Płytka zabezpieczająca akumulator, czyli jak przerobić akumulator do wkrętarki

Ponieważ dość często robiłem recenzje akumulatorów, a także wspominałem o przeróbkach narzędzi akumulatorowych, na privie często pytają mnie o różne szczegóły takich przeróbek.
Pytają różne osoby, a pytania często są do siebie podobne, dlatego postanowiłem przygotować krótki przegląd i przy okazji odpowiedzieć na kilka ogólnych pytań związanych z doborem podzespołów i przerabianiem akumulatorów.

Być może komuś ten przegląd wyda się niekompletny, bo przeróbce poddałem tylko sam akumulator, ale bez obaw — planuję drugą część, w której spróbuję odpowiedzieć na pytania dotyczące przeróbki ładowarki. Przy okazji chciałbym też poznać opinię czytelników: co jest lepsze — uniwersalna płytka zintegrowana z zasilaczem, sama płytka, przetwornice DC-DC czy inne rozwiązania.

Wkrętarki, podobnie jak inne narzędzia akumulatorowe, są produkowane już od wielu lat. Użytkownicy zgromadzili więc całkiem sporo starych akumulatorów, a także narzędzi, które czasem leżą bezużytecznie.
Jest kilka sposobów rozwiązania tego problemu:
1. Po prostu naprawić akumulator, czyli wymienić stare ogniwa na nowe.
2. Przerobić zasilanie z akumulatorowego na sieciowe, aż po zamontowanie zasilacza w komorze akumulatora.
3. Zastąpić akumulatory niklowo-kadmowe i niklowo-metalowo-wodorkowe litowymi.

Na marginesie: czasem przeróbka lub naprawa po prostu nie ma sensu. Na przykład jeśli macie bardzo tanią wkrętarkę kupioną na wielkiej wyprzedaży za 5 USD, może was zaskoczyć, że koszt przeróbki będzie równy cenie kilku takich wkrętarek (trochę przesadzam). Warto więc najpierw samemu rozważyć plusy i minusy przeróbki oraz to, czy ma ona sens. Czasem łatwiej kupić drugie narzędzie.

Pierwszy wariant wielu z was zapewne już przerabiało, ja zresztą też. Daje efekty, choć w przypadku markowych narzędzi często gorsze niż pierwotnie. Kosztuje nieco mniej, a nakład pracy jest znacznie mniejszy.

Drugi wariant również ma sens, zwłaszcza jeśli pracujecie w domu i nie chcecie wydawać pieniędzy na wymianę akumulatorów.

Trzeci wariant wymaga najwięcej pracy, ale pozwala znacznie poprawić parametry użytkowe narzędzia. Zyskujemy większą pojemność akumulatora i brak „efektu pamięci”, a czasem także większą moc.
Pojawia się jednak dodatkowy minus: akumulatory litowe nieco gorzej działają na mrozie. Skoro jednak wiele firm bez problemu produkuje takie narzędzia, uważam, że problem bywa czasem wyolbrzymiany, choć oczywiście jest realny.

Akumulatory mają różną konstrukcję, choć ogólnie wiele je łączy. Dlatego będę opowiadał i pokazywał wszystko na przykładzie jednego z przedstawicieli tej kategorii — wkrętarki Bosch PSR 12 VE-2. To wkrętarka mojego kolegi, który został też „sponsorem” tego przeglądu: udostępnił do przeróbki samą wkrętarkę, akumulatory, płytkę zabezpieczającą i materiały eksploatacyjne.
To całkiem niezła wkrętarka, ma blokadę wrzeciona i dwa biegi, więc warto ją przerobić.


Tak się złożyło, że były aż trzy akumulatory, ale przerobimy jeden, a drugi zostawię do kolejnego przeglądu :)


Przy okazji: akumulatory są różne, ale oba mają napięcie 12 V i pojemność 1,2 Ah, czyli 14,4 Wh.


Akumulatory rozbiera się na różne sposoby, ale najczęściej obudowa jest skręcona kilkoma wkrętami. Zdarzały mi się też wersje zatrzaskowe i klejone.


W każdym razie w środku zobaczycie mniej więcej taki widok. W tym przypadku jest to pakiet złożony z 10 akumulatorów niklowo-kadmowych. Zwykle stosuje się ogniwa tego samego rozmiaru, ale ich ułożenie może się czasem różnić. Na zdjęciu widać jeden z popularnych wariantów: 9 sztuk na dole i jedną w pionowej części.


Na początek trzeba wybrać akumulatory na wymianę.

W elektronarzędziach stosuje się akumulatory przystosowane do dużych prądów rozładowania.
Niedawno przygotowałem przegląd różnych akumulatorów. Na końcu zamieściłem tabelkę, która może pomóc w wyborze. Jeśli jednak nie macie pewności, po prostu znajdźcie dokumentację akumulatorów, które planujecie kupić. Na szczęście w przypadku markowych akumulatorów zwykle nie ma z tym problemu.


Polecam na przykład następujące typy:
Do elektronarzędzi o dużej mocy — Samsung INR18650-25R, US18650VTC4, Liitokala INR26650-50A
Do elektronarzędzi o średniej mocy — LGDBHG21865, LGDBHE41865, Samsung INR18650-30Q

Warto pamiętać, że deklarowana pojemność akumulatora jest często odwrotnie proporcjonalna do maksymalnego prądu rozładowania. Czyli im większy prąd może oddawać akumulator, tym mniejszą ma pojemność. To oczywiście dość uproszczony przykład, ale bardzo bliski rzeczywistości. Na przykład akumulatory Panasonic NCR18650B o bardzo dużej pojemności nie nadają się do elektronarzędzi, ponieważ ich maksymalny prąd wynosi zaledwie 6,8 A, a wkrętarka pobiera 15–40 A.


A teraz czego nie należy stosować:
Akumulatorów pokazanych na zdjęciu poniżej, a także wszelkich Ultrafire, Megafire oraz dowolnych ogniw 18650 o deklarowanej pojemności 100500 mAh.
Poza tym zdecydowanie odradzam stosowanie starych akumulatorów z baterii do laptopów. Po pierwsze, nie są przystosowane do takiego prądu, a po drugie, prawdopodobnie będą miały duży rozrzut parametrów. I to nie tylko pojemności, ale też rezystancji wewnętrznej. Lepiej wykorzystać je gdzie indziej, na przykład w powerbanku do ładowania smartfona.


Alternatywą są akumulatory modelarskie, na przykład do łodzi, dronów, samochodów itp.
Można ich użyć, ale ja wolałbym popularne ogniwa 18650 lub 26650 ze względu na solidną obudowę i łatwiejszą wymianę w przyszłości. Ogniwa 18650 i 26650 łatwo kupić, a akumulatory modelarskie mogą zniknąć ze sprzedaży i zostać zastąpione przez akumulatory o innym formacie.


Poza tym trzeba pamiętać, że nie wolno stosować akumulatorów o różnej pojemności. Najlepiej użyć akumulatorów z jednej partii, kupując od razu potrzebną liczbę sztuk (a najlepiej jedną dodatkową na zapas, na wypadek gdyby któraś okazała się inna). Jeśli więc dwa akumulatory leżą na półce od roku, a potem dokupicie do nich dwa nowe i połączycie je szeregowo, zwiększacie ryzyko problemów. Wyrównywanie napięć może już nie pomóc, nie mówiąc o akumulatorach o różnej pojemności już na początku.

Do przeróbki akumulatora tej wkrętarki wybrałem ogniwa LGDBHG21865.
Wkrętarka nie jest zbyt mocna, więc myślę, że nie powinno być problemów. Akumulatory są przystosowane do ciągłego prądu rozładowania 20 A. Wybierając akumulatory, należy znaleźć w ich dokumentacji odpowiednią pozycję i sprawdzić podaną wartość prądu.


Akumulatory litowe mają znacznie większą pojemność przy mniejszych wymiarach niż kadmowe. Na zdjęciu po lewej pakiet 10,8 V 3 Ah (32 Wh), po prawej oryginalny, 12 V 1,2 Ah (14,4 Wh).

Wybierając liczbę akumulatorów potrzebnych do wymiany, należy kierować się zasadą, że jeden akumulator litowy (LiIon, LiPol) zastępuje umownie 3 zwykłe. W akumulatorze 12 V znajduje się 10 ogniw, dlatego zwykle wymienia się je na 3 litowe. Można zamontować 4, ale narzędzie będzie przeciążone i może dojść do jego uszkodzenia.
Jeśli akumulator ma 18 V, najprawdopodobniej znajduje się w nim 15 zwykłych ogniw, które wymienia się na 5 litowych, ale takie narzędzia spotyka się rzadziej.
Mówiąc prościej:
2-3 NiCd = 1 litowy,
5-6-7 NiCd = 2 litowe,
8-9-10 NiCd = 3 litowe,
11-12-13 NiCd = 4 litowe
itd.


Przed złożeniem trzeba sprawdzić pojemność akumulatorów, bo nawet w jednej partii mogą się między sobą różnić, a im mniej znany producent, tym większy będzie rozrzut.
Na przykład tabelka z jednej z moich recenzji, w której testowałem, a przy okazji dobierałem zestawy akumulatorów do przeróbki radiotelefonów.


Następnie należy w pełni naładować wszystkie akumulatory, aby wyrównać ich poziom naładowania.


Łączenie akumulatorów.
Do łączenia akumulatorów stosuje się kilka rozwiązań:
1. Koszyki
2. Lutowanie
3. Zgrzewanie punktowe.

1. Koszyk — bardzo proste i łatwo dostępne rozwiązanie, ale zdecydowanie odradzane przy dużych prądach ze względu na dużą rezystancję styku.
2. Lutowanie. To całkiem sensowne rozwiązanie, sam czasem tak robię, ale ta metoda ma swoje niuanse.
Przede wszystkim trzeba umieć lutować. I to poprawnie, a co najważniejsze — szybko.
Poza tym potrzebna jest odpowiednia lutownica.
Lutowanie przebiega następująco: oczyszczamy miejsce styku, pokrywamy je topnikiem (używam F3), bierzemy pocynowany przewód (najlepiej o niezbyt dużym przekroju, 0,75 mm² wystarczy), nabieramy dużo cyny na grot lutownicy, dotykamy nim przewodu i dociskamy go razem z przewodem do styku akumulatora. Można też przyłożyć przewód do miejsca lutowania i dotknąć lutownicą z dużą kroplą cyny miejsca między przewodem a akumulatorem.
Jak pisałem wyżej, ta metoda ma jednak swoje niuanse: potrzebna jest mocna lutownica z masywnym grotem. Akumulator ma dużą pojemność cieplną, więc lekki grot po prostu się schłodzi do takiej temperatury, że cyna „przymarznie”, czasem razem z grotem (zależy od lutownicy). W rezultacie będziecie długo próbować rozgrzać miejsce styku i w końcu przegrzejecie akumulator.
Dlatego używa się starej lutownicy z dużym miedzianym grotem, najlepiej dobrze rozgrzanym. Wtedy nagrzewa się tylko miejsce lutowania, a potem ciepło się rozchodzi i temperatura całości nie jest zbyt wysoka.
Problemy dotyczą ujemnego bieguna akumulatora. Z lutowaniem dodatniego zwykle nie ma trudności, bo jest lżejszy, ale jego też nie polecam mocno przegrzewać.

W każdym razie, jeśli nie macie doświadczenia w lutowaniu, zdecydowanie odradzam tę metodę.

3. Najlepsza metoda to zgrzewanie punktowe — szybkie i bez przegrzewania. Zgrzewarka musi być jednak prawidłowo ustawiona, żeby nie przebić dna akumulatora, dlatego lepiej zwrócić się do fachowców. Na targu zgrzeją wam pakiet za niewielkie pieniądze.
Alternatywnie niektóre sklepy internetowe oferują usługę (a właściwie różne warianty ofert, z blaszkami lub bez) zgrzewania blaszek stykowych. Nie jest to zbyt drogie, a znacznie bezpieczniejsze niż lutowanie.

Ten pakiet „zgrzewał” ten sam znajomy, który pożyczył mi wkrętarkę do recenzji.
Na zdjęciu widać, że między blaszką a obudową akumulatora umieszczono izolator z tkaniny. To ważne, bo bez niego można przegrzać blaszkę, a ta stopi izolację akumulatora. Chyba wiadomo, czym to grozi.


Uważni czytelnicy na pewno zauważyli niepozorne plastikowe przekładki między ogniwami.
To rozwiązanie należy do kategorii „jak zrobić to porządnie”.
Narzędzie podczas pracy jest narażone na drgania i może dojść do uszkodzenia izolacji między ogniwami (sam się z tym nie spotkałem, ale teoretycznie jest to możliwe). Zastosowanie przekładek eliminuje taką sytuację. Można ich nie montować, ale tak jest po prostu porządniej. Nie podpowiem tylko, gdzie je kupić, ale można poszukać na targach, w kioskach z akumulatorami.


Następnie trzeba wyprowadzić przewody do podłączenia płytki zabezpieczającej i listwy zaciskowej.
Do przewodów zasilających używam przewodu o przekroju co najmniej 1.5mm.kv, a do mniej obciążonych obwodów — 0.5mm.kv.
Oczywiście zapytacie, po co przewód 0.5mm.kv, skoro nie płynie tam prąd i można użyć znacznie cieńszego. Przewód o większym przekroju ma grubszą izolację i jest bardziej wytrzymały mechanicznie, czyli trudniej go uszkodzić. Możecie oczywiście użyć dowolnego przewodu, ja tylko pokazałem wariant, który uważam za lepszy.
Najlepiej najpierw pocynować przewody z obu stron, a wolne końce zaizolować, ale da się to zrobić przy drugim przerabianiu tego samego akumulatora, kiedy długość przewodów jest już znana. Przy pierwszej przeróbce zwykle zostawiam zapas.


Jeśli się przyjrzeć, na górnym zdjęciu widać otwory w skrajnych zaciskach akumulatora. To również ma poprawić niezawodność połączenia. Niepocynowany przewód wkłada się w otwór i lutuje — w ten sposób ryzyko uzyskania słabego styku jest mniejsze.
Krótko mówiąc, lutujemy przewody, a przy okazji warto dodatkowo zaizolować zaciski koszulką termokurczliwą.


W efekcie otrzymujemy taki zespół. Od dodatniego styku odchodzą dwa przewody — wynika to ze sposobu podłączenia płytki zabezpieczającej.


Ostatni etap przygotowania zespołu jest raczej wskazany, niż obowiązkowy. Ponieważ zespół jest „żywy”, trzeba unieruchomić jego elementy względem siebie. Używam do tego rurki termokurczliwej, choć w tym przypadku trafniej byłoby powiedzieć: rury. Jest dość cienka, ale bardzo wytrzymała; jej zadaniem jest właśnie ściśnięcie całej konstrukcji.


Zakładamy koszulkę termokurczliwą i obkurczamy ją za pomocą opalarki. Zwykła zapalniczka raczej się nie sprawdzi, bo warto zrobić to równomiernie.
W efekcie otrzymujemy zespół akumulatorów, który wygląda całkiem fabrycznie.


Przymierzamy złożony zespół w obudowie. Właściwie zwykle robi się to wcześniej — jakoś mi to umknęło, ale myślę, że to całkiem logiczne :)


Montaż.

Kolejny etap to umieszczenie pakietu w komorze akumulatora. Ta z pozoru banalna czynność kryje kilka pułapek.
Na początek usuwamy z komory kurz i brud. Popełniłem błąd i przetarłem tylko dolną część, resztę musiałem później doczyścić szczoteczką i wacikiem. Lepiej więc umyć wszystko wodą z mydłem i wysuszyć.

Następnie przyklejamy pakiet. W oryginalnym rozwiązaniu akumulatory były po prostu ściśnięte między połówkami obudowy, ale w naszym przypadku rzadko jest to możliwe, dlatego pakiety najczęściej się przykleja.
Podobnie jak wcześniej, mamy kilka możliwości. Przyjrzyjmy się im.
1. Taśma dwustronna
2. Klej na gorąco
3. Uszczelniacz silikonowy
4. Przybić na wylot 150 gwoździami, a z drugiej strony zagiąć. :)

Ponieważ ostatnia opcja jest raczej dla miłośników mocnych wrażeń, opiszę te bardziej „przyziemne”.
1. Bardzo proste i wygodne rozwiązanie, ale powierzchnia styku jest mała, więc trzyma niezbyt dobrze. Poza tym trzeba użyć dobrej taśmy.

2. Dobre rozwiązanie, sam czasem z niego korzystam (swoją drogą, używam czarnego kleju na gorąco). W tym przypadku jednak bym go nie polecał. Klej na gorąco ma tendencję do „płynięcia” pod wpływem ciepła. Wystarczy zostawić wiertarko-wkrętarkę latem na dworze, a akumulator będzie się potem obijał wewnątrz obudowy. Nie twierdzę, że na pewno tak się stanie, ale klej ma taką właściwość, to fakt. Poza tym klej na gorąco niezbyt dobrze trzyma się dużych elementów i pod obciążeniem może po prostu odpaść.

Moim zdaniem najwygodniejsza jest opcja trzecia. Uszczelniacz nie boi się wysokiej temperatury, z czasem nie spływa i dobrze przylega do większości materiałów. Jest też dość elastyczny i praktycznie nie traci elastyczności z upływem czasu.

Użyłem sanitarnego uszczelniacza Ceresit. Na zdjęciu może wyglądać, jakby było go bardzo mało, ale tak nie jest — nałożyłem go całkiem sporo. Warto pamiętać, że większość uszczelniaczy nie klei się do poprzedniej warstwy uszczelniacza.
Można też użyć podobnego kleju montażowego w takich samych tubach, na przykład „Moment”, ale silikon wydaje mi się lepszym wyborem.

Nakładamy więc uszczelniacz, wkładamy pakiet, dociskamy i zostawiamy do wyschnięcia.


Płytka zabezpieczająca.

Dotarliśmy do głównego tematu tego testu — płytki zabezpieczającej. Zamówiłem je jeszcze wiosną, ale przesyłka zaginęła. Później wysłano je ponownie i w końcu dotarły.
Nie pamiętam już, dlaczego zamówiłem akurat te płytki, ale spokojnie leżały i czekały na swoją kolej. I doczekały się :)


Ta płytka jest przeznaczona do podłączenia trzech akumulatorów, a deklarowany prąd roboczy wynosi 20 A.
Dopiero teraz zwróciłem uwagę, że próg zadziałania zabezpieczenia nadnapięciowego jest dość wysoki i wynosi 4,325 V. Być może się mylę, ale uważam, że lepiej, gdy wynosi 4,25–4,27 V.
Podano też, że 20 A to maksymalny prąd ciągły, a zabezpieczenie nadprądowe zadziała przy 52 A.

Tabela jest bardzo podobna do tabel dla innych płytek, dlatego omówię tylko najważniejsze pozycje.
1. Prąd balansowania — ta płytka nie obsługuje balansowania, więc w tabeli jest kreska
2. Maksymalny prąd ciągły — w większości zastosowań potrzeba 20–25 A. Do mniej wydajnego narzędzia wystarczy 15–20 A, mocniejsze będzie wymagało 25–35 A lub więcej.
3. Maksymalne napięcie ogniwa, przy którym płytka odłącza akumulator. Zależy od zastosowanych akumulatorów.
4. Minimalne napięcie ogniwa, przy którym płytka odłączy obciążenie. 2,5 V to dość mało; najlepiej wybrać wartość zgodną z danymi w nocie katalogowej akumulatora.
5. Prąd, przy którym zadziała zabezpieczenie nadprądowe. Nie ma sensu dążyć do rekordowych wartości. Ten prąd jest wprawdzie bezpośrednio związany z maksymalnym prądem roboczym, dlatego zwykle nie ma tu problemu. Nawet jeśli zabezpieczenie zadziała, najczęściej wystarczy puścić przycisk wiertarko-wkrętarki i nacisnąć go ponownie.
6. Ta pozycja dotyczy automatycznego resetowania zadziałanego zabezpieczenia.
7. Rezystancja tranzystorów kluczujących — im mniejsza, tym lepiej.


Nie mam zastrzeżeń do wyglądu płytki, jakość montażu jest całkiem dobra.


Od spodu nic nie ma, i dobrze — nie będzie problemów z przyklejeniem płytki :)


O płytkach zabezpieczających opowiem nieco więcej.
Na początek odpowiedź na pytanie: czy można obyć się bez płytki zabezpieczającej? Nie.
Płytka zabezpieczająca zapewnia przynajmniej odłączenie przy przeciążeniu, które szkodzi zarówno akumulatorom, jak i narzędziu.
Ponadto płytka chroni przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem. Można powiedzieć, że nadmierne rozładowanie da się rozpoznać po spadku mocy, ale nie dotyczy to wszystkich narzędzi. Poza tym może się zdarzyć, że jedno ogniwo jest mocno „zmęczone” i jego napięcie gwałtownie spada. W takiej sytuacji łatwo doprowadzić do odwrócenia polaryzacji, czyli akumulator nie tylko rozładuje się do „zera”, ale popłynie przez niego prąd o odwrotnej polaryzacji. Zjawisko to występuje tylko przy szeregowym połączeniu ogniw i z jakiegoś powodu często się o nim zapomina.
Akumulatory litowe są dość niebezpieczne, dlatego płytka zabezpieczająca jest w ich przypadku obowiązkowa!

Płytki dzielą się głównie na dwa typy (choć w rzeczywistości jest ich więcej): z funkcją balansowania i bez niej.

Wyjaśnię, czym jest balansowanie i po co w ogóle jest potrzebne.
Najpierw wariant z „pasywnym” balansowaniem.
To rozwiązanie stosuje się w zdecydowanej większości płytek, bo jest najprostsze w realizacji.
Gdy akumulator osiąga napięcie progowe, zaczyna być obciążany rezystorem, który przejmuje część prądu ładowania. W tym czasie, gdy ten akumulator „walczy”, pozostałe zdążają naładować się do maksimum.
Poniżej kilka ilustracji z tego artykułu.

1. Jeden z akumulatorów jest naładowany bardziej niż pozostałe albo ma nieco mniejszą pojemność.
2. Przy zwykłym ładowaniu napięcie na nim będzie wyższe niż na pozostałych.
3. Układ balansujący przejmuje część prądu ładowania, nie pozwalając, by napięcie przekroczyło maksimum.
4. W rezultacie wszystkie akumulatory są naładowane równomiernie.


Drugi wariant układu balansującego jest „aktywny”. Ma zupełnie inną konstrukcję i nie nadaje się do pracy przy dużych prądach ładowania. Jego zadaniem jest utrzymywanie jednakowego napięcia na ogniwach. Działa na zasadzie „przepompowywania” energii z akumulatora o wyższym napięciu do akumulatora o niższym napięciu. W jednym ze swoich testów zbudowałem taki układ balansujący; zainteresowani mogą przeczytać o nim nieco więcej.
A w tym teście zbudowałem układ do prawidłowego ładowania z aktywnym balanserem. Stamtąd pochodzi tabelka, na której można zobaczyć przebieg balansowania bez podłączania akumulatora i płytki do ładowarki… Tak, działa powoli, ale balansowanie odbywa się cały czas, a nie tylko podczas ładowania.


Trochę odbiegliśmy od tematu.
Płytka zabezpieczająca z funkcją balansowania zwykle zawiera kilka dużych rezystorów SMD, których liczba jest wielokrotnością liczby kanałów. Przy 3 kanałach są to 3 albo 6 rezystorów. Najczęściej mają oznaczenia typu 470, 510, 101 itp.
Po lewej płytka 4-kanałowa, po prawej — 3-kanałowa.


Tutaj nie ma układu balansującego, za to są boczniki pomiarowe w postaci rezystorów SMD o niskiej rezystancji. Zwykle mają oznaczenia R010, R005. Dlatego płytkę z balanserem i bez niego można odróżnić po wyglądzie.
Nawiasem mówiąc, płytki mogą nie mieć bocznika pomiarowego. Nie zawsze oznacza to, że płytka nie potrafi mierzyć prądu. Czasami kontroler potrafi po prostu wykorzystać tranzystory polowe jako „bocznik”.


Spotyka się też osobne płytki balanserów, a także zestawy: balanser + płytka zabezpieczająca.
Takie rozwiązanie jak najbardziej ma sens, jeśli odpowiada nam cena, ale przewodów będzie więcej.


Przy okazji często spotykam się z błędnym przekonaniem, że tych płytek można używać jako ładowarki. Wprowadza w błąd słowo Charge w opisie aukcji.
Te płytki nie sterują ładowaniem, tylko zabezpieczają akumulatory. Jednak niekompetencja sprzedawców i kiepskie tłumaczenia robią swoje, więc ludzie nadal się mylą.
Istnieją też płytki „wszystko w jednym”, ale nie są przystosowane do dużych prądów i nie nadają się do elektronarzędzi.


Na tej płytce zamontowano osiem tranzystorów mocy, a dokładniej — cztery pary.
Zastosowano tranzystory AOD514 i AOD4132, które mają odpowiednio rezystancję i maksymalny prąd: 5,9 mΩ i 46 A oraz 4 mΩ i 85 A.
Po lewej widać bocznik pomiarowy. To rozwiązanie jest lepsze niż rezystory SMD, które czasem mają tendencję do „przypalania się” przy dużych prądach impulsowych.


Tranzystory na płytkach montuje się parami nie bez powodu. Mocne tranzystory polowe mają wbudowaną „pasożytniczą” diodę, więc żeby odcinać prąd w obu kierunkach, trzeba zastosować dwa tranzystory.
W tym przypadku dwa tranzystory dają łączną rezystancję 10 mΩ (5,9+4) i maksymalny prąd 46 A (wartość wyznacza słabszy tranzystor). Ponieważ jednak zastosowano cztery pary tranzystorów, otrzymujemy 2,5 mΩ i 180 A, co jest bardzo dobrym wynikiem jak na taką płytkę.


Płytka nie ma centralnego kontrolera i została zbudowana według dość prymitywnego schematu: monitory napięcia poszczególnych ogniw, a dalej układ sterujący tranzystorami polowymi. Proste, ale działa. Chociaż pewnie teraz wybrałbym coś bardziej „zaawansowanego”.
Poza tym płytka nie ma układu balansującego. Zapytacie: jak to, przecież wyżej opisywałem zalety balansera.
Balanser to dobra rzecz i polecam kupować płytki właśnie z nim. Uważam jednak, że dobrze dobrane akumulatory nie potrzebują go szczególnie. Nie uchroni on przed dużym rozładowaniem, a może przysporzyć problemów. Zdarzało się, że uszkodzony balanser rozładowywał akumulator.
Poza tym większość producentów elektronarzędzi nie montuje balanserów w swoich akumulatorach. Działa tam jednak zasada „planowanego postarzania”, dlatego mimo wszystko jestem raczej za balanserem niż przeciwko niemu.


Na płytce są też styki do podłączenia czujnika temperatury (wyżej, na zdjęciu z innego sklepu, widać przykład takiej płytki z czujnikiem). Czujnik temperatury to dobra rzecz, a w planach mam sprawdzić, jak podłączyć oryginalny czujnik z akumulatora wkrętarki.
Prawdopodobnie trzeba wylutować rezystor RT, zastąpić rezystor RY takim o wartości odpowiadającej wartości nowego czujnika, a sam czujnik przylutować do styków RK.


Z płytkami chyba już mniej więcej się uporaliśmy, przechodzimy do dalszej części przeróbki.

Ponieważ płytka może się nagrzewać podczas pracy (choć niezbyt mocno), postanowiłem zrobić przekładkę, która ochroni akumulatory przed nadmiarem ciepła. Zabezpieczy je też w razie rozerwania tranzystorów polowych i przepalenia płytki na wylot (zdarza się to, ale bardzo rzadko, więc to raczej teoria).
Wziąłem kawałek laminatu szklano-epoksydowego i usunąłem z niego folię miedzianą.


Następnie, używając tego samego silikonowego uszczelniacza, przykleiłem uszczelkę do pakietu akumulatorów, a potem przykleiłem samą płytkę.
Konstrukcja jest oczywiście okropna, ale w tym przypadku to najprostsze i całkiem niezawodne rozwiązanie.
Płytki nie przykleiłem „na chybił trafił” — wcześniej sprawdziłem, jak będzie najwygodniej podłączyć ją później.


Schemat podłączenia był na stronie sklepu, ale w rzeczywistości prawie nie różni się od schematów innych płytek. Akumulatory łączymy szeregowo: minus do płytki, pierwszy punkt pośredni, licząc od minusa — B1+, drugi — B2+, trzeci — B3+. Ponieważ jednak są tylko trzy akumulatory, B3+ jest plusem całego pakietu.
Drugi przewód od dodatniego wyprowadzenia prowadzi do obciążenia.
Przewód ujemny obciążenia (podobnie jak ładowarki) podłącza się do osobnego styku płytki.


Teraz podłączamy przewody.
Kolejność podłączania przewodów może mieć kluczowe znaczenie. Zwykle najpierw podłączam minus pakietu, potem plus, a dopiero później punkty pośrednie, zaczynając od ujemnego wyprowadzenia (B1, B2 itd.).
Spotkałem się z informacją, że niewłaściwa kolejność podłączania może spalić kontroler. Chciałem dodać to do recenzji, ale nie znalazłem żadnych źródeł.
Poza tym trzeba bardzo ostrożnie lutować, żeby nie zewrzeć styków — w przeciwnym razie będzie niewesoło. To chyba jeden z najtrudniejszych etapów przeróbki dla początkującego… Najpierw pobielam pola lutownicze na płytce, a potem lutuję — tak jest łatwiej.

Najlepiej później unieruchomić przewody uszczelniaczem, żeby się nie ruszały.


Na samym początku pokazałem blok akumulatorów, który wyjąłem z komory akumulatora.
U góry widać listwę zaciskową — nie wolno jej wyrzucać, bo jest bardzo ważna przy przeróbce. Listwy zaciskowe bywają różne, ale wszystkie służą do tego samego: szybkiego połączenia z narzędziem lub ładowarką.
Kiedy zaczynałem przeróbkę, uznałem, że rezystor ustala tu napięcie ładowania (ładowarka jest przeznaczona do napięć 7,2–14,4 V), ale sprawdzenie wykazało, że ładowarka nie ma nawet odpowiedniego styku dla tego rezystora — podobnie jak wkrętarka :(
Do jeszcze jednego styku podłączony jest termistor do kontroli temperatury akumulatora. Niewiele to jednak pomogło: jeden z bloków akumulatorów ma wyraźne ślady przegrzania i zdeformowany plastik.


Przed podłączeniem trzeba jednak pomyśleć o zamocowaniu listwy zaciskowej. Początkowo trzymały ją akumulatory, ale skoro już ich nie ma, trzeba improwizować.
Aby ją zamocować, zmierzyłem wewnętrzną szerokość wystającej części, a następnie wyciąłem kawałek plastiku o odpowiedniej szerokości. Mimo to trochę się pomyliłem i wyciąłem go nieco za mały, więc musiałem owinąć go taśmą izolacyjną :)


Zwykle odlutowuje się oba przewody, ale w moim przypadku przewód ujemny był wystarczająco długi, więc go zostawiłem i wymieniłem tylko dodatni.
Przy okazji: ponieważ listwa zaciskowa jest wykonana z plastiku, a same zaciski są dość masywne, można zastosować tę samą metodę co przy lutowaniu akumulatorów albo po prostu odciąć stary przewód 7–10 mm od końca zacisku i przylutować do niego nowy. Drugi wariant jest równie dobry, a znacznie prostszy.


1. Przylutowujemy przewód dodatni pakietu do listwy zaciskowej. Koszulka termokurczliwa to już raczej perfekcjonizm — niewiele może się tam zewrzeć, ale chciałem, żeby wyglądało schludnie.
2. Wkładamy listwę zaciskową na swoje miejsce i wciskamy (albo bardzo mocno wbijamy) plastikowy zatrzask, który wcześniej wyciąłem.


Przylutowujemy przewód ujemny od listwy zaciskowej do płytki i pokrywamy ją lakierem ochronnym. To ostatnie nie jest już jednak perfekcjonizmem, tylko całkiem przydatnym zabiegiem, bo płytka jest pod napięciem i może pracować w warunkach dużej wilgotności. Jeśli nie pokryjemy jej lakierem, odsłonięte fragmenty ścieżek i wyprowadzenia elementów mogą skorodować.
Używam lakieru Plastik 70.


To już wszystko przy akumulatorze. Wkładamy z powrotem sprężyny i zatrzaski, a potem składamy całość.
Najpierw warto odwrócić całą konstrukcję i wysypać to, co mogło przypadkiem wpaść do środka. U mnie był to kawałek izolacji przewodu.
Przy okazji można przetrzeć i nasmarować mechanizm mocowania akumulatora we wkrętarce.


Plan minimum wykonany, akumulator działa, ale ponieważ oryginalna ładowarka nie została jeszcze przerobiona, na razie podłączyłem go do zasilacza.


Przeróbka ładowarki i nie tylko raczej nie zmieści się już w tym artykule, a poza tym chcę zrobić to porządnie i estetycznie. Planuję więc kolejny artykuł na ten temat, w którym opowiem o możliwych modyfikacjach, przeróbce ładowarki i prawidłowych sposobach ładowania.

Do ładowania można oczywiście użyć popularnej ładowarki typu Imax. Uważam jednak, że to niewygodne rozwiązanie.
Czasami wyprowadza się też złącze do balansowania akumulatorów wkrętarki. To oczywiście przydatna rzecz, ale moim zdaniem trochę zbędna, a poza tym nie zawsze bezpieczna. Uważam, że wystarczy raz dobrać akumulatory, a potem ładować je bez balansowania. Można też kupić płytkę zabezpieczającą z balanserem. Wystające złącza zwiększają jednak ryzyko zwarcia lub uszkodzenia, a takie rozwiązanie sprawdza się raczej w domu.


Do bardziej praktycznego zastosowania lepiej przerobić oryginalną ładowarkę albo całkowicie wymienić jej wnętrze.
Pierwszy wariant jest technicznie trudny, bo algorytm ładowania akumulatora litowego znacznie różni się od algorytmu dla akumulatora kadmowego. Poza tym niektóre oryginalne ładowarki trudno w ogóle tak nazwać — w środku jest tylko transformator, mostek prostowniczy i garść elementów, bez żadnej kontroli.
Na przykład Bosch ma też bardziej „zaawansowany” wariant z kontrolerem.


W drugim wariancie można wykorzystać oryginalny transformator ładowarki, jej mostek prostowniczy oraz kawałek płytki drukowanej jako listwę zaciskową.

Do przeróbki trzeba dokupić płytkę taką jak na zdjęciu.
Może być też dowolna inna, która stabilizuje napięcie i prąd. Zwykle takie płytki mają co najmniej dwa potencjometry montażowe. W tym przypadku są nawet trzy — trzeci reguluje próg załączania sygnalizacji zakończenia ładowania.

Patrząc na zdjęcie: pierwszy potencjometr reguluje napięcie, drugi sygnalizację, a trzeci prąd ładowania.


W tym wariancie płytkę podłącza się zamiast oryginalnej. Trzeba tylko dodać kondensator elektrolityczny o pojemności 1000–2200 µF.

Takie rozwiązanie ma jednak również swoje wady. Płytka ładowarki sygnalizuje jedynie zakończenie ładowania, ale nie odłącza akumulatora. Nie jest to może coś strasznego, ale trudno też uznać to za dobre rozwiązanie.
Problem można rozwiązać w najprostszy sposób: odłączać wyjście po zakończeniu ładowania.
W tym celu trzeba dodać cztery elementy: przekaźnik na 24 V, transoptor PC817, diodę i przycisk.
Diodę LED transoptora podłącza się zamiast diody sygnalizującej ładowanie, a tranzystor transoptora steruje przekaźnikiem.
W tym układzie przekaźnik nie może jednak załączyć się sam, dlatego równolegle do jego styków trzeba podłączyć przycisk (jak mówiłem, rozwiązanie jest bardzo proste). Czyli wkładamy akumulator, naciskamy przycisk i rozpoczyna się ładowanie. Po jego zakończeniu przekaźnik się wyłącza, a akumulator zostaje odłączony od zasilania.
Przycisk można podłączyć równolegle do tranzystora transoptora — wtedy wystarczy zwykły przycisk chwilowy. Oczywiście w obu przypadkach potrzebny jest przycisk bez zatrzasku.


Transoptor i przekaźnik.


Można też użyć innych płytek — pewnie wielu z was widziało je w sieci.
Pierwsza jest prostsza: reguluje tylko prąd i napięcie, a sygnalizacja ładowania jest ustawiona na stałe. Dioda gaśnie, gdy prąd spadnie poniżej 1/10 ustawionego prądu ładowania (standardowy algorytm ładowania ogniw litowych).
Druga działa w zasadzie tak samo jak pierwsza, ale jest bardziej „zaawansowana” — wyświetla napięcie akumulatora i prąd ładowania.
Recenzja link


Do ładowania można zresztą użyć nawet płytki bez stabilizacji prądu, ale trzeba ją nieco przerobić. Pokazywałem już jak to zrobić.

Wszystkie opisane warianty wykorzystują oryginalny transformator ładowarki. Jeśli go nie ma, wystarczy uzupełnić przetwornicę o zasilacz, na przykład taki.
Trzeba jednak pamiętać, że napięcie zasilacza musi być wyższe niż napięcie końcowe ładowania akumulatora. Różnica powinna wynosić około 3–5 V lub więcej.
Czyli w tym przypadku zasilacz 15 V się nie nadaje, ale takie zasilacze mają zwykle regulację napięcia wyjściowego w zakresie ±20%, więc można je nieco podnieść. Można też po prostu kupić zasilacz 24 V i niczego nie regulować.


Jeśli masz tylko zasilacz 12 V, a chcesz ładować akumulator taki jak w recenzji, możesz użyć uniwersalnej przetwornicy, na przykład takiej, choć jest droższa.


Możliwe modyfikacje.
Można dodać sygnalizację naładowania akumulatora, na przykład dźwiękową albo dźwiękową i świetlną.


Można też mierzyć napięcie za pomocą niewielkiego woltomierza, a nawet zamontować połączenie woltomierza z sygnalizacją dźwiękową.


Osobiście wolę jednak prostsze rozwiązania: pomiar napięcia i sygnalizację za pomocą kilku diod LED.


Ostatni wariant już zresztą wykonałem i opisałem schemat oraz wykonanie.


Prawie takie samo rozwiązanie zastosowałem w jednej z moich wkrętarek, a dokładniej w jej akumulatorach.


Krótki film pokazujący efekt przeróbki. Widać na nim, co dzieje się w trudnych warunkach — zadziała zabezpieczenie. Akumulator był już trochę rozładowany, dlatego w trybie grzechotki, na drugim biegu, zabezpieczenie nie zawsze zadziałało. Przy w pełni naładowanym akumulatorze dzieje się to częściej. Widać też jednak, że zabezpieczenie działa prawidłowo: obciążenie, odłączenie. Potem puszczam przycisk, naciskam go ponownie i wkrętarka działa.


To już właściwie wszystko. O przeróbce akumulatorów opowiedziałem chyba wszystko, co pamiętałem. O ładowarce napiszę bardziej szczegółowo innym razem, bo mam sporo pomysłów.

Tak, prawie zapomniałem o właściwym przedmiocie recenzji, czyli płytce zabezpieczającej.
Płytka działa, i to świetnie — przynajmniej nie zauważyłem z nią żadnych problemów.
Przy zablokowanym uchwycie, ustawieniu sprzęgła na maksimum (chyba poziom 5) i drugim biegu płytka zadziała z prawdopodobieństwem mniej więcej 50/50. Po włączeniu pierwszego biegu prąd nie wystarcza, by uruchomić zabezpieczenie. Ogólnie zachowuje się całkiem normalnie. Można zmniejszyć wartość rezystora pomiarowego, a zabezpieczenie będzie zadziałać później, ale nie widzę w tym sensu.

No dobrze, teraz o koszcie przeróbki. Trzy akumulatory kosztują około 15 dolarów, płytka zabezpieczająca 5–8, a różne drobiazgi kolejnego dolara. Wychodzi więc około 20–25 dolarów za jeden akumulator.
Drogo? Uważam, że bardzo drogo, dlatego nie ma sensu przerabiać taniego sprzętu. W każdym razie przeróbka nie jest tak trudna, jak się wydaje na pierwszy rzut oka — najważniejsze to zacząć.

W recenzji nie pisałem o akumulatorach LiFe. W zasadzie wszystko wygląda z nimi tak samo, z wyjątkiem tego, że potrzebują specjalnych płytek, ponieważ ich napięcie jest nieco niższe niż w przypadku popularnych Li-Ion. To świetne akumulatory, które zapewnią większą niezawodność, ale pojemność akumulatora będzie mniejsza.

Mam nadzieję, że recenzja była przydatna. Jak zawsze czekam na pytania w komentarzach.
Oczywiście możliwe są różne warianty i ja też mogę się gdzieś mylić, dlatego powyższy opis przedstawia jedynie moje spojrzenie na cały proces.