Обучение

Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650

Ну что, твой шуруповерт с Ni-Cd аккумулятором лежит в дальнем углу и покрывается пылью. А ведь он мог еще работать да работать, вот только аккумуляторная батарея умерла. А покупать новую, точно такую же батарею — это 70% стоимости шуруповерта, проще будет купить новый шуруповерт. Хотя через 3-4 года (а может и раньше) его постигнет та же участь — он будет лежать в углу и покрывается пылью, поскольку из строя вышла аккумуляторная батарея. Как же выйти из этого порочного круга? А выйти из этого порочного круга очень просто: самостоятельно взять и переделать шуруповерт на литиевые  li ion
аккумуляторы 18650, тем самым вдохнуть в шуруповерт новую жизнь.
А раз ты читаешь эту статью, значит ты уже сделал первый шаг по выходу из этого порочного круга.

Преимущество перевода шуруповерта на литиевые аккумуляторы типа 18650 по сравнению с NiCd аккумуляторами.
- большая емкость литиевых аккумуляторов
- нет эффекта «памяти»
- малый саморазряд
- низкая цена

Но и есть некоторые недостатки: требуется специальное зарядное устройство, плата балансировки, так же имеются случаи возгорания литиевых аккумуляторов.

Структурная схема переделки шуруповета на литиевые аккумуляторы

На рисунке показана схема шуруповерта с никель-кадмиевыми аккумуляторами.
Схема шуруповерта на ni-cd аккумуляторах
На следующем рисунке показана схема переделки шуруповерта на литиевые аккумуляторы.
Схема шуруповерта на li-ion аккумуляторах
Как видно из схемы переделки шуруповерта на литиевые аккумуляторы, сама схема немного усложнилась — появилась плата балансировки, гнездо для подключения зарядного устройства X2 и индикатор заряда (опционально).
Зарядное устройство для литиевого аккумулятора нужно новое. Старое зарядное устройство, которое применялось для зарядки никель-кдмиевого акумулятора непригодно для зарядки литиевого аккумулятора.

Выбор литиевых аккмуляторов и их количества

Для шуруповёрта требуются литивые аккумуляторы типа 18650, которые могут отдавать ток в нагрузку 20-30А. Батареи от ноутбуков не подходят.
Какое количество литиевых аккмуляторов нужно для замены никель-кадмиевых аккумуляторов? Для расчета принимается максимально допустимое значение одной литиевой батареи 4,2 вольта на банку. Напомню, номинальное значение напряжения литиевой батареи 3,7В.
В таблице показано количество последовательно соединенных аккумуляторов и какое максимальное напряжение выдает сборка (в скобках показано значение напряжения сборки последовательно соединенных литиевых батарей при номинальном напряжении батареи 3,7 В).

 Количество

аккумуляторов, шт

 Напряжение, В

2

 8,4 (7,4)

3

 12,6 (11,1)

4

 16,8 (14,8)

5

 21 (18,5)

По напряжению шуроповерта выбираем количество необходимых аккумуляторов. Например, шуруповерт на 12 вольт, то выбираем количество аккумуляторов 3. Напряжение аккумуляторов для шуруповерта можно выбирать больше, например, для 18 вольтового шуруповерта максимальное напряжение аккумуляторов равно 21 вольт. Шуруповерт от этого не сгорит.
Литиевые аккумуляторы типа 18650 можно приобрести в виде готовых сборок, уже соединенных между собой, а так же в виде отдельных банок, с контактами под пайку или в виде обычных батарей.

Плата защиты и балансировки (BMS)

Назначение платы защиты и балансировки (сокращенно BMS, переводится как «система управления батареи») — защита литиевых аккумуляторов от короткого замыкания и переразряда, а так же «выравнивание» напряжения на литиевых аккумуляторах во время заряда. Платы BMS бывают: только с защитой, и с защитой и балансировкой. Для шуруповерта лучше выбирать плату BMS с защитой и балансировкой. Плата защиты и балансировки выбирается по количеству аккумуляторов. По количеству подключаемых аккумуляторов  платы BMS подразделяются на: универсальные, к которые можно подключить разное количество аккумуляторов для балансировки, обычно от 3 до 5 аккумуляторов, и платы балансировки, к которым можно подключить только определенное количество аккумуляторов. Лучше выбирать платы под определенное число аккумуляторов, так как не надо делать никаких доработок (паять перемычки) как на универсальных платах балансировки.  Как подключать плату балансировки — смотрим в описании к плате у продавца.
На схеме показан пример типичного подключения платы балансировки для 3 литиевых батарей. Все платы балансировки имеют подобные схемы подключения.

Выбор зарядного устройства

Здесь то же ничего сложного нет, зарядное устройство выбирается по количеству заряжаемых аккумуляторов. Зарядные устройства так же отличаются по току, бывают на ток 1А или 2А. Ток заряда литиевых аккумуляторов считается по формуле I=C*0,5, где I – ток заряда, а C емкость литий-ионного аккумулятора. Аккумуляторы с током отдачи 30А и емкостью 3000 мА*ч можно заряжать током 2А.
В таблице показано соотношение количества литиевых аккумуляторов и выходным напряжением для зарядного устройства  вольтах.

 Количество

аккумуляторов, шт

 Напряжение

зарядного

устройства, В

1

4.2

2

8.4

3

12.6

4

16.8

5

21

Еще одна вещь, которая нужна, это гнездо для подключения зарядного устройства: 5.5х2.1.

Вот в общем-то и все, что требуется для переделки шуруповерта на литиевые аккумуляторы.

Индикатор уровня заряда аккумуляторов

Индикатор уровня заряда — показывает уровень заряда аккумуляторов. Вещь опциональная, обычно это не нужно, но если есть желание, то можно и поставить. При утановки индикатора заряда так же не забываем установить кнопку на замыкание, без фиксации, так как постоянно включенный индикатор заряда разряжает аккумуляторы. Так же в качестве индикатора заряда можно использовать цифровой вольтметр.

Готовые подборки компонентов для переделки шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 с AliExpress

12 вольтовые шуруповерты

1. Литиевые аккумуляторы 18650, ток отдачи 30А — количество 3 штуки, на выбор: готовая сборка или с контактами под пайку или отдельные батареи
2. Плата балансировки на 3 аккумулятора
3. Зарядное устройство, напряжение 12,6 В, на выбор: выходной ток 1А или выходной ток 2А.
4. Гнездо для подключения зарядного устройства: 5.5х2.1.

Оринтеровочная стоимость комплектующих для переделки 12 вольтового шуруповерта на литиевые аккумуляторы: 14,96-18,83 USD.

14 вольтовые шуруповерты

1. Литиевые аккумуляторы 18650, ток отдачи 30А— количество 4 штуки, на выбор: готовая сборка или с контактами под пайку или отдельные батареи
2. Плата балансировки на 4 аккумулятора
3. Зарядное устройство, напряжение 16,8 В, на выбор: выходной ток 1А или выходной ток 2А.
4. Гнездо для подключения зарядного устройства: 5.5х2.1.

Оринтеровочная стоимость комплектующих для переделки 14 вольтового шуруповерта на литиевые аккумуляторы: 17,36-21,97 USD.

18 вольтовые шуруповерты

1. Литиевые аккумуляторы 18650, ток отдачи 30А — количество 5 штук, на выбор: готовая сборка или с контактами под пайку или отдельные батареи
2. Плата балансировки на 5 аккумуляторов (универсальная)
3. Зарядное устройство, напряжение 21 В, ток 2А.
4. Гнездо для подключения зарядного устройства: 5.5х2.1.

Оринтеровочная стоимость комплектующих для переделки 18 вольтового шуруповерта на литиевые аккумуляторы: 22,00-26,09 USD.
Дополнительные комплектующие, такие как индикатор заряда, никелевая лента, клипсы, которые могут пригодится для изготовления батарей, можно посмотреть на витрине товаров «AliExpress»: "Аккумуляторы и зарядные устройства".

А если вы все таки решили использовать Ni-Cd аккумуляторы в своем шуруповерте, то на «AliExpress» можно приобрести никель-кадмиевые акккумуляторы по этой ссылке или приобрести никель-кадмиевые аккумуляторы по этой ссылке.
Полезный совет. Если плата балансировки при работе с шуруповертом уходит в защиту, нужно на выход платы подключить элктролитический конденсатор 2200 мкф 25В.

Экономическое обоснование перевода шуруоверта на литиевые аккумуляторы

А есть ли экономический смысл переводить шуруоверт на литиевые аккумуляторы? Давайте разберем этот вопрос на примере 18 вольтового шуруповерта.
В батареи 18 вольтового шуруповерта используется 15 штук Ni-Cd аккмуляторов, емкость каждого из них 2200 мА*ч. Стоимость 15 штук Ni-Cd аккумуляторов с контактами под пайку 19,73 USD. Стоимость переделки 18 вольтового шуруповерта на литиевые аккумуляторы составляет 22,00-26,09 USD. Возьмем по верхней границе 26,09 USD. Переделка на литиевые аккумуляторы получается дороже на 26,09-19,73=6,36 USD. Из этого вроде бы следует, что переделка на литивые аккумуляторы не выгодна, дешевле купить и поставить Ni-Cd аккумуляторы. Но давайте на эту проблему взглянем с другой стороны. Какие получаем преимущества по сравнению с никелевыми аккумуляторами? Прежде всего большую емкость, отсутствие эффекта памяти, в конце концов больший срок службы литиевых аккумуляторов. Но есть еще один момент: когда нибудь литиевые аккумуляторы то же выйдут из строя, их надо будет менять. Стоимость точно таких-же литиевых аккумуляторов с контактами под пайку в количестве 5 штук 13,85 USD. То есть следующая замена литиевых аккумуляторов по сравнению Ni-Cd аккумулятов будет стоить дешевле на 19,73-13,85=5,88 USB.

Пожарная безопасность при работе с литиевыми аккумуляторами.

Литиевые аккумуляторы при малом размере самой батареи имеют большую емкость. Соответственно, литиевые аккумуляторы содержат в себе большое количество энергии. При коротком замыкании, которое может произойти внутри аккумулятора выделяется большое количество энергии, которая сразу превращается в тепловую энергию и это может привести к пожару.

Техника безопасности при работе с литиевыми аккумуляторами.
Что бы не случилось возгорания аккумулятора нужно соблюдать простые правила: литиевый аккумулятор нельзя вскрывать, повреждать корпус, нагревать.

Действия при возгорании литиевого аккумулятора.
Литиевые аккумуляторы запрещено тушить водой и огнетушителями на водной основе (пенными). При возгорании литиевого аккумулятора ее нужно по возможности бросить в металлическую емкость — ведро, кастрюля, металлическая ванна и дождаться полного прогорания аккумулятора. Аккумулятор можно засыпать песком, что бы меньше дымил.

Практика. Переделка 18 вольтового шуруповерта на литиевые аккумуляторы типа 18650

На сервисе AliExpress приобрел необходимые компоненты для переделки шуруповерта. Это литиевые аккумуляторы — готовая сборка из 5 литиевых аккумулторов типа 18650 3000 мА*ч с током отдачи 30А, универсальная плата защиты  и балансировки для 5 литиевых батарей (плата BMS), зарядное устройство с выходным напряжением 21 вольт и максимальным током зарядки 2А, гнездо для подключения зарядного устройства 5,5*2,1.
Поскольку батареи у шуруповерта в комплекте две, то соответственно были приобретены два комплекта для переделки батарей шуруповерта, за исключением зарядного устройства — оно было приобретено одно.
Комплектующие для переделки 18 вольтового шуруповерта на литиевые аккумуляторы
Плата защиты и балансировки имеет два варианта подключения нагрузки с максимальным током  - 60А и 100А. Данную плату я подключил по схеме для нагрузки 100А.
Подключение литиевой батареи к универсальной плате BMS
Плату защиты и балансировки закрепил на основании из диэлектрика, что бы дорожки платы не замкнули с корпусом литиевого аккумулятора..
Установка платы BMS и литиевых аккумуляторов в батарею шуруповера
Проведенный электромонтаж показан на фотографии.
Электромонтаж литиевой батареи и платы BMS
Шуруповерт переведен на литиевые аккумуляторы и полностью готов к работе.
Шуруповерт переведен на литиевые аккумуляторы и полностью готов к работе
Затраты на переделку двух батарей 18 вольтового шуруповерта составили 47,92 USD. Так что сами решайте надо ли вам переводить свой шуруповерт с никель-кадмиевых аккууляторов на литиевые аккумуляторы или может купить новые никель-кадмиевые аккумуляторы, а то и новый шуруповерт.
Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы типа 18650
Посмотреть видео «Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы типа 18650» так же можно на видеохостинге RuTube (видео откроется в новом окне браузера).
Обучение

"Электроника и радиотехника. Сайт инженера Павлова."
Внимание! Копирование материала запрещено. Соблюдайте
авторские права и уважайе труд других людей!
Дизайн и верстка сайта: Павлов Павел. 2021-2022