Виды АКБ для шуруповертов и их особенности
В современных аккумуляторных шуруповертах и дрелях используются три типа батарей:
- Никель-кадмиевые (NiCd, Ni-Cd).
- Никель-металлогидридные (Ni-MH или NiMH).
- Литий-ионные (Li-ion).
Рассмотрим особенности каждого из типов аккумуляторов подробно.
Никель-кадмиевые
Этот тип источников энергии, пожалуй, самый старый. Появились кадмиевые аккумуляторы в 70-х годах, и это был настоящий прорыв. По сравнению с кислотно-свинцовыми и щелочными батареями никелевые оказались намного компактнее при той же электрической емкости и имели умеренную цену.
Как и свинцово-кислотные, Ni-Cd элементы могут отдавать довольно большой ток в нагрузку и выдерживать до 1 000 циклов заряд/разряд. Причем такое количество циклов – всего лишь гарантия производителя. Фактически батарея продолжает служить и по достижении этой цифры.
Время зарядки Ni-Cd батареи в среднем составляет 6-8 часов, что, к сожалению, многовато, но все же меньше, чем у его кислотных и щелочных собратьев. Отличаются никелевые АКБ и своей «морозоустойчивостью» — они отлично работают при температурах до -20 градусов Цельсия. Дополнительно кадмиевая технология допускает глубокую разрядку, а срок службы батареи зависит в основном от количества циклов заряд/разряд. Храниться же такая батарейка может долго – до 7-8 лет.
Но есть у этого типа аккумуляторов и недостатки, причем существенные. Один из них – большой саморазряд, который может достигать 10% в месяц. Таким образом, если шуруповерт пролежал без дела, скажем, полгода, то перед использованием его придется зарядить.
Еще один недостаток – так называемый «эффект памяти». Если батарею постоянно подзаряжать, не разряжая в ноль, то она «запомнит», до какого уровня ее разряжали и по достижении этого порога просто откажется работать, «сказав», что разряжена. Именно поэтому аккумуляторы данного типа нужно периодически «гонять» — полностью разряжать и тут же заряжать до 100%.
Никель-металлогидридные
Этот тип аккумуляторов появился чуть позже – в начале 90-х годов прошлого века. Ni-MH элементы обладают сходными с кадмиевыми характеристиками, но эффект памяти проявляется у них намного слабее (но все же проявляется) и, главное, в таких аккумуляторах отсутствует кадмий.
Ni-MH батарея аккумуляторов для шуруповерта
Никель-металлогидридная батарея способна отдавать приличный ток, хорошо работает на морозе, а ее саморазряд составляет те же 7-10% в месяц. Что касается стоимости, аккумуляторы этого типа несколько дороже кадмиевых, количество же циклов заряд/разряд, от которого зависит срок службы, составляет всего 300-500 раз, что является существенным минусом. Срок хранения таких элементов – 6-7 лет. Соотношение габариты/емкость, как и время заряда — до 8 часов, сходны с кадмиевыми. Металлогидридные элементы, как и кадмиевые, хорошо переносят глубокий разряд.
Литий-ионные
Li-Ion технология на сегодняшний день является передовой. Литиевые элементы намного компактнее и легче предыдущих при той же электрической емкости и, что очень удобно, могут заряжаться повышенным током. При этом время полной зарядки литий-ионных АКБ может быть сокращено до 1-2 часов.
Li-Ion батарея аккумуляторов для шуруповерта
Большим преимуществом батареек этого типа является и практически полное отсутствие эффекта памяти – инструмент можно подзаряжать когда угодно и до любого уровня. Саморазряд Li-Ion батарейки относительно невелик и составляет примерно 2-3% емкости в месяц.
Что касается недостатков, то до относительно недавнего времени это были высокие степени пожаро- и взрывоопасности. При неправильной эксплуатации батарея могла загореться, а то и взорваться. Причем горящий элемент практически невозможно потушить водой – это только усиливает горение.
Еще один серьезный недостаток элементов этого типа – они не терпят глубокого разряда и перезаряда. В первом случае АКБ тут же выходит из строя, во втором — может загореться. Но эту проблему тоже легко решили все тем же контроллером, который отключает элемент питания от нагрузки при критическом разряде и от зарядного устройства, если АКБ зарядилась.
Обычный ресурс Li-Ion батареек составляет 600 циклов заряд/разряд, но он также сильно зависит и от «возраста». Храниться литий-ионная АКБ может не более 2-3 лет независимо от того, работает она или просто лежит в столе.
Выбирая инструмент с такими элементами питания, следует учитывать, что они будут плохо вести себя на морозе (сильное снижение емкости, которая, впрочем, восстановится в тепле). В дополнение они не смогут отдать большой ток при любой температуре, а значит, не обеспечат большой крутящий момент, необходимый для работы с плотными материалами. И стоимость Li-Ion элементов намного выше, чем у никелевых собратьев.
Основания и сложности переделки
Преимущества и недостатки LI Ion
Прежде всего, отметим, что старые никель-кадмиевые батареи вполне надёжны, недороги и могут работать в условиях низких температур, выдерживая большое количество циклов заряда-разряда. Однако они имеют одно нехорошее свойство, состоящее в постепенной потере ёмкости, если ставить их на зарядку, не дождавшись полного разряда (так называемый «эффект памяти»).
Необходимость в переделке шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 объясняется рядом преимуществ последних, основными из которых являются:
- Большая емкость, позволяющая продлить время эксплуатации прибора;
- Заметно меньшие, чем у других батарей габариты и вес (фото ниже);
- Способность хорошо «держать» заряд, находясь не под нагрузкой;
- Отсутствие эффекта памяти, характерного для старых батарей.
Однако и у новых литиевых аккумуляторов имеется недостаток, заключающийся в ухудшении параметров при полном их разряде. При напряжениях более 4,2 и менее 2,7 Вольт они «чувствуют» себя не очень комфортно. Именно поэтому ещё при производстве эти изделия оснащаются встроенными контроллерами, защищающими их от КЗ, перенапряжений и глубокого разряда.
Обратите внимание! Встроенный электронный регулятор автоматически отключает их при размыкании питающей цепи, или когда аккумулятор шуруповерта находится вне отсека рабочего инструмента. Ещё одним минусом переделки аккумулятора шуруповерта на литий является неприспособленность новых батарей для функционирования при низких температурах
Однако все эти недостатки с лихвой перекрываются уже рассмотренными ранее достоинствами
Однако все эти недостатки с лихвой перекрываются уже рассмотренными ранее достоинствами
Ещё одним минусом переделки аккумулятора шуруповерта на литий является неприспособленность новых батарей для функционирования при низких температурах. Однако все эти недостатки с лихвой перекрываются уже рассмотренными ранее достоинствами.
Проблемные места
Для реализации обозначенных выше преимуществ потребуется решить ряд вопросов, возникающих при переделке аккумулятора шуруповерта на li-ion, а именно:
- Рабочие габариты нового изделия, определяемые из его обозначения (диаметр – 18 мм, длина – 65 мм) не совпадают с размерами заменяемых элементов;
- Полноценная замена аккумуляторов возможна лишь при условии доработки батарейного отсека, позволяющей поместить плату контроллера и жгут соединительных проводов;
- При переделке также должна учитываться разность напряжений каждого из элементов сборного источника, состоящего из нескольких акб (1,2 Вольта у никель-кадмиевых против 3,7 Вольт у LI Ion).
Важно! С учётом данного обстоятельства необходимо заранее попытаться подогнать суммарное напряжение нескольких новых элементов под старое его значение (на рисунке ниже приведены никель-кадмиевые батареи). Никель-кадмиевые элементы. В отдельных случаях добиться совпадения питающих напряжений не удаётся совсем, что заставляет отказаться от переделки или искать другие, подходящие по этому параметру изделия
В отдельных случаях добиться совпадения питающих напряжений не удаётся совсем, что заставляет отказаться от переделки или искать другие, подходящие по этому параметру изделия
При этом важно соблюдать меру и просчитать экономическую целесообразность перехода на li ion 18650 (иначе модернизация может оказаться дороже самого инструмента)
Неисправности и ремонт зарядного устройства для АКБ
Чтобы произвести ремонт зарядки, необходимо иметь хотя бы минимальные знания в радиоделе, а также прибор для “прозвонки” радиодеталей устройства — тестер. Все зарядные устройства для шуруповертов похожи между собой и имеют следующие узлы:
- низковольтную часть, включающую в себя выпрямитель преобразователя, а также схему, которая обеспечивает подачу питания для зарядки АКБ;
- понижающий инвертор;
- сетевой выпрямитель.
Сетевые выпрямители можно назвать самыми выносливыми элементами зарядников, если их правильно эксплуатировать. Но если зарядка предназначена для работы от электросети 120-130 В, и во время подключения ее через конвертор сгорает предохранитель, то чтобы починить ее, неисправность следует искать именно в выпрямителе. В зарядных устройствах, работающих от 220 В, часто горят высоковольтные транзисторы инвертора. В то же время, остальная электроника зарядки и выпрямитель инвертора выходят из строя очень редко. Также причиной того, что не работает зарядное устройство, можно считать пробитые или вздутые конденсаторы.
Перед поиском неисправности потребуется разборка корпуса зарядного устройства. Делать это следует аккуратно, поскольку большинство корпусов собирается на 1 шурупе и на защелках, которые легко ломаются.
Все составляющие электронной схемы зарядки необходимо проверять тестером. Чаще всего, оказывается неисправным конденсатор выпрямителя. Даже если при визуальном осмотре вы увидите вздувшиеся электролиты, их необходимо перепаять, заменив на исправные аналоги. Далее, установив предохранитель с нужным номиналом, можно проверить работу платы в режиме зарядки АКБ. Если проблем не обнаружено, показатели тока и напряжения находятся в пределах нормы, то плату можно монтировать в корпус.
Если плата зарядного устройства все равно отказывается работать, и зарядка батареи не происходит, тогда необходимо искать неполадки дальше. Исправность предохранителя, а также наличие напряжения на конденсаторе свидетельствует о том, что неисправность находится в инверторе. Диагностика инвертора является сложной задачей и требует наличие определенного опыта, а также специальной аппаратуры — осциллографа. Если опыта и аппаратуры нет, то отремонтировать зарядку можно, поочередно проверяя все радиодетали, меняя транзисторы и микросхемы преобразователя, и каждый раз проверяя плату на работоспособность.
Также при визуальном осмотре можно заметить и пробитые диоды. Они будут отличаться своей желтизной вследствие перегрева. Если хотя бы один диод (диодного моста) пробивает, он коротит на себя трансформатор. Случившееся вызывает перегрев остальных диодов, вследствие чего возникает перегрев обмоток трансформатора и их межвитковое замыкание. Поэтому нужно проверить тестером все подозрительные диоды и обе обмотки трансформатора. Проверка чаще всего показывает обрыв на первичной обмотке.
Стоит знать, что практически во всех трансформаторах такого типа стоит тепловая защита, которая срабатывает при температуре 130°С. Обычно этот датчик находится под верхними слоями изоляции трансформатора. Если заменить датчик нечем, то на свой страх и риск можно просто спаять ножки датчика, исключив обрыв. Далее, следует вернуть снятую с обмоток изоляцию на место и проверить работоспособность зарядного устройства. В большинстве случаев, данная неисправность трансформатора устраняется довольно простым способом.
Доводы «за»
- Энергетическая плотность литий─ионных элементов значительно выше, чем у никель─кадмиевых, которые по умолчанию используются в шуруповёртах. То есть, аккумулятор на литиевых банках будет иметь меньший вес, чем на кадмиевых при той же ёмкости и выходном напряжении;
- Зарядка литиевых аккумуляторных элементов происходит значительно быстрее, чем в случае Ni─Cd. Для их безопасной зарядки потребуется около часа;
- У литий─ионных аккумуляторов отсутствует «эффект памяти». Это значит, что их необязательно полностью разряжать перед тем, как ставить на зарядку.
Теперь о недостатках и сложностях литиевых аккумуляторов.
Защитная плата BMS
При эксплуатации литиевых аккумуляторов нельзя допускать заряда выше и разряда ниже нормы по напряжению. Для литий ионных максимально допустимое напряжение на ячейке составляет 4,25 В, минимальное 2,5-3,0 В (варьируется в зависимости от модели). Для литий железо фосфатных максимум 3,65 В, минимум 2,0 В.
Поскольку рабочие напряжения у Li Ion и LiFePO4 разные, BMS нужно выбрать именно под свой тип аккумулятора. BMS для LiFePO4 не подойдет к Li Ion и наоборот. При выборе также смотрим на ток срабатывания защиты, он должен быть не больше максимального тока который выдает батарея в пиковом кратковременном режиме. Иначе в аварийной ситуации защита по току не успеет сработать и отключить АКБ. Если Вы прочитали статью про BMS, то уже знаете, что в нашем случае гораздо правильнее выбирать плату BMS с функцией балансировки (balance).
Зарядное устройство
Осталось разобраться с тем, как выполнять зарядку инструмента. Его нельзя подключать к стандартному блоку питания. Необходимо зарядное устройство.
В большинстве случаев родные аксессуары без проблем подзаряжают литиевые батарейки.
Заряд поступает через контроллер. Если заводское устройство не подходит, его переделывают при помощи доустановки недостающих элементов схемы. В их числе узлы прекращения зарядки, защитные компоненты и пр. Схема дорабатывается под основной определяющий параметр — ток зарядки.
При основательной доработке схемы зарядного устройства проводить модернизацию нерентабельно. Его легко заменить на универсальное оборудование или приобрести новое. Даже с покупкой зарядного устройства владелец шуруповерта приобретает по минимальной цене мощный инструмент с увеличенным сроком автономной работы.
