вполне нормально работает в шуруповерте.
ЗЫ: много текста, картинки без спойлеров.

P.S. Обзор почти юбилейный на сайте — 58000-й, если верить адресной строке браузера 😉

Зачем все это

Трудится у меня уже несколько лет купленный в строймаге по дешевке безымянный двухскоростной шуруповерт на 14.4 вольта. Точнее, не прям совсем безымянный — на нем проставлена марка этого строймага, но и не какой-то именитый. На удивление живуч, до сих пор не сломался и выполняет все, что я от него требую — и сверление, и закручивание-раскручивание шурупов, и как намотчик трудится 🙂

Но вот его родные NiMH аккумуляторы так долго работать не захотели. Один из двух комплектных окончательно сдох год назад после 3 лет эксплуатации, второй в последнее время уже не жил, а существовал — полной зарядки хватало на 15-20 минут работы шуруповерта с перерывами.
Сначала я хотел обойтись малыми силами и просто заменить старые банки на такие же новые. Купил вот эти у вот этого продавца — aliexpress.com/item/Russian-seller-18-pcs-Sub-C-SC-battery-1-2V-1300mAh-Ni-Cd-NiCd-Rechargeable-Battery/32660234790.html
Они отлично работали (хотя и немного хуже родных) целых два или три месяца, после чего сдохли быстро и полностью — после полного заряда их не хватало даже на закрутить десяток шурупов. Не рекомендую брать у него аккумуляторы — хотя емкость изначально соответствовала обещанной, долго они не протянули.
И я понял, что придется все-таки заморочиться.

Ну и теперь о главном 🙂

Повыбирав на Али из предлагаемых плат BMS, остановился на обозреваемой, по ее размерам и параметрам:

Модель: 548604
Отключение по перезаряду при напряжении: 4.28+ 0.05 V (на ячейку)
Восстановление после отключение по перезаряду при напряжении: 4.095-4.195V (на ячейку)
Отключение по переразряду при напряжении: 2.55±0.08 (на ячейку)
Задержка отключения по перезаряду: 0.1s
Температурный диапазон: -30-80
Задержка отключения по КЗ: 100ms
Задержка отключения по превышению тока: 500 ms
Ток балансировки ячеек: 60mA
Рабочий ток: 30A
Максимальный ток (срабатывание защиты): 60A
Работа защиты по КЗ: самовосстановление после отключения нагрузки
Размеры: 45x56mm
Основные функции: защита от перезаряда, защита от переразряда, защита от КЗ, защита от перегрузки по току, балансировка.

Вроде все отлично подходит для задуманного, наивно думал я 🙂 Нет, чтобы почитать обзоры других BMS, а главное — комментарии к ним… Но мы же предпочитаем свои грабли, и только наступив на них, узнаем, что авторство на эти грабли уже давным давно и множество раз описано в инете 🙂

Все компоненты платы размещены на одной стороне:

Вторая сторона пустая и покрыта белой маской:

Часть, отвечающая за балансировку при заряде:

Эта часть отвечает за защиту ячеек от перезаряда/переразряда и она же отвечает за общую защиту от КЗ:

Мосфеты:

Собрано аккуратно, откровенных разводов флюса нет, вид вполне приличный. В комплекте шел хвост с разъемом, был сразу воткнут в плату. Длина проводов в этом разъеме — около 20-25 см. К сожалению, сразу его не сфотографировал.

Что еще заказал именно для этой переделки:
Аккумуляторы — aliexpress.com/item/6pcs-lot-LiitoKala-LG-HG2-18650-18650-3000mah-electronic-cigarette-Rechargeable-batteries-power-high-discharge-30A/32793701336.html
Никелевые полоски для спайки аккумуляторов: aliexpress.com/item/100pcs-lot-0-2mm-x-6mm-x-100mm-Quality-low-resistance-99-96-pure-nickel-Strip/32334231879.html (да, знаю, что можно спаять и проводами, но полосками будет занято меньше пространства и получится эстетичнее :)) Да и изначально я хотел даже собрать контактную сварку (не только для этой переделки, конечно), поэтому и заказал полоски, но лень победила и пришлось паять.

Выбрав свободный день (точнее, нагло послав все остальные дела подальше), я взялся за переделку. Для начала разобрал батарею со сдохшими китайскими аккумуляторами, выкинул аккумуляторы и тщательно замерил пространство внутри. После чего сел рисовать держатель батарей и платы в 3D-редакторе. Плату тоже пришлось нарисовать (без подробностей) чтобы примерить все в сборе. Получилось как-то так:

По задумке плата крепится сверху, одной стороной в пазы, вторая сторона зажимается накладкой, сама плата серединой лежит на выступающей плоскости, чтобы при ее прижатии она не прогибалась. Сам держатель сделан такого размера, чтобы плотно сидеть внутри корпуса батареи и не болтаться там.
Сначала подумывал сделать пружинные контакты для аккумуляторов, но отказался от этой мысли. Для больших токов это не лучший вариант, поэтому оставил в держателе вырезы для никелевых полосок, которыми аккумуляторы будут спаяны. Так же оставил вертикальные вырезы для проводов, которые должны выходить от межбаночных соединений за пределы крышки.
Поставил печататься на 3D-принтере из ABS и через несколько часов все было готово 🙂

Прикручивание всего навесного я решил не доверять шурупам и вплавил в корпус вот такие вставные гаечки М2.5:

Брал тут — aliexpress.com/item/200pcs-M2-5-x-4mm-x-OD-3-5mm-Injection-Molding-Brass-Knurled-Thread-Inserts-Nuts/32428033377.html
Отличная вещь для подобного применения! Вплавляется не спеша паяльником. Чтобы пластик не набился внутрь при вплавлении в глухие отверстия, я вкручивал в эту гайку болтик подходящей длины и грел его шляпку жалом паяльника с большой каплей олова для лучшей теплопередачи. Отверстия в пластике под эти гайки оставляются чуть меньше (на 0.1-0.2 мм) диаметра внешней гладкой (средней) части гайки. Держатся очень крепко, можно сколько угодно вкручивать-выкручивать болтики и не особо стесняться с усилием затяжки.

Для того чтобы иметь возможность побаночного контроля и, при необходимости, зарядки с внешней балансировкой, в задней стенке батареи будет торчать 5-контактный разъем, для которого я быстро накидал платку и изготовил ее на станке:

В держателе предусмотрена площадка для этой платки.

Как я уже писал, аккумуляторы я спаивал никелевыми полосками. Увы, этот метод не лишен недостатков и один из аккумуляторов возмутился таким обращением с ним настолько, что оставил на своих контактах только 0.2 вольта. Пришлось его выпаивать и паять другой, благо брал их с запасом. В остальном никаких трудностей не возникло. С помощью кислоты лудим контакты аккумулятора и нарезанные по нужной длине никелевые полоски, потом тщательно протираем ватой со спиртом (но можно и с водой) все залуженное и вокруг него, и паяем. Паяльник должен быть мощным и либо уметь очень резво реагировать на остывание жала, либо просто иметь массивное жало, которое не остынет мгновенно при контакте с массивной железкой.
Очень важно: во время пайки и при всех последующих операциях со спаянным блоком аккумуляторов нужно внимательнейшим образом следить за тем, чтобы не замкнуть какие-либо контакты аккумуляторов! Кроме того, как указал в комментариях ybxtuj, очень желательно паять их разряженными, и я абсолютно согласен с ним, так последствия будут легче если все-таки что-то замкнется. КЗ такой батареи, даже разряженной, может привести к большим неприятностям.
К трем промежуточным соединениям между аккумуляторами припаял провода — они пойдут на разъем платы BMS для контроля за банками и на внешний разъем. Забегая вперед, хочу сказать, что с этими проводами я проделал немного лишней работы — их можно не вести к разъему платы, а припаять к соответствующим контактам B1, B2 и B3. Эти контакты на самой плате соединены с контактами разъема.

Кстати, я везде использовал провода в силиконовой изоляции — совершенно не реагируют на нагрев и очень гибкие. Покупал на Ебее нескольких сечений, но точную ссылку уже не помню… Очень они мне нравятся, но есть и минус — силиконовая изоляция не слишком прочна механически и легко повреждается острыми предметами.

Примерил аккумуляторы и плату в держателе — все превосходно:

А вот для чего я оставлял запас по глубине пазов для аккумуляторов:

Это силиконовые самоклеящиеся ножки. Такие же наклеены и на дно пазов, глубина которых рассчитана так, что при закручивании крышки эти ножки прижимают с обеих сторон аккумуляторы, не давая им болтаться и при этом в силу своей упругости не оказывая существенного давления на них. Кстати, эти ножки очень хороши и в качестве именно ножек (как ни странно :)) — упругие и совершенно не скользят. Маст хейв в арсенале самодельщика 🙂
Брал эти ножки тут — aliexpress.com/item/500pcs-8-4mm-3M-self-adhesive-soft-clear-anti-slip-bumpers-silicone-rubber-feet-pads-high/32241890556.html

Примерил платку с разъемом, дремелем выпилил в корпусе батареи отверстие под разъем… и промахнулся по высоте, не от той плоскости взял размер. Получилась приличная такая щель:

Теперь остается спаять все в кучу.
На свою платку припаял идущий в комплекте хвост, обрезав его по нужной длине:

Туда же впаял провода от межбаночных соединений. Хотя, как я уже писал, можно было припаять их на соответствующие контакты платы BMS, но тут есть и неудобство — чтобы вытащить аккумуляторы нужно будет отпаивать от BMS не только плюс и минус, но и еще три провода, а сейчас можно просто выдернуть разъем.
Немного повозиться пришлось с контактами батареи: в родном исполнении пластиковая деталь (держащая контакты) внутри ножки батареи поджимается одним аккумулятором, стоящим прямо под ней, а сейчас пришлось думать чем эту деталь зафиксировать, да так чтобы не намертво. Вот эта деталь:

В конце концов взял кусок силикона (остался от заливки какой-то формы), отрезал от него примерно подходящий кусок и вставил в ножку, поджав ту деталь. Заодно этот же кусок силикона прижимает держатель с платой, ничего болтаться не будет.
На всякий случай проложил поверх контактов каптоновую изоленту, провода прихватил несколькими ~~соплями~~ каплями термоклея, чтобы они не попали между половинками корпуса при его сборке.

Зарядка и балансировка

Зарядку я оставил родную от шуруповерта, она как раз выдает на холостом ходу около 17 вольт. Правда, зарядка тупа и никакой стабилизации тока или напряжения в ней нет, есть только таймер, отключающий ее примерно через час после начала заряда. Ток выдает около 1.7А, что хоть и многовато, но допустимо для этих аккумуляторов. Но это пока я не доделаю ее до нормальной, со стабилизацией тока и напряжения. Потому что сейчас плата отказывается балансировать одну из ячеек, имевшую изначально заряд на 0.2 вольта больше. BMS отключает заряд когда напряжение на этой ячейке доходит до 4.3 вольта, соответственно на остальных оно остается в пределах 4.1 вольта.
Читал где-то утверждение, что эта BMS нормально балансирует только с зарядкой CV/CC, когда ток под конец заряда постепенно снижается. Возможно, это так и есть, так что впереди меня ждет модернизация зарядки 🙂
Разряжать до конца не пробовал, но уверен, что защита по разряду сработает. На Ютубе есть ролики с тестами этой платы, все работает как положено.

А теперь о граблях

Все банки заряжены до 3.6 вольт, все готово к запуску. Вставляю батарею в шуруповерт, нажимаю курок и… Уверен, что не один человек, знакомый с этими граблями, сейчас подумал «И хрен стартанул у тебя шуруповерт» 🙂 Абсолютно верно, шуруповерт слегка дернулся и все. Отпускаю курок, нажимаю снова — то же самое. Нажимаю плавно — стартует и разгоняется, но стоит стартануть его чуть порезче — отказ.
«Вот же …», подумал я. Китаец, наверное, указал в спецификации китайские амперы. Ну да ладно, у меня есть отличная толстая нихромовая проволока, сейчас я напаяю ее кусок поверх резисторов-шунтов (стоят два по 0.004 Ома в параллель) и настанет мне если и не счастье, то хотя бы какое-то улучшение ситуации. Улучшение не настало. Даже когда я вообще исключил из работы шунт, просто припаяв минус батареи после него. То есть не то что улучшений не настало, а не настало вообще никаких изменений.
И вот тогда я полез в инет и обнаружил, что копирайт на эти грабли мне не светит — они давно уже исхожены другими. Но вот решения как-то не было видно, кроме кардинального — покупать плату, подходящую именно для шуруповертов.

И решил я попробовать все же доковыряться до корня проблемы.

Предположения что срабатывает защита от перегрузки при пусковых токах я отмел, так как даже без шунта ничего не менялось.
Но все же посмотрел осциллографом на самодельном шунте 0.077 ома между аккумуляторами и платой — да, ШИМ видно, резкие пики потребления с частотой примерно 4 кГц, через 10-15 мс после начала пиков плата отрубает нагрузку. Но эти пики показывали меньше 15 ампер (исходя из сопротивления шунта), так что точно дело не в токовой перегрузке (как оказалось впоследствии, это не совсем верно). Да и керамическое сопротивление 1 Ом не вызывало отключения, а ведь ток тоже под 15 ампер.
Был еще вариант кратковременной просадки на банках при пуске, от чего срабатывает защита от переразряда и я полез смотреть что творится на банках. Ну да, там ужас творится — пиковая просадка до 2.3 вольта на всех банках, но она очень короткая — меньше миллисекунды, тогда как плата обещает ждать сотню миллисекунд перед тем как врубит защиту от переразряда. «Китайцы указали китайские миллисекунды», подумал я и полез смотреть схему контроля напряжения банок. Оказалось, что в ней стоят RC-фильтры, сглаживающие резкие изменения (R=100 Om, C=3.3 uF). После этих фильтров — уже на входе микросхем, контролирующих банки, просадка была поменьше — всего до 2.8 вольт. Кстати, вот даташит на микросхемы контроля банок на этой плате DW01B — www.zahranvane.com/Download?file=298&name=DW01B.pdf
По даташиту время реакции на переразряд тоже немалое — от 40 до 100 мс, что не вписывается в картину. Но ладно, предположить больше нечего, поэтому поменяю-ка я сопротивления в RC-фильтрах со 100 Ом на 1 кОм. Это кардинально улучшило картину на входе микросхем, просадок меньше 3.2 вольт там больше не было. Но ничуть не изменило поведение шуруповерта — чуть более резкий старт — и затык.
«Пойдем простым логическим ходом»©. Отрубать нагрузку могут только эти микросхемы DW01B, которые контролируют все параметры разряда. И я просмотрел осциллографом управляющие выходы всех четырех микросхем. Все четыре микросхемы никаких попыток отключить нагрузку при старте шуруповерта не делают. А с затворов мосфетов управляющее напряжение пропадает. Или мистика или китайцы что-то навертели в простой схеме, которая должна быть между микросхемами и мосфетами.
И начал я реверс-инжиниринг этой части платы. С матюками и бегая от микроскопа к компьютеру.

Вот что нарисовалось в итоге:

В зеленом прямоугольнике — это сами аккумуляторы. В синем — ключи с выходов микросхем защиты, тоже ничего интересного, в нормальной ситуации их выходы на R2,R10 просто «висят в воздухе». Самая интересная часть — в красном квадрате, вот тут-то, как оказалось, собака и порылась. Мосфеты я нарисовал по одному для упрощения, левый отвечает за разряд в нагрузку, правый за заряд.
Насколько я понял, причина отключения в резисторе R6. Через него организована «железная» защита от токовой перегрузки за счет падения напряжения на самом мосфете. Причем эта защита работает как триггер — стоит напряжению на базе VT1 начать повышаться, как он начинает снижать напряжение на затворе VT4, от чего тот начинает снижать проводимость, на нем повышается падение напряжения, что приводит к еще большему увеличению напряжения на базе VT1 и пошел лавинообразный процесс, приводящий к полному открытию VT1 и, соответственно, закрытию VT4. Почему это происходит при пуске шуруповерта, когда пики тока не достигают и 15А, тогда как постоянная нагрузка в 15А работает — я не знаю. Возможно тут играет роль емкость элементов схемы или индуктивность нагрузки.
Для проверки я сначала сделал симуляцию этой части схемы:

И вот что получил по результатам ее работы:

По оси X — время в миллисекундах, по Y — напряжение в вольтах.
На нижнем графике — включение нагрузки (на цифры по Y можно не смотреть, они условны, просто вверх — нагрузка включена, вниз — выключена). Нагрузкой является сопротивление 1 Ом.
На верхнем графике красным — ток нагрузки, синим — напряжение на затворе мосфета. Как видно, напряжение на затворе (синим) снижается с каждым импульсом тока нагрузки и в конце концов падает до нуля, а значит нагрузка отключается. И не восстанавливается даже когда нагрузка перестает пытаться что-то потреблять (после 2 миллисекунд). И хотя здесь применены другие мосфеты с другими параметрами, картина один в один как в плате BMS — попытка старта и отключение через считанные миллисекунды.
Ну что ж, примем это за рабочую гипотезу и вооружившись новыми знаниями попробуем разгрызть этот кусок ~~науки~~ китайца 🙂
Тут есть два варианта:
1. Поставить небольшой конденсатор параллельно резистору R1, это:

Конденсатор 0.1 мкф, по симуляции можно и меньше, до 1 нф.
Результат симуляции в таком варианте:

2. Убрать вообще резистор R6:

Результат симуляции этого варианта:

Я попробовал оба варианта — оба работают. Во втором варианте шуруповерт не отключается ни при каких обстоятельствах — старт, блокировка вращения — крутит (или изо всех сил пытается). Но как-то не совсем спокойно жить с отключенной защитой, хотя еще и остается защита от КЗ на микросхемах.
При первом варианте шуруповерт уверенно стартует при любом нажатии. Добиться отключения я смог только когда стартовал его на второй скорости (повышенная для сверления) с заблокированным патроном. Но и то он довольно сильно дергает перед отключением. На первой скорости я не смог добиться его отключения. Этот вариант я и оставил себе, меня он полностью устраивает.

На плате даже есть пустые места для компонентов и одно из них как будто специально предназначено для этого конденсатора. Рассчитано оно под размер SMD 0603, сюда я и впаял 0.1 мкф (обвел его красным):

ИТОГ

Плата вполне оправдала ожидания, хотя и преподнесла сюрприз 🙂
Плюсы и минусы расписывать не вижу смысла, все это в ее параметрах, укажу только одно достоинство: совершенно незначительная доработка превращает эту плату в полноценно работающую с шуруповертами 🙂

ЗЫ: блин, я шуруповерт переделывал меньше времени, чем писал этот обзор 🙂
ЗЗЫ: возможно меня поправят в чем-то более опытные в силовой и аналоговой схемотехнике товарищи, сам-то я цифровик и аналог воспринимаю через пень колоду 🙂

Литий-ионный аккумулятор

Литий, это самый легкий металл в таблице Менделеева и тот, который больше всего готов отдавать свои электроны (самый мощный восстановитель) — вы действительно не можете найти элемент, более подходящий для создания легких батарей с высокой плотностью энергии. От портативной электроники, такой как смартфон в вашем кармане, до высокопроизводительных электромобилей, таких как Tesla Model S, литий-ионные батареи в настоящее время являются наиболее многообещающим химическим продуктом на рынке для удовлетворения наших потребностей в хранении возобновляемой энергии.Рассмотрим подробнее литий-ионные батареи.

Как работает литий-ионная батарея?

Литий-ионные аккумуляторы

используют мощный восстановительный потенциал ионов лития, обеспечивая центральную роль окислительно-восстановительной реакции во всех аккумуляторных технологиях — восстановление на катоде и окисление на аноде. Соединение положительной и отрицательной клемм батареи через цепь объединяет две половины окислительно-восстановительной реакции, позволяя устройству, подключенному к цепи, извлекать энергию из движения электронов.

Несмотря на то, что сегодня в промышленности используется много различных типов химикатов на основе лития, мы будем использовать оксид лития-кобальта (LiCoO2) — химический состав, который позволил литий-ионным батареям заменить никель-кадмиевые батареи, которые были нормой для бытовой электроники. вплоть до 90-х годов — чтобы продемонстрировать основную химию этой популярной технологии.

Полная реакция для катода LiCoO2 и графитового анода выглядит следующим образом:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Где прямая реакция представляет собой зарядку, а обратная реакция представляет собой разрядку.Его можно разбить на следующие полуреакции:

На положительном электроде восстановление на катоде происходит во время разряда (см. Обратная реакция).

LiCo3 + O2 ⇌ xLi + + Li1-xCo4 + xCo3 + 1-xO2 + e-

На отрицательном электроде во время разряда происходит окисление на аноде (см. Обратную реакцию).

C + xLi + + e- ⇌ LixC

Во время разряда ионы лития (Li +) перемещаются от отрицательного электрода (графита) через электролит (соли лития, взвешенные в растворе) и сепаратор к положительному электроду (LiCoO2).В то же время электроны перемещаются от анода (графита) к катоду (LiCoO2), которые связаны через внешнюю цепь. Если применяется внешний источник питания, реакция меняется на противоположную вместе с ролями соответствующих электродов, заряжающих элемент.

Что содержится в литий-ионной батарее

Типичный цилиндрический элемент 18650, который является стандартным форм-фактором, используемым в промышленности для коммерческих приложений, от ноутбуков до электромобилей, имеет OCV (напряжение холостого хода), равное 3.7 вольт. В зависимости от производителя он может выдавать около 20 ампер при емкости 3000 мАч или более. Аккумуляторная батарея будет состоять из нескольких ячеек и, как правило, включать защитный микрочип для предотвращения перезарядки и разрядки ниже минимальной емкости, что может привести как к перегреву, так и к пожарам и взрывам. Давайте внимательнее рассмотрим внутреннее устройство ячейки.

Положительный электрод / катод
Ключом к созданию положительного электрода является выбор материала, у которого электропотенциал больше 2.25 В по сравнению с чистым литием. Материалы катода в ионе лития сильно различаются, но, как правило, это слоистые оксиды переходного металла лития, такие как конструкция катода LiCoO2, которую мы исследовали ранее. Другие материалы включают шпинели (например, LiMn2O4) и оливины (например, LiFePO4).

Отрицательный электрод / анод
В идеальной литиевой батарее вы должны использовать чистый металлический литий в качестве анода, поскольку он обеспечивает оптимальное сочетание низкой молекулярной массы и высокой удельной емкости, возможной для батареи.Есть две основные проблемы, которые препятствуют использованию лития в качестве анода в коммерческих приложениях: безопасность и обратимость. Литий очень реактивен и склонен к катастрофическим отказам пиротехнического характера. Кроме того, во время зарядки литий не возвращается в исходное однородное металлическое состояние, а вместо этого принимает игольчатую морфологию, известную как дендрит. Образование дендритов может привести к проколу разделителей, что может привести к короткому замыканию.

Исследователи разработали решение, позволяющее использовать преимущества металлического лития без всех недостатков, — это интеркаляция лития — процесс наслоения ионов лития внутри углеродного графита или другого материала, позволяющий легко перемещать ионы лития от одного электрода к другому.Другие механизмы включают использование анодных материалов с литием, которые делают обратимые реакции более возможными. Типичные материалы анода включают графит, сплавы на основе кремния, олово и титан.

Сепаратор
Роль сепаратора состоит в том, чтобы обеспечить слой электрической изоляции между отрицательным и положительным электродами, при этом позволяя ионам проходить через него во время заряда и разряда. Он также должен быть химически устойчивым к разложению электролитом и другими частицами в элементе и достаточно механически прочным, чтобы противостоять износу.Обычные литий-ионные сепараторы обычно очень пористые по своей природе и состоят из листов полиэтилена (PE) или полипропилена (PP).

Электролит
Роль электролита в литий-ионном элементе заключается в обеспечении среды, через которую ионы лития могут свободно перемещаться между катодом и анодом во время циклов заряда и разряда. Идея состоит в том, чтобы выбрать среду, которая является одновременно хорошим проводником Li + и электронным изолятором. Электролит должен быть термически стабильным и химически совместимым с другими компонентами ячейки.Как правило, соли лития, такие как LiClO4, LiBF4 или LiPF6, суспендированные в органическом растворителе, таком как диэтилкарбонат, этиленкарбонат или диметилкарбонат, служат в качестве электролита для традиционных конструкций с ионами лития.

Твердый электролитный межфазный слой (SEI)
Важной концепцией проектирования литий-ионных элементов является межфазный твердый электролит (SEI) — пассивирующая пленка, которая образуется на границе раздела между электродом и электролитом, когда ионы Li + реагируют с разложением. продукты электролита.Пленка образуется на отрицательном электроде во время первоначального заряда ячейки. SEI защищает электролит от дальнейшего разложения при последующих зарядках элемента. Потеря этого пассивирующего слоя может отрицательно повлиять на срок службы, электрические характеристики, емкость и общий срок службы элемента. С другой стороны, производители обнаружили, что они могут улучшить производительность аккумулятора, точно настроив SEI.

Знакомство с семейством литий-ионных батарей

Очарование лития как идеального электродного материала для аккумуляторных батарей привело к появлению многих видов литий-ионных аккумуляторов.Вот пять наиболее распространенных аккумуляторов, имеющихся в продаже на рынке.

Литий-кобальтовый оксид
В этой статье мы уже подробно рассматривали LiCoO2-батареи, поскольку они представляют собой наиболее популярный химический состав для портативной электроники, такой как мобильные телефоны, ноутбуки и электронные камеры. LiCoO2 обязан своим успехом своей высокой удельной энергии. Короткий срок службы, низкая термостойкость и цена кобальта заставляют производителей переходить на конструкции со смешанными катодами.

Литий-оксид-марганец
В литиево-оксидно-марганцевых батареях (LiMn2O4) используются катоды на основе MnO2.По сравнению со стандартными батареями LiCoO2, батареи LiMn2O4 менее токсичны, дешевле и безопаснее в использовании, но с меньшей емкостью. В то время как перезаряжаемые конструкции изучались в прошлом, сегодня промышленность обычно использует этот химический состав для первичных (одноцикловых) ячеек, которые не являются перезаряжаемыми и предназначены для утилизации после использования. Долговечность, высокая термостойкость и длительный срок хранения делают их идеальным выбором для электроинструментов или медицинских устройств.

Литий-никель-марганцево-кобальтовый оксид
Иногда целое больше, чем сумма его частей, и литий-никель-марганцево-кобальтооксидные батареи (также известные как батареи NCM) имеют более высокие электрические характеристики, чем LiCoO2.NCM усиливает баланс между достоинствами и недостатками отдельных материалов катода. NCM, одна из самых успешных литий-ионных систем на рынке, широко используется в силовых агрегатах, таких как электроинструменты и электровелосипеды.

Литий-железо-фосфатный
Литий-железо-фосфатные батареи (LiFePO4) обеспечивают длительный срок службы и высокий номинальный ток с хорошей термостабильностью с помощью наноструктурированного фосфатного катодного материала. Несмотря на эти улучшения, он не такой энергоемкий, как технологии с добавлением кобальта, и имеет самую высокую скорость саморазряда среди других батарей в этом списке.Аккумуляторы LiFePO4 популярны как альтернатива свинцово-кислотным автомобильным стартерным аккумуляторам.

Титанат лития
Замена графитового анода нанокристаллами титаната лития значительно увеличивает площадь поверхности анода примерно до 100 м2 на грамм. Наноструктурированный анод увеличивает количество электронов, которые могут проходить через цепь, что дает литий-титанатным элементам возможность безопасно заряжаться и разряжаться со скоростью более 10 ° C (в десять раз превышающей номинальную емкость).Компромисс за самый быстрый цикл зарядки и разрядки литий-ионных батарей — это относительно более низкое напряжение 2,4 В на элемент, литий-титанатные элементы на нижнем конце спектра плотности энергии литиевых аккумуляторов, но все же выше, чем у альтернативных химикатов, таких как никель-кадмий. Несмотря на этот недостаток, общие электрические характеристики, высокая надежность, термическая стабильность и сверхдлительный срок службы означают, что аккумулятор по-прежнему находит применение в электромобилях.

Будущее литий-ионных батарей

Компании и правительства по всему миру активно стремятся к дальнейшим исследованиям и разработкам в области литий-ионных и других аккумуляторных технологий для удовлетворения растущего спроса на чистую энергию и сокращения выбросов углерода.По своей природе прерывистые источники энергии, такие как солнце и ветер, могут получить большую выгоду от высокой плотности энергии иона лития и длительного срока службы, что уже помогло технологии занять лидирующее положение на рынке электромобилей.

Чтобы удовлетворить этот растущий спрос, исследователи уже начали расширять границы существующих литий-ионных ионов новыми и интересными способами. Литий-полимерные (Li-Po) элементы заменяют опасные жидкие электролиты на основе солей лития более безопасными полимерными гелями и полувлажными конструкциями элементов, обеспечивая сопоставимые электрические характеристики с повышенной безопасностью и меньшим весом.Твердотельный литий — это новейшая технология, обещающая улучшения в плотности энергии, безопасности, сроке службы и общей долговечности при стабильности твердого электролита. Трудно предсказать, какая технология выиграет гонку за наилучшее решение для хранения энергии, но ион лития, несомненно, продолжит играть важную роль в экономии энергии в ближайшие годы.

Как выбрать тип батареи: eReplacementParts.com

Хорошая аккумуляторная батарея для инструмента поможет инструменту работать с максимальной эффективностью, и это руководство по покупке дает покупателям информацию, необходимую им, чтобы получить максимальную отдачу от своих беспроводных инструментов.

Поскольку аккумулятор — это то, что позволяет аккумуляторным инструментам выполнять свою работу, выбор типа аккумуляторной технологии, используемой в инструменте, почти так же важен, как и выбор самого инструмента.
Например, если емкость аккумулятора, время зарядки или характеристики хранения не соответствуют работе или пользователю, дорогой инструмент, к которому он подключен, может не принести пользователю много пользы.

Аккумуляторные электроинструменты используются повсеместно, и их становится все больше.Производители выпускают с каждым годом все больше беспроводных моделей и более мощные модели. Кроме того, в технологии аккумуляторов для электроинструментов также происходят быстрые изменения. Это означает, что существует больше вариантов батарей (и, вероятно, мы увидим больше), и что многие из этих батарей, как ожидается, будут выполнять более тяжелую работу, чем когда-либо прежде.
Лучшее, что могут сделать покупатели, — это быть максимально информированными о конструкции, производительности, характеристиках и функциях аккумуляторов, чтобы не отставать от отрасли.Информация в этой статье дает пользователям и покупателям аккумуляторных инструментов необходимое преимущество, чтобы выбрать правильные типы аккумуляторов для своих аккумуляторных инструментов, а затем получить от них максимальную отдачу.

Схема приобретения аккумуляторного инструмента и типа батареи

Характеристики аккумуляторной батареи
Есть несколько терминов и характеристик аккумуляторных батарей, с которыми покупатели должны ознакомиться, прежде чем решиться на покупку беспроводного электроинструмента.
Вещи, которые влияют на общий срок службы аккумулятора и время работы, обычно являются определяющими факторами, когда покупатели аккумуляторов для электроинструментов сосредотачиваются на решении (конечно, после стоимости), поэтому большинство характеристик , описанных ниже, оказывают некоторое влияние на то, как долго аккумулятор будет прошлой.

жизненный цикл —

Общий срок службы аккумулятора, обычно выражаемый как количество циклов зарядки, которое он может выдержать, прежде чем полностью потеряет свою зарядную емкость или способность передавать энергию.Например, никель-кадмиевые батареи обычно имеют срок службы 1000 зарядов (циклов) или более.

Все аккумуляторные батареи со временем изнашиваются, хотя они изнашиваются по разным причинам.

Возраст , использование и эффект памяти — все они могут способствовать неизбежной смерти аккумулятора электроинструмента, в зависимости от типа аккумулятора.

Пользователям часто приходится выбирать между длительным сроком службы и другими привлекательными функциями, такими как время работы.Например, поскольку они могут работать дольше между зарядками, чем батареи других типов, более короткий срок службы литий-ионных батарей обычно не является проблемой для пользователей, которые больше заботятся о том, чтобы их инструмент работал в течение более длительных периодов.

саморазряд —

Все аккумуляторные батареи медленно теряют заряд, когда они не используются, но некоторые батареи теряют заряд намного быстрее, чем другие.

Для некоторых пользователей батареи с высокой скоростью саморазряда не являются проблемой, особенно если их аккумуляторный инструмент почти не занимает места для хранения.Аккумуляторы с более медленным саморазрядом становятся все более важными для пользователей инструментов, которые планируют использовать свои аккумуляторные инструменты лишь от случая к случаю.

Building Blocks — Battery University

Узнайте о составе трех наиболее распространенных аккумуляторов и о том, как они служат нашему обществу.

Электрохимическая батарея состоит из катода, анода и электролита, которые действуют как катализатор. При зарядке на поверхности раздела катод / электролит образуется скопление положительных ионов.Это приводит к движению электронов к катоду, создавая потенциал напряжения между катодом и анодом. Освобождение происходит путем прохождения тока от положительного катода через внешнюю нагрузку и обратно к отрицательному аноду. При зарядке ток течет в обратном направлении.

Батарея имеет два отдельных пути; один представляет собой электрическую цепь, по которой протекают электроны, питая нагрузку, а другой — путь, по которому ионы перемещаются между электродами через разделитель, который действует как изолятор для электронов.Ионы — это атомы, которые потеряли или приобрели электроны и стали электрически заряженными. Сепаратор электрически изолирует электроды, но допускает движение ионов.

Анод и катод

Электрод батареи, который выделяет электроны во время разряда, называется анодом , ; Электродом, поглощающим электроны, является катод .

Анод батареи всегда отрицательный, а катод положительный. Это, по-видимому, нарушает соглашение, поскольку анод является клеммой, по которой течет ток.Электронная лампа, диод или аккумулятор на зарядке следуют этому порядку; однако отключение питания от батареи при разряде поворачивает анод отрицательным. Поскольку аккумулятор представляет собой электрическое накопительное устройство, обеспечивающее энергию, анод аккумулятора всегда отрицательный.

Литий-ионный анод — угольный (см. BU-204: Как работают литиевые батареи?), Но порядок обратный для литий-металлических батарей. Здесь катод — углерод, а анод — металлический литий (см. BU-212: «Батареи будущего»). За некоторыми исключениями, литий-металлические батареи не подлежат перезарядке.

Рубрики