Разбираем Ni-Cd аккумуляторы от электроинструмента
Все вышеперечисленные факторы ведут к тому, что внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается, он перестаёт отдавать ток в положенном объёме. У новых источников питания эта величина не превышает 0,01 Ом, а у полностью вышедших из строя она может достигать и десятых долей Ома. Однако измерить её не так-то просто, поскольку эта величина является динамической, вычисляется она только в ходе натурного эксперимента с использованием эталонной нагрузки.
Как проверить аккумулятор на практике
Итак, ваш инструмент «сдыхает» буквально за несколько минут даже после полного цикла зарядки, вы уже готовы выкинуть испытанный шуруповёрт и отправиться покупать новый? Попробуйте обойтись малой кровью и проверить свой аккумулятор. Возможно, дело не так уж и плохо. Для опытов используйте универсальный тестер, так называемую цешку.
Для проверки корпус батареи надо вскрыть. Внутри него вы увидите пачку цилиндрических аккумуляторов, похожих на батарейки типоразмера АА. В крайнем случае ААА. Это так называемые банки. Если они не залиты смолой или иным диэлектриком, их можно разъединить и проверить каждый в отдельности. При полной зарядке каждая банка NiCd аккумулятора даёт 1,2 вольта. Если это не так, можете её смело выкинуть. При совпадении номинала подключите к ее полюсам на 10-15 секунд резистор сопротивлением 100 Ом. Измерьте напряжение снова. Если оно ниже вольта – то банку в утилизацию (никель-кадмиевые аккумуляторы нельзя выбрасывать в бытовой мусор, в них яд).
Ревизия банок даст вам ответ – можно ли поменять их часть или лучше все. Однозначно можно сказать, что если неисправных банок более половины, то лучше менять их полностью. На какие? Об этом ниже.
Решение проблемы
Наличие яда в никель-кадмиевых аккумуляторах подвигло инженеров-электротехников на создание им подобных, но безопасных. Называются они никель-металлогидридные и обозначаются NiMH. Конструкция и размер этих батарей абсолютно идентичен NiCd и так называемым пальчиковым батарейкам, на корпусе которых пишут АА. Этот типоразмер носит и другое обозначение – Sub S. Его диаметр 23 мм при длине 43 мм.
Отличаются NiMH аккумуляторы лишь материалом анода. Вместо кадмия в нем используется сплав никеля с лантаном или с литием. Напряжение одной банки всё то же – 1,2 вольта. Но вот удельная энергетическая плотность никель-металлогидридных больше. Её величина 70 Вт*час на килограмм веса. Для сравнения: у никель-кадмиевых аккумуляторов это значение не превышает 50 Вт*час на кг.
В худшую сторону NiMH аккумуляторы отличаются лишь числом циклов заряд-разряд. Оно несколько меньше – не более восьмисот. При этом феноменом памяти они не обладают, их можно втыкать в разрядник когда угодно. Кроме того, такие источники постоянного тока не рекомендуется хранить разряженными. Вот этот момент вы должны учитывать – если раньше шуруповёрт мог пролежать в кладовке год, то с NiMH аккумуляторами вы должны вспоминать о нём хотя бы раз в квартал. А всё потому, что они теряют пятую часть накопленного заряда через несколько дней после наполнения. И десятую часть от оставшегося (это геометрическая прогрессия получается) каждый последующий месяц.
Способы соединения аккумуляторов
После потрошения и раздела его на банки, у вас возникнет два вопроса: где взять замену и как соединить приобретённые элементы. С первым не будет никаких проблем. Одинарные NiMH аккумуляторы типоразмера АА продаются в любом магазине электротоваров. Их применяют для питания различных девайсов. Например, малогабаритных фотоаппаратов.
Соединить банки так же не слишком сложно. Во-первых, у вас останутся все клеммы от старого аккумулятора. Во-вторых, способов соединения всего два:
Последовательное соединение источников постоянного тока заключается в присоединение минусовой клеммы предыдущего к плюсовой последующего. Свойством этого соединения является то, что напряжения всех банок суммируется. Например, если вам надо получить номинальное напряжение 12 вольт, то соедините последовательно десять банок по 1,2 вольта. Для питания шуруповёртов 14,4 вольта вам понадобится 12 банок, соединённых последовательно. Если вы используете аккумуляторы, например, Daewoo 2300 mA*час, то общая ёмкость созданной батареи получится 2,3 А*час. В реальности это значение меньше – не более 2 А*час, но это больше, чем у стандартной NiCd батареи – её ёмкость не выше 1,2 А*час.
При параллельном соединении банок – минус к минусу, плюс к плюсу – суммируется не напряжение, а ёмкость. Ещё одним положительным моментом является то, что ток, текущий через параллельно соединённые банки, делится поровну между ними. Снижение силы тока позволяет уменьшить его нагрев и увеличить срок его службы.
Однако соединять все банки параллельно нерационально, поскольку это существенно увеличивает вес и габариты аккумуляторной батареи. Наиболее распространенной является гибридная схема: две банки соединяют параллельно, а каждую пару – последовательно. В итоге на 12 вольтовый инструмент требуется 20 банок типоразмера АА, а на 14,4 вольта – 24 банки. В этом случае выигрыш в получаемой ёмкости ещё больший.
Замена отслуживших никель-кадмиевых элементов аккумуляторной батареи на никель-металлогидридные – это довольно простая и, главное, экономически оправданная операция. Она позволяет без особых проблем продлить жизнь испытанному временем инструменту. И даже улучшить его потребительские качества, ведь собранный на никель-металлогидридных банках аккумулятор будет иметь большую емкость и не обладать эффектом памяти.
Никелевые ленты или чем соединяют аккумуляторы в сборках
Не так давно я видел упоминание, что не хватает обзоров необычных товаров и сегодня у меня именно такой обзор. Хотя я бы сам товар не назвал бы необычным, но подобные обзоры мне не попадались, собственно потому я и решил написать.
Неоднократно встречал вопросы, чем варят аккумуляторные сборки. Понятно что это делается специальной лентой, но какие они бывают, чем отличаются и какую лучше использовать, сегодня я и постараюсь рассказать.
Для начала небольшая оговорка по поводу цены, указанной в заголовке. Лента продается чаще всего либо на вес, либо на метраж. В данном случае покупались лоты весом в 1кг, цена такого лота около 52-53 доллара вне зависимости от ширины и толщины, исключение составляет широкая лента, ее стоимость за 1кг выше и о ней я также сегодня расскажу.
Насколько мне известно, существует несколько материалов для лент, Никель и сталь покрытая никелем. Второй вариант по понятным причинам стоит несколько дешевле, но имеет свои недостатки:
1. Сопротивление немного выше.
2. Подверженность коррозии.
Если по поводу сопротивления особой разницы нет, то вот материал может быть критичен. При подготовке аккумуляторных сборок для электросамокатов, велосипедов и прочей подобной техники (как раз куда идет много ленты) следует учитывать особенности эксплуатации. Дело в том, что никель сам по себе химически малоактивен, соответственно не подвержен коррозии. Стальную ленту также покрывают никелем в тех же целях, но остаются торцы ленты и особенно места сварки. И если в батарее для ноутбука (к примеру) это не важно, то у какого нибудь Сигвея батарея эксплуатируется в условиях повышенной влажности и рано или поздно может просто проржаветь место контакта.
Но кроме того не забываем, что если никель обычно идет в чистом виде, то сталь это сплав и что там намешали, никому неизвестно, думаю многие слышали про секретные рецепты сплава типа «фольга с картоном» 🙂
Доставка и упаковка. Здесь пять баллов, мало того что продавец все довольно неплохо упаковал, так еще и отправил при помощи DHL. Заказывалось в два захода по 2 кг в каждой посылке. Единственно к чему можно немного придраться, отправил он не очень быстро, но в любом случае дошло через весьма небольшой время.
Думаю что продавец просто собирает заказы на ленту разной ширины, затем отдает большой заказ на порезку и рассылает покупателям.
Лента была плотно замотана полиэтиленом, затем несколько раз обернута пупыркой и плотно вставлена в картонную коробку.
Лента предлагается в нескольких вариантах толщины/ширины:
0.1x5mm
0.1x6mm
0.1x8mm
0.1x10mm
0.15x5mm
0.15x6mm
0.15x8mm
0.15x10mm
0.2x5mm
0.2x6mm
0.2x8mm
0.2x10mm
0.15х7х27mm
Выше я выделил варианты, показанные в сегодняшнем обзоре.
Материал заявлен как Никель 99.96%, это я попробую проверить немного позже, а пока немного общей информации о товаре.
Как я уже писал, заказов было два, первый шел на меня, второй на товарища. Сама по себе лента мне лично была не нужна и заказ был разбит на две части отчасти из-за цены и из-за того, что я по получению проверил качество товара и только потом заказал вторую партию.
Начну с ленты 0.2x8mm и 0.15х7х27mm
Каждая катушка намотана на пластиковую вставку, диаметр катушек 165мм для узкой и 137мм для широкой.
Намотана очень плотно, помимо общей упаковки каждая замотана еще и индивидуально.
Вес на мой взгляд честный, каждая катушка весит немного больше килограмма, т.е. учитывается не общий вес катушки, а вес материала.
Лента 0.2х8. Ширина/толщина соответствуют заявленному с учетом погрешности штангенциркуля.
А вот вторая лента куда интереснее, внешне она напоминает фотопленку.
Предназначена такая лента для более удобного соединения больших сборок, особенно актуальных в электротранспорте. Например четыре аккумулятора можно сварить одним куском, причем делать это будет и легче и надежнее. К сожалению компенсируется это в почти полтора раза большей стоимостью самой ленты.
Измеренные размеры ленты.
Измерения толщины проводились узкой частью губок штангенциркуля.
Чертеж от продавца. У меня получились немного другие размеры, особенно ширина внутренней поперечной части. По расчетам там должно быть 6мм (20.2-14.2=6), у меня вышло почему-то 7.22.
Перейдем к тестам.
Сначала я попробовал паять. Результат просто на отлично. Я паял используя лишь флюс самого припоя, пайка получается красивая, а паяется очень легко, просто взял припой, прикоснулся паяльником и получил результат как на фото.
Но пайкой на самом деле ничего не проверишь, сталь покрытая никелем скорее всего паяться будет точно также.
К сожалению я не химик, который при применении химикатов уже через минуту-две дал бы точный ответ что это такое, потому придется проверять несколько другими способами.
Способ номер 1.
Для начала отрезаем от каждой ленты кусок примерно 110-120см.
Затем маркером отмечаем на каждом куске метр длины так, чтобы с концов остались примерно одинаковые «хвостики».
К концам ленты подключаем регулируемый БП. Вообще можно просто подключить нагрузку через ленту, просто надо будет знать какой ток течет в цепи и понадобится скорее всего еще и амперметр, с регулируемым БП просто удобнее.
Щупы тестера подключаем к отмеченным ранее точкам и подаем ток.
Сначала я проверил при токе в 1 Ампер, потом при токе в 5 Ампер. В результате получил некое падение напряжение на ленте, в данном случае это 54.95 мВ при токе в 1 Ампер. При токе в 5 Ампер лента начинает нагреваться, а напряжение расти. Вообще чем ниже ток, тем лучше, но тогда нужен вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений, либо нужна лента большей длины.
Получается, что сопротивление метрового куска ленты составляет почти 55 мОм. Если вы используете другое значение тока, то просто делите измеренное напряжение на ток. Например получили 123мВ при токе 0.45 Ампера, 0.123/0.45=0.273 Ома или 273 мОм.
Также точно я измерил сопротивление второго куска, правда уже с несколько другими целями. У меня вышло соответственно 40.9 мОм.
Скорее для перепроверки подключаю измеритель, о котором я не так давно рассказывал и получаем практически те же значения с учетом погрешности как первого теста, так и самого измерителя — 53.7 и 40.4 мОм.
Теперь приведем измеренное сопротивление к сечению в 1мм.кв. Узкая лента имела толщину 0.2мм и ширину 8мм, что дает на 1.6мм.кв (0.2х8=1.6). Сопротивление в 54-55 мОм умножаем на 1.6, получаем 86.4-88 мОм.
Смотрим в табличку и видим, что никель имеет сопротивление в 87 мОм на 1м при сечении 1мм.кв, что сходится с показанными выше измерениями.
Кстати насчет стали, о которой я говорил выше. В таблице видно что для нее указан диапазон сопротивлений, так как это сплав и соответственно сопротивление зависит от того,ч то там намешали.
Выше я попутно измерял сопротивление широкой ленты, но делал я это немного для другого, просто чтобы узнать ее сечение, так как подсчитывать его математически не очень удобно..
Сопротивление никеля 87мОм, соответственно лента при измеренных 40.4 мОм имеет сечение около 2.17 мм.кв.
Способ номер 2.
Также можно еще проверить материл по его плотности.
Для этого я отрезал от предыдущих «подопытных» кусочки длиной ровно 1 метр, благо на ней уже были метки, которые я ставил перед измерением сопротивления.
Затем просто взвесил на своих весах. Весы конечно не идеальные, но вполне точные для такого рода измерений.
Дальше пересчитываем объем взвешенной полоски. сначала приводим ленту к ширине 10мм, для этого 100см умножаем на ширину 0.79см, получаем 79см при ширине ленты 10мм.
Толщина ленты 0.2мм, умножаем на 79, получаем 1,58см или 15,8мм. Такая была бы толщина если бы мы нарезали нашу ленту шириной 10мм на полоски длиной по 10мм и сложили вместе.
Значит теперь вес 1м ленты надо разделить на 1,58 и получим плотность приведенную к 1 куб.см.
13,931,58=8,816
По найденной в интернете информации плотность никеля составляет 8.907, у меня вышло 8.816, что немного ниже, но здесь большую роли играют погрешности измерения, особенно толщины ленты. В любом случае это явно больше плотности стали, которая составляет от 7,7 до 7,9 г/см³.
Есть еще третий вариант относительно простой проверки, но его я уже не проводил. Дело в том, что никель магнитится, но точка Кюри для него составляет 358 градусов, а для стали более 800. Соответственно если нагреть полоску никеля до температуры выше чем 358 градусов, то он потеряет магнитные свойства.
На этом эксперименты я решил закончить, но товарищ пошел еще дальше. Его интересовало сколько же реально он получил чистого металла. Я не стал пытаться высунуть пластмассовую обойму, но он таки рискнул это сделать из спортивного интереса.
В итоге вышло, что она весит около 65 грамм. Общий вес катушки был 1053 грамма, чистый вес получается 988 грамм. Меньше заявленного, но на мой взгляд не критично.
Нот вот пришла и вторая заказанная пара катушек. Доставка была также при помощи DHL express, что при весе в 2кг не очень и дешево, насколько я понимаю.
Была заказана лента 0.1x5mm и 0.15x6mm, катушки с лентой весили 1070 и 1005 грамм соответственно. По первой небольшой перевес, по второй недовес, в среднем примерно по 1кг на катушку.
Дабы не тянуть все это домой и не проводить все повторно я просто попросил отрезать мне пару кусочков по 120см.
Дальше та же последовательность теста с измерением сопротивления. Могу отметить что при токе в 5 Ампер у ленты 0.1x5mm начинает сильно расти сопротивление. Еще бы, при токе в 5 Ампер на ней рассеивается около 4 Ватт и хотя на ощупь лента не нагревается, сопротивление ее растет.
Расчетное сечение первой ленты 0.5мм, второй 0.9мм, при этом измеренное сопротивление у первой 153х0,5=77 мОм, у второй 76.3х0.9=68.7 при норме 87, что-то странное.
Взвешиваем. Даже простая прикидка выдает, что видим мы немного не то, что должны. Дело в том, что сечение у лент получается 0.5 и 0.9мм, а вес отличается почему-то в два раза.
Измеряем и получаем, что первая лента имеет нормальные размеры, а вторая вместо ширины 6мм целых 7. У продавца в ассортименте нет такой ленты, после 6 идет сразу 8.
Вообще, я все время ждал, в чем же подвох, так как не бывает все так хорошо, чтобы и цена устроила, и доставка DHL и материал как заявлено. В итоге оказалось что у одной из лент накосячили с размером. Проблема не сильно большая, но если пересчитать к длине ленты, то выходит что ее примерно на 15% меньше.
А что же расчеты. Плотность примерно совпадает, а вот сопротивление у меня почему-то вышло даже ниже заявленных и составило 76 мОм у первой (0.1х5) и 73 у второй (0.15х7). В данном случае я грешу на точность измерений, так как толщина маленькая и возможны естественные погрешности, даже ошибка измерения в 0.01мм при измерении толщины 0.1мм дает уже 10% погрешности, что весьма много.
Но то, что это не сталь, покрытая никелем, я могу сказать с уверенностью, так как плотность больше чем у стали, сопротивление ниже, она не пружинит.
Вторая часть экспериментов проводилась уже у товарища, где мы решили попробовать варить эти полоски к аккумуляторам.
Для эксперимента было взято пять полосок, четыре из обзора и плюс еще совсем мелкая, 0.1х4мм.
Также в эксперимента принимало участие некоторое количество аккумуляторов, часть новые, часть БУ. Соответственно к мелким аккумуляторам варили полоски 0.1мм толщиной, а к 18650 — 0.15 и 0.2мм.
Еще на этапе подготовки товарищ показал мне небольшой «фокус», о котором я даже не задумался. Дело в том, что широкая лента мало того что предназначена для сварки сразу нескольких аккумуляторов, так ее размеры еще и рассчитаны так, что подходят к держателям аккумуляторов о которых я уже рассказывал и в итоге лента ложится четко в предназначенные пазы.
Сварка производилась аппаратом с контроллером от Yurok, который я помогал собрать. Для каждой ленты использовались свои настройки, которые зависят как от толщины ленты, так и от типа аккумуляторов и материала их контактов.
В итоге лента толщиной 0.1мм и шириной 4мм приварилась так, что ее еле отодрали.
Аналогичная картина была и с лентой 0.1х5мм, которая куплена на али.
С большими аккумуляторами и более толстыми лентами результат был немного хуже, ленту получилось отодрать целиком. но товарищ пояснил, почему так произошло. Дело в том, что для нормальной сварки надо не только иметь некое удобство пользования аппаратом, а и хороший прижим, а так как аппарат стоял просто на столе и попутно я снимал видео, то получилось немного хуже, чем планировалось.
Хотя в целом результат достигнут, например на фото сборка 6P1S.
Сначала я подумал, что варить надо так, как показано слева, но товарищ сказал что нет, лучше результат если ставить контакты так, чтобы ток тек по линии показанной справа.
Видео проверок. Поочередные эксперименты сварки лент в порядке — 0.1х4, 0.1х5, 0.15х6(7), 0.12х8 и 0.15х27. На видео временами отчетливо видно как сварочный аппарат приподнимается во время сварки, это то, о чем я писал выше, варить в таких условиях было крайне неудобно, что немного отразилось на результате.
Попутно решил сделать групповое фото приспособлений, которые используются в работе. Каждая колодка ориентирована под определенные сборки аккумуляторов, электроинструмента, радиостанций и даже электробритв. Выше показана просто струбцина на случай работы с длинными сборками. Мало того, внешне одинаковые колодки отличаются еще и внутренним диаметром, потому как аккумуляторы должны вставляться с небольшим натягом, а иногда еще и иметь определенное положение относительно друг друга.
На этом наверное все. От себя могу сказать, что в общих чертах товар полностью соответствует заявленному, доставка быстрая, упаковка нормальная, цена явно ниже чем покупать по метражу. Единственно что немного ухудшило общее впечатление, это ошибка с шириной одной из лент, вместо 6мм было 7 🙁
Ленты из обзора — ссылка
Лента 0.5кг широкая — ссылка
Лента 1м широкая — ссылка
Лента обычная по кусочкам — ссылка
Лепестки одинарные никель — ссылка
Лепестки двойные никель — ссылка
Как обычно буду рад вопросам, что смогу, расскажу сам, что не знаю, спрошу у товарища.
$52.19 — 77.13 (за 1кг)
Эту страницу нашли, когда искали:
медно никилевая лента для пайки , углеродна .магниевая .никелеева подложка в высокотоковых аккумуляторах Dewalt что лучше ? , как закрепить никелированную ленту к аккумулятору , чем заменить никелевую ленту для аккумуляторов , лента для сварки аккумуляторов соединяется спомощью , чем припаивают пластины к акб , батарейка аккумулятор как паять перемычки , как припаять аккуми между собой , какой толщиной сваривают аккумулятор , как сваривать ленту батареи , никель медные для аккумумюлятора , соединить аккумуляторы с усиками , Как разъединить сваренные никелевой лентой аккумуляторы? , сколько нужно ленты для сварки акб , батарейка из никеля своми руками , можно ли собирать аккумуляторы на медной шине , аксессуары для сварки никелевых аккумуляторов , замена лент 18650 , планки для соединения аккумуляторов , 18650 использовать никелевую ленту сварка контактная площадка никелевая аккумулятор li-ion от старых , лепесток для пайки и сварки в плату батарей , проволока для соединения литий ионных аккумуляторов , вредная ли при разборе аккумулятора внутри лента , никелевая лента 0.3 мм , сечение сварочних проводов для 18650 , никелевая лента для аккумуляторов , как соединить аккумуляторы , лента для соединения аккумуляторов
Замена литиевых аккумуляторов в шуруповерте
Практически в каждом доме имеется базовый набор инструментов для спонтанных ремонтных работ. Среди них практически наверняка имеется электрический шуруповерт. Современные шуруповерты поставляются в комплекте с зарядным устройством и сменными аккумуляторами, которые можно чередовать в процессе работы. Любой источник питания со временем деградирует и перестает выдавать требуемые характеристики, нуждаясь в замене. Это касается и аккумуляторов для шуруповерта. Если аккумулятор “сдох”, самый быстрый способ исправить ситуацию — это купить новый. А выгодно ли это вообще?
АКБ шуруповерта не содержит в себе проприетарных источников питания и представляет собой, по сути, сборку самых стандартных батарей. Замена литиевых аккумуляторов в шуруповерте куда выгоднее покупки нового блока, из-за чего к этому и прибегает большинство пользователей.
В общих чертах рассмотрим, как происходит ремонт старого блока и какие аккумуляторы следует подбирать для замены уже израсходовавших свой ресурс. Сложность процесса во многом зависит от модели шуруповерта, а точнее — его аккумуляторной сборки.
Простая замена аккумуляторов
Чтобы понять, получится ли обойтись обычной заменой литиевых аккумуляторов, достаточно посмотреть, какие батареи установлены в АКБ шуруповерта. Часто эту информацию можно узнать из характеристик прибора. В современных шуруповертах обычно установлены литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы. Если это так — то Вам повезло и значительных трудозатрат не потребуется.
В таком случае самым очевидным решением будет посмотреть, из каких литиевых аккумуляторов состоит блок и подобрать либо точно такую же модель, либо аналог со схожими характеристиками. Вам очень повезет, если ячейки установлены в батарейные отсеки, а не припаяны к специальным шинам. Так получится отделаться “малой кровью” и просто заменить “уставшие” ячейки на новые. В большинстве же случаев ячейки впаяны и Вам потребуются базовые навыки работы с паяльником, чтобы сделать новую сборку. Тут очень важно соблюдать полярность и правильно соединить каждый элемент. Благо, в интернете очень много мануалов по спайке сборки аккумуляторов для самых разных моделей шуруповертов.
К слову, зачастую неисправность аккумулятора шуруповерта связана с выходом из строя отдельных ячеек, поэтому в определенных случаях достаточно определить неисправные элементы путем замера их напряжения под нагрузочной вилкой и осуществить выборочную замену. Хотя очевидно, что оптимальным решением будет полная замена всех ячеек.
К сожалению, если Ваш шуруповерт довольно стар, с высокой долей вероятности в нем установлены никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd). В таком случае очевидным вариантом будет замена аккумуляторов в шуруповерте на литиевые типоразмера 18650. Li-ion отличается более высокой энергоемкостью, благодаря чему в одинаковый объем корпуса аккумулятора можно установить емкую сборку, имеющую еще и длительный срок службы.
Установка аккумуляторов другого типа
Никель-кадмиевые аккумуляторы значительно отличаются от литий-ионных. Так какие аккумуляторы 18650 лучше для шуруповерта? Тут важно учесть возможность элементов Ni-Cd как заряжаться, так и разряжаться высокими токами. Для таких АКБ вполне нормальными являются токи, при которых разряд происходит за 5 минут, чего нельзя сказать об обычных литий-ионных аналогах. Таким образом, к выбору следует подойти ответственно и подобрать именно высокотоковые Li-Ion аккумуляторы.
На этом трудности не заканчиваются. Так как основные характеристики (например, рабочее напряжение) ячеек Li-Ion и Ni-Cd значительно отличаются, заводским ЗУ заряжать блок литий-ионных АКБ нельзя. Вам потребуется приобрести контроллер BMS, который будет управлять зарядом и разрядом нового блока, а также балансировать заряд между ячейками. При отсутствии соответствующих знаний видео-инструкции из интернета снова приходят на помощь. В сети можно найти пошаговые инструкции для замены ячеек Ni-Cd на Li-Ion с подключением контроллера BMS.
Таким образом, даже отсутствие специальных знаний не делает такие, казалось бы, сложные операции невозможными для простого человека, слабо знакомого с радиоэлектроникой.
Подведем итог. В каких случаях выгодно заменить ячейки вместо покупки нового аккумулятора для шуруповерта? В случае с заменой одних литий-ионных элементов на другие экономия по отношению к покупке одного нового аккумулятора может составлять 40-50%. Понятное дело, что если Вы этим никогда раньше не занимались, придется раздобыть инструменты для пайки, что для первого раза несколько снижает экономический эффект. Что до замены Ni-Cd ячеек на Li-Ion, о серьезной экономии в связи с необходимостью приобретать BMS контроллер говорить не приходится, однако стоит учитывать, что благодаря своей энергоемкости сборка на литий-ионных элементах будет более эффективной и позволит дольше работать от одного заряда.
Какой бы ни была экономия при замене аккумуляторов, главный ресурс — это время. Если у Вас есть свободный вечер и интерес к процессу созидания, то сборка аккумуляторного блока своими руками может доставить немало удовольствия и принести полезный опыт, который можно использовать в других сферах. Например, различные виды электротранспорта, будь то электровелосипед или электросамокат, чаще всего используют сборки на основе литий-ионных аккумуляторных батарей типоразмера 18650. Получив определенный опыт сборки аккумуляторных блоков на основе элементов 18650, Вы много где сможете сэкономить, осуществляя ремонт/замену аккумулятора своими руками.
Замена старого Ni-Mh аккумулятора шуруповерта на Li-Ion ячейки
Подробное описание процедуры замены Ni-Mh ячеек в аккумуляторе старого шуруповерта на Li-Ion ячейки. Особое внимание уделено процессу выбора комплектующих.
«Сколько будет стоить поменять старые никелевые аккумуляторы на литий-ионные в моем шуруповерте», -это, пожалуй, один из самых популярных вопросов, которые можно услышать от наших клиентов.
И действительно, проблема достаточно распространенная. У многих найдется старый аккумуляторный шуруповерт (гайковерт, перфоратор, лобзик, триммер и т.д.) в котором штатные аккумуляторы вышли из строя, а новые купить либо нет возможности, так как они могут быть сняты с продажи или просто не хочется тратиться на заведомо устаревшую технологию, а хочется сразу заменить Ni-Mh аккумуляторы на Li-Ion и дать, зачастую, дорогому и качественному электроинструменту вторую жизнь.
Причин для такого желания действительно множество:
— первая, и основная, это то, что Li-Ion аккумуляторы обладают гораздо большей электрической плотностью, чем Ni-Mh батареи.
Проще говоря, при одинаковом весе, Li-Ion аккумулятор будет обладать большей электрической емкостью чем Ni-Mh. Соответственно, установив в старый корпус Li-ion аккумуляторы мы получаем гораздо более продолжительное время работы инструмента.
— ток заряда у высокомощных Li-ion аккумуляторов, особенно у свежих моделей, может достигать значений 1С — 2С (однократное или двукратное значение емкости).
Т.е. такой аккумулятор можно зарядить за 1 — 0,5 часа, при этом не превысив рекомендуемые производителем параметры и, соответственно, не снижая срок службы аккумулятора.
Но и останавливающих факторов для выполнения такой задумки достаточно:
— В силу технологических ограничений Li-ion аккумуляторы не могут быть заряжены свыше чем 4,25-4,35В и разряжены ниже чем 2,5-2,7В (указывается в технических характеристиках для каждого конкретного аккумулятора). При превышении этих значений вы можете повредить аккумулятор и вывести его из строя. Для защиты Li-Ion аккумулятора используются специальные контроллеры заряда-разряда, которые держат напряжение на Li-Ion ячейке в разрешенных пределах. Т.е кроме самих аккумуляторов вам понадобится еще и контроллер заряда-разряда.
— Напряжение Li-ion аккумуляторных батарей всегда кратно 3,7В (3,6В) в то время как у Ni-Mh батарей оно кратно 1,2В. Это связано с номинальным напряжением (величина напряжения, которая держится на Li-Ion аккумуляторе достаточно продолжительное время в середине вольт-амперной характеристики разрядной кривой) на отдельной ячейке. У Li-ion аккумуляторов это напряжение равно 3,7В, у Ni-Mh — 1,2В. Поэтому вы никогда не сможете собрать из Li-Ion аккумуляторов 12В батарею. В номинале, она может быть 11,1В (3 последовательно) или 14,8В (4 последовательно). Более того, напряжение Li-Ion ячейки меняется в процессе работы от полностью заряженного- 4,25В до полностью разряженного -2,5В. Таким образом напряжение 3S (3 serial — 3 последовательных соединения) аккумуляторной батареи будет меняться в процессе работы от 12,6В (4,2х3) до 7.5В (2.5х3). Для 4S батареи- от 16,8В до 10В.
— Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650, а 99 процентов всех Li-Ion аккумуляторных батарей состоят из ячеек типоразмера 18650, имеет отличные габаритные размеры от Ni-Mh ячеек. Габарит ячейки 18650 составляет 18 мм в диаметре и 65 мм в высоту. Важно «прикинуть» сколько Li-Ion ячеек влезут в ваш корпус. При этом надо понимать, что для аккумулятора 11,1В вам понадобится количество Li-ion ячеек кратное 3. Для батареи в 14,8В — четырем. При этом должно остаться место для размещения контроллера заряда-разряда и коммутационных проводов.
— Зарядное устройство (ЗУ) для Li-ion аккумуляторов отличается от зарядного устройства для Ni-Mh аккумуляторов. Справедливости ради, надо отметить, что ЗУ поставляемые с многими шуруповертами являются универсальными ЗУ и могут заряжать как NI-Cd, Ni-Mh так и Li-ion батареи. Убедитесь в том, что ваше ЗУ обладает такой возможностью.
— Стоимость Li-ion аккумуляторов. а она, по сравнению с Ni-Mh аккумуляторами может отличаться в разы.
Если все вышесказанное вас не отпугнуло, то рассмотрим пример процесса изготовления Li-Ion аккумуляторной батареи взамен имеющейся у нас Ni-Mh аккумулятора от гайковерта DEWALT DC840.
Данный гайковерт комплектуется двумя Ni-Mh аккумуляторными батареями напряжением 12В емкостью 2,6Ач.
Для начала мы определимся с выбором номинального напряжения для нашей Li-ion аккумуляторной батареи.
Выбор стоит между 3S Li-ion батареей с диапазоном напряжений 12,6В — 7,5В и 4S Li-Ion батареей с диапазоном напряжений 16,8В — 10В.
Мы остановимся на втором варианте, так как:
а) Напряжение на батарее достаточно быстро опускается с максимального до номинального, т.е. с 16,8В до 14,8В, а для электромотора, чем собственно говоря и является гайковерт, превышение в 2,8В не является критичным.
б) Минимальное напряжение у 3S Li-Ion батареи составит 7,5В, что крайне мало для нормальной работы электроинструмента. И КПД у 4S батареи в данном случае будет выше чем КПД 3S Li-Ion аккумулятора.
в) Установив 4 Li-ion ячейки мы тем самым повысим электрическую емкость нашего аккумулятора.
Итак, с 1м пунктом разобрались: делаем 4S (14,8В) Li-Ion аккумуляторную батарею.
Второе. Определяемся с выбором Li-ion ячеек.
Для этого нам надо определить ограничивающие факторы.
В случае с изготовлением Li-Ion аккумулятора для электроинструмента основным ограничением является максимальный ток нагрузки. В настоящее время существуют Li-Ion аккумуляторы с допустимым номинальным (длительным) током нагрузки в 20-25А. Импульсные (кратковременные, до 1-2сек) значения тока нагрузки могут достигать 30-35А. При этом вы не нарушите структуру аккумулятора.
В наш корпус от старого Ni-Mh аккумулятора может комфортно влезть до 6 Li-Ion ячеек 18650. Соответственно мы не можем собрать 4S2P (4 последовательных соединения и 2 параллельных) Li-ion батарею, для которой понадобится 8 ячеек а должны уложиться в 4 ячейки. Естественно, что в этом случае, каждая из ячеек должна «держать» однократную величину максимального тока нагрузки во всем диапазоне режимов работы электроинструмента.
Определяем максимальный ток, протекающий в аккумуляторе в процессе работы гайковерта.
На видео ниже видно, что мы подсоединили гайковерт к лабораторному источнику питания (ИП) с максимальным током в 30А. Регулятор ограничителя максимального тока выставляем на максимально возможное значение. Выставив напряжение ИП близкое к номинальному напряжению нашей будущей аккумуляторной батареи мы начинаем плавно нажимать на курок. Ток, потребляемый гайковертом. поднимается до 5А.
Теперь нажмем на курок очень резко,- тем самым мы, практически, «закорачиваем» цепь питания. Ток импульсно взлетает до 20 — 30А. Может быть он и взлетел бы и выше, но мощность ИП не позволяет этого увидеть. Надо понимать, что это будет кратковременный ток нагрузки в случае очень резкого нажатия на курок гайковерта. И любой шуруповерт/всечтоугодноимеющееэлектродвигатель будет вести себя именно таким образом. Именно поэтому смешно слышать утверждения покупателей, мол, у вас нерабочие контроллеры и плохие аккумуляторы, потому, что, видети-ли, мой шуруповерт потребляет всего 4А,- я измерял,- и я взял аккумуляторы Samsung 22F с емкостью 2200мАч (самые дешевые с максимальным током в 3А) и контроллер на 8А и у меня ничего не работает. А незащищенные Li-ion аккумуляторы и контроллеры обмену/возврату не подлежат. Тут, я думаю, все понятно. Незнание законов не освобождает от ответственности.
Теперь зажмем наконечник гайковерта в зафиксированные тиски и посмотрим до какого значения будет повышаться ток потребления при режимах работы, когда в гайковерте срабатывает трещетка. Величина тока подскакивает до 10-12А.
На этом этапе мы определились с величиной тока нагрузки. В нашем случае она составит: на холостом ходу 5А, при резком старте 30А, при максимальной нагрузке — 12А. Соответственно. мы выбираем Li-ion ячейки с номинальным током нагрузки 10-20А и импульсным в 25-30А.
Нам подойдут модели Li-ion аккумуляторов (в наличии, на момент написания статьи): 18650 2000мАч LG INR18650HD2 3,7В 25A , 18650 2500мАч LG ICR18650HE4 3,7В 20A , 18650 2600мАч SONY US18650VTC5 3,6В 30A, 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A .
Мы остановились на 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A для обеспечения максимальной емкости.
Выбор контроллера (платы защиты от переразряда-перезаряда).
Контроллер должен удовлетворять двум параметрам:
номинальному рабочему напряжению ( в нашем случае 14,8В)
номинальному рабочему току.
С напряжением все понятно: если батарея на 14,8В то и контроллер должен быть на 14.8В, если батарея на 11,1В то и контроллер следует выбирать с номинальным напряжением в 11,1В.
Параметр «номинальный рабочий ток» определяет «пропускную способность» платы защиты. Т.е. контроллер на 4А расчитан на ток в 4А и при 8А у него сработает защита от перегрузки. Контроллер на 16А номинальной нагрузки будет «уходить в защиту» при 30±10А. Все эти параметры указаны на вкладке «Характеристики» для каждой конкретной модели контроллера.
При этом, у одного экземпляра контроллера ток ограничения может быть равен 30А а у другого 50А. И оба этих контроллера будут формально исправны. Но мы ограничены еще и в габаритах, поэтому контроллер следует выбирать таким образом, чтобы он влез в ваш корпус от старой батареи.
Исходя из вышеописанных условий, мы выбрали плату защиты для 14,8В батареи модели HCX-D177 со значением номинального рабочего тока в 16А и пороговым значением максимального тока в 30±10А.
Итак, мы определились с комплектующими для нашей Li-ion аккумуляторной батареи. С ЗУ проблем не возникло, так как оно рассчитано на работу как с Ni-Mh так и с Li-ion аккумуляторами.
Плюс к тому, при условии, что мы ставим контроллер заряда-разряда, мы застрахованы от перезаряда нашей батареи.
Приступаем к процессу разборки-сборки.
Вскрываем старый аккумулятор, отвинчивая 5 шурупов.
Достаем старую Ni-Mh батарею
Видно, что контактная площадка, которая входит в зацепление с контактной группой гайковерта, приварена к плоскости минусового контакта одной из Ni-Mh ячеек.
Отрезаем точки сварки при помощи многофункционального инструмента DREMEL 4000 с установленным отрезным камнем. В результате у нас остается непосредственно контактная группа от аккумуляторной батареи.
Припаиваем к кокнтактам провода с сечением не менее 2мм2 для силовых выводов и 0,2мм2 для подключения терморезистора и вклеиваем контактную площадку в корпус аккумулятора при помощи термоклея.
Подбираем 4 ячейки LG INR18650HG2 3000мАч по внутреннему сопротивлению на измерителе внутреннего сопротивления аккумуляторов. Его значение должно быть одинаковым для всех четырех аккумуляторов в нашей батарее.
Li-Ion ячейки LG INR18650HG2 склеиваем термоклеем таким образом, чтобы обеспечить максимально-удобное расположение в корпусе.
Сварку ячеек производим на станке для контактной сварки при помощи никелевой сварочной ленты с сечением 2х10мм.
Устанавливаем плату защиты.
На этом этапе мы уже можем оценить на сколько мы облегчили вес нашей батареи.
Вес старых Ni-Mh аккумуляторов составлял 536 гр. Вес новой Li-Ion батареи равен 199гр. Таким образом, выигрыш в весе составляет 337 гр, что достаточно ощутимо в процессе работы. При этом, энергетическая емкость у нас увеличивается с 31,2Вт*ч (12В * 2,6Ач) в оригинальной Ni-Mh батарее до 44,4Вт*ч (14,8В * 3Ач)
Устанавливаем батарею в корпус. Пустоты заполняем мягким упаковочным материалом.
Подключаем ее к нашему гайковерту.
На видео продемонстрировано, что при резком нажатии на курок срабатывает защита по току у нашей платы защиты. Но в реальных условиях такой режим использоваться, скороее всего, не будет. Если специально не пытаться добиться срабатывания защиты, то гайковерт ведет себя абсолютно прогнозируемо.
Зажимаем наконечник в губки тисков. Как и ожидалось, мощности батареи хватает с лихвой для срабатывании трещетки, ограничивающей усилие кручения.
Разряжаем Li-ion батарею нашего гайковерта на электронной нагрузке. Ток разряда выставляем 5А. График разряда представлен на иллюстрации ниже.
Вставляем аккумулятор в штатное ЗУ. Ток заряда, при замере, составил 3А, что укладывается в допустимые значения тока заряда для данных Li-ion ячеек (для LG INR18650HG2 максимальный ток заряда составляет 4А, что указано на вкладке Характеристики).
По времени, работа по замене Ni-Mh аккумуляторов на Li-Ion аккумуляторы заняла около 2ух часов (с проверкой всех параметров на оборудовании — около 4ех часов). В принципе, все это можно сделать и самому «на коленке», но контактную сварку и подбор аккумуляторов без специального оборудования сделать невозможно.
Стоимость замены Ni-Mh аккумулятора на Li-Ion.
Посмотрим, что у нас получается по стоимости:
— стоимость 4ех Li-ion аккумуляторов 18650 3000мАч LG INR18650HG2 3,7В 20A, на момент написания статьи, составляет 4 х 550руб = 2200руб
— стоимость контроллера заряда разряда с балансиром HCX-D177 составляет 1240руб
— стоимость работы по сварке и сборке равна 800руб
Итого, получается, что самодельная Li-ion батарея 14,8В 3Ач стоит 4240руб
Найдем аналогичную Li-Ion батарею заводского исполнения для какого-либо другого шуруповерта. Аккумулятор Makita 194065-3 имеет абсолютно идентичные параметры.
На момент написания статьи такой аккумулятор стоил от 5500 руб до 6500 руб.
Получается, что прямая экономия составляет 1300 до 2300руб. И, при этом, не следует забывать о том, что батарею, которую мы сделали, купить невозможно в принципе!
PS. Отдельное спасибо за предоставленный подопытный гайковерт и моральную поддержку 🙂 компании Rent4Event.
Другие записи
В статье рассмотрим подробно как устроена Li-Ion батарея для электровелосипеда в распространенном корпусе Silver Fish, как ее разобрать, собрать новый батарейный блок и произвести замену.
Нам на электронную почту пришло несколько очень подробных обзоров на товары, приобретенные в нашем магазине, от одного из покупателей.
Здесь процитируем их полностью.
Нам на электронную почту пришло несколько очень подробных обзоров на товары, приобретенные в нашем магазине, от одного из покупателей.
Здесь процитируем их полностью.
- Комментарии
