Плата захисту акумуляторної батареї, або як переробити батарею шурупокрута

Оскільки я досить часто робив огляди акумуляторів, а також згадував про перероблення акумуляторного інструмента, у приватних повідомленнях мене часто запитують про ті чи інші нюанси перероблення.
Запитують різні люди, і питання часто приблизно однакові, тому я вирішив зробити невеликий огляд і водночас відповісти на деякі загальні запитання, пов’язані з вибором комплектуючих і переробленням акумуляторів.

Можливо, комусь огляд здасться неповним, адже перероблення зазнав лише сам акумулятор, але не хвилюйтеся: я планую зробити другу частину огляду, де спробую відповісти на запитання щодо перероблення зарядного пристрою. А заодно хотілося б дізнатися, що думає спільнота: що краще — універсальна плата, поєднана з блоком живлення, окрема плата, плати DC-DC чи інші варіанти.

Шуруповерти та й будь-який інший акумуляторний інструмент виробляють уже багато років. Тому в користувачів накопичилася чимала кількість як старих акумуляторів, так і інструментів, що часом лежать без діла.
Є кілька способів розв’язати цю проблему:
1. Просто відремонтувати акумулятор, тобто замінити старі елементи на нові.
2. Переробити живлення з акумуляторного на мережеве, аж до встановлення блока живлення в акумуляторний відсік.
3. Замінити нікель-кадмієві та нікель-металгідридні акумулятори на літієві.

Невеликий відступ: іноді переробляти чи ремонтувати просто немає сенсу. Наприклад, якщо у вас зовсім дешевий шуруповерт, куплений на мегарозпродажі за 5 баксів, вас може трохи здивувати, що перероблення коштуватиме як кілька таких шуруповертів (я перебільшую). Тому спершу варто зважити для себе плюси й мінуси перероблення та його доцільність; іноді простіше купити другий інструмент.

Перший варіант, напевно, багато хто вже випробував, як, утім, і я. Він дає результат, хоча у випадку фірмового інструмента часто гірший, ніж був спочатку. За ціною виходить трохи дешевше, а за трудомісткістю — значно простіше.

Другий варіант теж має право на життя, особливо якщо працюєте вдома й не хочете витрачатися на заміну акумуляторів.

Третій варіант найтрудомісткіший, але дає змогу істотно поліпшити експлуатаційні характеристики інструмента. Це і збільшення ємності акумулятора, і відсутність «ефекту пам’яті», а іноді й збільшення потужності.
Але, крім трудомісткості, є й побічний ефект: літієві акумулятори трохи гірше працюють на морозі. Хоча, зважаючи на те, що багато фірм без проблем випускають такий інструмент, я вважаю, що іноді цю проблему перебільшують, хоча вона й справді існує.

Акумулятори мають різну конструкцію, хоча загалом у них багато спільного. Тому я розповідатиму й водночас показуватиму все на прикладі одного з представників цієї категорії — шуруповерта Bosch PSR 12 VE-2. Цей шуруповерт належить моєму товаришеві, він же виступив «спонсором» огляду, надавши для перероблення сам шуруповерт, акумулятори, плату захисту й витратні матеріали.
Шуруповерт досить непоганий: є блокування шпинделя, дві швидкості, тож переробляти його має сенс.


Так склалося, що акумуляторних блоків було аж три, але перероблятимемо один, а ще один залишу для іншого огляду :)


До речі, акумулятори різні, але обидва на 12 В, ємність — 1.2А·год, відповідно, 14.4 Вт·год.


Акумуляторні блоки розбираються по-різному, але найчастіше корпус скріплений кількома саморізами. Хоча мені траплялися варіанти і на засувках, і склеєні.


У будь-якому разі всередині ви побачите приблизно таку картину. У цьому випадку — збірка з 10 нікель-кадмієвих акумуляторів. Зазвичай використовують акумулятори одного типорозміру, але їхнє розташування іноді відрізняється. На фото один із поширених варіантів: 9 штук унизу й один у вертикальній частині.


Насамперед потрібно вибрати акумулятори для заміни.

В електроінструменті використовують акумулятори, розраховані на великий струм розряду.
Не так давно я робив огляд різних акумуляторів, наприкінці якого навів таблицю, що може допомогти в цьому питанні. Але якщо не впевнені, просто знайдіть документацію на акумулятори, які плануєте придбати. На щастя, з фірмовими акумуляторами зазвичай проблем із цим немає.


Наприклад, я рекомендую такі типи:
Для потужного електроінструмента — Samsung INR18650-25R, US18650VTC4, Liitokala INR26650-50A
Для інструмента середньої потужності — LGDBHG21865, LGDBHE41865, Samsung INR18650-30Q

Слід пам’ятати, що часто заявлена ємність акумулятора обернено пропорційна максимальному струму, який він може віддавати. Тобто що на більший струм розрахований акумулятор, то меншою буде його ємність. Приклад, звісно, досить умовний, але дуже близький до реальності. Наприклад, дуже ємні акумулятори Panasonic NCR18650B для електроінструмента не підходять, адже їхній максимальний струм — лише 6.8 Ампера, тоді як шурупокрут споживає 15-40 Ампер.


А тепер — що не можна використовувати:
Акумулятори, показані на фото нижче, а також усілякі Ультрафайр, Мегафайр і будь-які 18650 із заявленою ємністю 100500мАч.
Крім того, я категорично не рекомендую використовувати старі акумулятори з батарей ноутбуків. По-перше, вони не розраховані на такий струм, по-друге, найімовірніше, матимуть великий розкид характеристик. Причому не лише за ємністю, а й за внутрішнім опором. Краще використайте їх десь в іншому місці, наприклад у ПоверБанку для заряджання смартфона.


Альтернативний варіант — модельні батареї, наприклад для катерів, квадрокоптерів, машин тощо.
Використовувати їх цілком можна, але я віддав би перевагу звичним 18650 або 26650 через наявність міцного корпусу, а також тому, що їх буде простіше замінити в майбутньому. 18650 і 26650 легко купити, а модельні батареї можуть зняти з продажу, замінивши їх батареями іншого формфактора.


Але, крім усього іншого, слід пам’ятати, що не можна використовувати акумулятори різної ємності. А взагалі бажано брати акумулятори з однієї партії, одразу придбавши потрібну кількість (в ідеалі — +1 про запас, якщо все-таки трапляться різні). Тобто якщо у вас на полиці рік лежать 2 акумулятори, а потім ви купуєте до них ще пару й з’єднуєте послідовно, то це зайвий шанс отримати проблеми. Балансування тут уже може не допомогти, не кажучи про акумулятори з самого початку різної ємності.

Для перероблення батареї цього шурупокрута було обрано акумулятори LGDBHG21865.
Шурупокрут не дуже потужний, тому, гадаю, проблем бути не повинно. Акумулятори розраховані на тривалий струм розряду 20 Ампер. Вибираючи акумулятори, слід знайти в документації відповідний рядок і подивитися, який струм там зазначено.


Літієві акумулятори мають помітно більшу ємність за менших габаритів, ніж кадмієві. На фото ліворуч збірка 10.8В 3А·год (32Вт·год), праворуч — рідна, 12В 1.2А·год (14.4Вт·год).

Вибираючи потрібну кількість акумуляторів для заміни, слід керуватися таким правилом: умовно один літієвий (LiIon, LiPol) замінює 3 звичайні. У батареї на 12 Вольт стоїть 10 штук, тому зазвичай їх замінюють на 3 літієві. Можна поставити 4 штуки, але інструмент працюватиме з перевантаженням, і можливі ситуації, коли він може постраждати.
Якщо у вас батарея на 18 Вольт, то в ній, найімовірніше, стоїть 15 звичайних акумуляторів, які замінюють на 5 літієвих, але такий інструмент трапляється рідше.
Або, простіше кажучи,
2-3 NiCd = 1 літієвий,
5-6-7 NiCd = 2 літієві,
8-9-10 NiCd = 3 літієві,
11-12-13 NiCd = 4 літієві
і т. д.


Перед складанням необхідно перевірити ємність акумуляторів, адже навіть в одній партії вона може відрізнятися, причому що «безрідніший» виробник, то більший буде розкид.
Наприклад, таблиця з одного мого огляду, де я тестував, а заразом відбирав комплекти акумуляторів для перероблення радіостанцій.


Після цього слід повністю зарядити всі акумулятори, щоб вирівняти їхній заряд.


З’єднання акумуляторів.
Для з’єднання акумуляторів використовують кілька способів:
1. Касети
2. Паяння
3. Точкове зварювання.

1. Касета — дуже просто й доступно, але категорично не рекомендується для великих струмів, оскільки має високий контактний опір.
2. Паяння. Цілком має право на життя, я й сам іноді так роблю, але цей спосіб має свої нюанси.
Як мінімум, треба вміти паяти. Причому паяти правильно, а головне — швидко.
Крім того, потрібен відповідний паяльник.
Паяння відбувається так: зачищаємо місце контакту, покриваємо його флюсом (я використовую F3), беремо залужений провід (краще не надто великого перерізу, 0.75мм.кв достатньо), набираємо на жало паяльника багато припою, торкаємося ним проводу й разом із ним притискаємо до контакту акумулятора. Або прикладаємо провід до місця паяння й торкаємося паяльником із великою краплею припою місця між проводом та акумулятором.
Але, як я писав вище, цей спосіб має нюанси: потрібен потужний паяльник із масивним жалом. Акумулятор має велику теплоємність, і легке жало просто охолоне від нього до такої температури, що припій «примерзне», іноді разом із жалом (залежить від паяльника). У результаті ви довго намагатиметеся прогріти місце контакту й зрештою перегрієте акумулятор.
Тому беруть старий паяльник із великим мідним жалом, бажано добре прогрітий: тоді прогріватиметься лише місце паяння, а потім тепло просто розподілиться, і загальна температура буде не дуже високою.
Проблеми стосуються мінусового виводу акумулятора; із паянням плюсового зазвичай складнощів немає — він легший, але його теж не раджу сильно перегрівати.

У будь-якому разі, якщо у вас немає досвіду паяння, категорично не рекомендую цей спосіб.

3. Найправильніший спосіб — точкове зварювання: миттєво й без перегрівання. Але зварювальний апарат має бути правильно налаштований, щоб не проплавити наскрізь дно акумулятора, тому краще звернутися до фахівців. За невеликі гроші на ринку вам зварять батарею.
Альтернативний варіант: у деяких інтернет-магазинах пропонують послугу (точніше, варіанти лотів — із контактними пелюстками або без) приварювання контактних пелюсток. Це не дуже дорого, але значно безпечніше за паяння.

Цю збірку «зварив» той самий товариш, який дав мені шурупокрут для огляду.
На фото видно, що між пелюсткою та корпусом акумулятора прокладено тканинний ізолятор. Це важливо, адже без нього можна перегріти пелюстку, і вона проплавить ізоляцію акумулятора. Наслідки, думаю, зрозумілі.


Уважні читачі напевно помітили незрозумілі пластикові прокладки між акумуляторами.
Це рішення належить до категорії «як робити правильно».
Інструмент під час роботи зазнає вібрації, тож можливе пошкодження ізоляції між елементами (я такого не зустрічав, але теоретично). Установлення прокладок виключає таку ситуацію. Можна їх не ставити, але так правильніше. От тільки де їх купити — не підкажу, але можна пошукати на ринках у кіосках із батарейками.


Потім потрібно вивести дроти для підключення до плати захисту та клемної колодки.
Для силових дротів я використовую дріт перерізом не менше 1.5мм.кв, а для менш навантажених кіл — 0.5мм.кв.
Звісно, ви запитаєте, навіщо дріт 0.5мм.кв, якщо струму там немає і можна використати значно тонший дріт. Дріт більшого перерізу має товстішу ізоляцію та забезпечує більшу механічну міцність, тобто його складніше пошкодити. Звісно, ви можете використовувати будь-який дріт, я лише показав варіант, який вважаю правильнішим.
В ідеалі дроти спочатку залудити з обох боків, а вільні кінці ізолювати, але таке можливо під час повторної переробки того самого акумулятора, коли довжина дротів уже відома. Для першої переробки я зазвичай беру дроти із запасом.


Якщо придивитися, на верхньому фото помітні отвори в крайніх клемах акумулятора — це також зроблено для підвищення надійності з'єднання. Незалуджений дріт вставляють в отвір і припаюють — у такому разі менший ризик отримати поганий контакт.
Загалом, припаюємо дроти, заодно бажано додатково ізолювати клеми за допомогою термоусадки.


У результаті вийде така збірка. Від плюсового контакту відходять два дроти — це зумовлено особливістю підключення плати захисту.


Останній крок підготовки збірки радше бажаний, ніж обов'язковий. Оскільки збірка «жива», потрібно зафіксувати елементи відносно один одного. Для цього я використовую термоусадкову трубку, хоча в цьому випадку правильніше сказати — трубу. Вона досить тонка, але дуже міцна; її призначення — саме стягнути всю конструкцію.


Надягаємо термоусадку й за допомогою фена усаджуємо її. Звичний спосіб із запальничкою, найімовірніше, не підійде, адже бажано робити це рівномірно.
У результаті маємо цілком заводську на вигляд збірку акумуляторів.


Приміряємо зібрану збірку в корпусі. Взагалі, звісно, зазвичай це роблять спочатку; я якось упустив цей момент, але думаю, що це цілком логічно :)


Монтаж.

Далі йде етап встановлення збірки у відсік для акумулятора. На перший погляд тривіальна операція приховує невеликі підводні камені.
Спочатку вимиваємо пил і бруд із відсіку. Я припустився помилки й протер лише нижню частину, решту потім вичищав щіткою та ватою. Тому простіше помити з милом і висушити.

Далі приклеюємо збірку. У початковому варіанті акумулятори просто затискалися половинками корпусу, але в нашому випадку таке рідко можливо, тому збірки найчастіше приклеюють.
Тут, як і раніше, є кілька варіантів, розгляньмо їх.
1. Двосторонній скотч
2. Термоклей
3. Силіконовий герметик
4. Прибити наскрізь 150 цвяхами, а з іншого боку загнути. :)

Оскільки останній варіант більше пасує любителям екстриму, докладніше розповім про більш «приземлені».
1. Дуже просто й зручно, але оскільки площа контакту невелика, тримає не дуже добре, до того ж треба використовувати якісний скотч.

2. Хороший варіант, сам іноді користуюся (до речі, застосовую чорний термоклей). Але в цьому випадку не радив би. Річ у тім, що термоклей має властивість «плисти» під час нагрівання. Достатньо забути шурупокрут улітку надворі — і зрештою батарея бовтатиметься всередині. Не скажу, що так обов’язково станеться, але клей справді має таку властивість. Крім того, термоклей не дуже добре прилипає до масивних елементів і під навантаженням може просто відпасти.

3. На мій погляд, найзручніший варіант. Герметик не боїться нагрівання, з часом не тече й добре прилипає до більшості матеріалів. Крім того, він досить еластичний і майже не втрачає еластичності з часом.

Я використовував санітарний герметик Церезит. На фото може здатися, що його нанесено зовсім тонким шаром, але це не так — герметика досить багато. До речі, слід враховувати, що більшість герметиків не приклеюються до попереднього шару герметика.
Крім того, можна використати схожий монтажний клей у таких самих тубах, наприклад «Момент», але силікон мені здається доречнішим.

Загалом наносимо герметик, вставляємо нашу збірку, притискаємо й залишаємо сохнути.


Плата захисту.

Ось ми й дійшли до власне предмета цього огляду — плати захисту. Їх замовили ще навесні, але посилка загубилася, потім їх надіслали повторно, і зрештою вони таки дійшли.
Чому замовили саме ці плати, я вже не згадаю, але вони спокійно лежали й чекали свого часу — і дочекалися :)


Ця плата розрахована на підключення трьох акумуляторів і має заявлений робочий струм 20 Ампер.
Лише зараз я звернув увагу, що плата має досить високий поріг спрацьовування захисту від перенапруги — 4.325 Вольта. Можливо, я помиляюся, але вважаю, що краще 4.25-4.27.
Також зазначено, що 20 Ампер — це максимальний тривалий струм, а струм спрацьовування захисту від перевантаження становить 52 Ампера.

Табличка дуже схожа на таблички інших плат, тому виділю окремі важливі пункти.
1. Струм балансування: оскільки ця плата цього не вміє, тут стоїть прочерк
2. Максимальний тривалий струм. Для більшості застосувань потрібно 20-25 Ампер. Для менш потужного інструмента достатньо й 15-20, потужніший потребуватиме 25-35 і більше.
3. Максимальна напруга на елементі, за якої плата від’єднує батарею. Залежить від типу застосованих акумуляторів.
4. Мінімальна напруга на елементі, за якої плата від’єднає навантаження. 2.5 Вольта — це досить мало, краще вибирати цей параметр таким, як зазначено в даташиті на акумулятор.
5. Струм, за якого спрацьовує захист від перевантаження. Не варто прагнути захмарних значень. Хоча цей струм безпосередньо пов’язаний із максимальним робочим, тому зазвичай тут проблем немає. Навіть якщо захист спрацював, найчастіше достатньо просто відпустити кнопку шурупокрута, а потім натиснути її знову.
6. Цей пункт відповідає за автоматичне скидання спрацьовування захисту.
7. Опір силових транзисторів: що менший, то краще.


Зовні до плати претензій немає, якість складання цілком акуратна.


Знизу нічого немає, і це на краще — не буде проблем із приклеюванням плати :)


Про плати захисту розповім трохи докладніше.
Спочатку відповім на запитання: а можна без плати захисту? Ні.
Плата захисту щонайменше забезпечує вимкнення в разі перевантаження, а це шкідливо і для акумуляторів, і для інструмента.
Крім того, плата захищає від перезаряджання та надмірного розряджання. По суті, можна сказати, що надмірне розряджання можна відчути за падінням потужності, але це стосується не всіх інструментів. До того ж можна потрапити в ситуацію, коли один елемент сильно «втомився» і напруга на ньому падає дуже різко. У такому разі легко отримати переполюсування, тобто акумулятор не просто піде в «нуль», а через нього протікатиме струм у зворотній полярності. Такий ефект виникає лише за послідовного з’єднання елементів, і про нього чомусь часто забувають.
Літієві акумулятори досить небезпечні, тому плата захисту для них обов’язкова!

Плати переважно поділяються на два типи (хоча насправді їх більше): з можливістю балансування та без неї.

Поясню, що таке балансування і навіщо воно взагалі потрібне.
Спочатку розглянемо варіант «пасивного» балансування.
Такий варіант застосовується на переважній більшості плат, оскільки його найпростіше реалізувати.
Коли акумулятор досягає порогової напруги, його починає навантажувати резистор, який бере на себе частину зарядного струму. Поки цей акумулятор «бореться», інші встигають зарядитися до свого максимуму.
Далі — кілька зображень із цієї статті.

1. Один з акумуляторів або заряджений більше за інші, або має трохи меншу ємність.
2. Під час звичайного заряджання напруга на ньому буде вищою, ніж на інших.
3. Балансир відбирає частину зарядного струму, не даючи напрузі піднятися вище максимального значення.
4. У результаті всі акумулятори заряджені рівномірно.


Другий варіант балансира — «активний». Він має зовсім іншу конструкцію і не підходить для роботи з великими зарядними струмами. Його завдання — постійно підтримувати однакову напругу на елементах. Працює він за принципом «перекачування» енергії від акумулятора з вищою напругою до акумулятора з нижчою. В одному зі своїх оглядів я робив такий балансир; кому цікаво, можуть прочитати трохи докладніше.
А в цьому огляді я робив варіант правильного заряджання з активним балансиром. Звідти й таблиця, за якою можна побачити процес балансування без підключення батареї та плати до зарядного пристрою… Так, він повільний, але працює постійно, а не лише під час заряджання.


Трохи відволіклися.
Плата захисту з балансуванням зазвичай містить кілька великих SMD-резисторів, кількість яких кратна кількості каналів. Для 3 каналів це 3 або 6 резисторів. На них найчастіше написано щось на кшталт 470, 510, 101 тощо.
Ліворуч — плата на 4 канали, праворуч — на 3 канали.


Тут балансира немає, зате є шунти для вимірювання струму у вигляді SMD-резисторів із низьким опором. На них зазвичай написано R010, R005. Тому плату з балансиром і без нього можна відрізнити за зовнішнім виглядом.
До речі, на платах може не бути шунта для вимірювання струму. Це не завжди означає, що плата не вміє вимірювати струм. Просто іноді контролер може використовувати як «шунт» польові транзистори.


Бувають і окремі плати балансирів, а також комплекти «балансир + плата захисту».
Такий варіант цілком має право на життя, якщо влаштовує за ціною, але дротів буде більше.


До речі, я часто зустрічаю хибне уявлення про те, що ці плати можна використовувати як зарядний пристрій. Людей зазвичай збиває з пантелику слово Charge в описі лота.
Ці плати не вміють керувати заряджанням, вони лише захищають акумулятори. Але безграмотність продавців або кривий переклад роблять свою справу, і люди продовжують помилятися.
Але існують і плати «все в одному», щоправда, вони не розраховані на великі струми й не підходять для електроінструменту.


На цій платі встановлено вісім силових транзисторів, а точніше — чотири пари.
Застосовано транзистори AOD514 і AOD4132; вони мають відповідно опір і максимальний струм 5.9мОм і 46 Ампер та 4мОм і 85 Ампер.
Ліворуч видно вимірювальний шунт. Цей варіант кращий за SMD-резистори, які іноді мають властивість «підгоряти» через великі імпульсні струми.


Транзистори на платах встановлюють парами не просто так. Річ у тім, що потужні польові транзистори мають у своєму складі «паразитний» діод, і щоб вимикати струм в обох напрямках, їх потрібно ставити по два.
У цьому випадку два транзистори дають загальний опір 10мОм (5.9+4) і максимальний струм 46 Ампер (рахують за найслабшим). Але оскільки встановлено чотири пари транзисторів, виходить 2.5мОм і 180 Ампер, що дуже добре для такої плати.


Плата не має центрального контролера й зібрана за доволі примітивною схемотехнікою: канальні монітори напруги, а далі схема, що зводить усе до керування польовими транзисторами. Це просто, але працює. Хоча, мабуть, зараз я вибрав би щось більш «просунуте».
Крім того, плата не має балансувальника. Ви запитаєте: як так, адже вище я розписував переваги балансувальника.
Балансувальник — це добре, і я рекомендую купувати плати саме з ним. Але також вважаю, що правильно підібрані акумулятори особливо й не потребують балансувальника: від сильного розбалансу він не врятує, а проблем може додати. Бували випадки, коли несправний балансувальник розряджав батарею.
Крім того, більшість виробників електроінструменту не встановлює балансувальники у свої акумуляторні блоки. Щоправда, там діє принцип «запланованого застарівання», тому я все-таки більше за балансувальник, ніж проти нього.


Крім того, на платі є контакти для підключення термодатчика (а вище на фотографії з іншого магазину є приклад такої плати з термодатчиком). Термодатчик — це добре, і в моїх планах розібратися, як підключити штатний термодатчик батареї шурупокрута.
Імовірно, потрібно випаяти резистор RT, замінити резистор RY на номінал, що відповідає номіналу нового датчика, а новий датчик припаяти до контактів RK.


З платами начебто трохи розібралися, переходимо до продовження переробки.

Оскільки плата під час роботи може нагріватися (хоч і не сильно), для захисту акумуляторів від зайвого тепла я вирішив зробити прокладку. Крім того, вона захистить акумулятори в разі пробою польових транзисторів і наскрізного прогоряння плати (таке буває, але вкрай рідко, тож це радше теоретичний випадок).
Я взяв обрізок склотекстоліту й зняв фольгу.


Потім за допомогою того самого силіконового герметика приклеїв прокладку до акумуляторної збірки, а тоді приклеїв саму плату.
Конструкція, звісно, страшненька, але в цьому випадку це найпростіше й доволі надійне рішення.
Плату приклеював не «навмання»: заздалегідь прикинув, як зручніше буде під'єднати її згодом.


Схема підключення була на сторінці магазину, але насправді вона майже не відрізняється від схем підключення інших плат. Акумулятори з'єднуються послідовно: мінус — до плати, перша середня точка, якщо рахувати від мінуса, — В1+, друга — В2+, третя — В3+. Але оскільки акумуляторів лише три, то В3+ — це плюс усієї збірки.
Другий провід від плюсового виводу йде до навантаження.
Мінусовий провід навантаження (як і зарядного пристрою) підключається до окремого контакту плати.


Далі підключаємо проводи.
Порядок підключення проводів може бути критичним. Зазвичай я спочатку підключаю мінус збірки, потім плюс, а вже після цього середні точки, починаючи з мінусового виводу (В1, В2 тощо).
Є інформація, що неправильна послідовність підключення може спалити контролер. Хотів додати це в огляд, але не знайшов посилань.
Крім того, паяти треба дуже обережно, щоб не замкнути контакти, інакше наслідки будуть сумні. Мабуть, це один із найскладніших етапів перероблення для новачка… Я спочатку луджу контактні майданчики плати, а потім паяю — так легше.

В ідеалі проводи потім також варто зафіксувати герметиком, щоб не бовталися.


На самому початку я показав блок акумуляторів, який вийняв із батарейного відсіку.
Зверху видно клемник, викидати його не можна, адже він дуже важливий для перероблення. Клемники бувають різні, але призначення в них одне — швидке з'єднання з інструментом або зарядним пристроєм.
Спочатку, коли я взявся за перероблення, вирішив, що резистор тут задає напругу заряджання (зарядний пристрій розрахований на 7.2-14.4 Вольта), але перевірка показала, що в зарядному пристрої навіть немає відповідного контакту для нього, як і в шуруповерті :(
До ще одного контакту під'єднаний терморезистор для контролю температури батареї. Щоправда, це не дуже допомогло: на одному з акумуляторних блоків є явні сліди перегрівання й деформований пластик.


Але перед підключенням слід подумати, як закріпити клемник. Спочатку його утримували акумулятори, але оскільки акумуляторів уже немає, доведеться імпровізувати.
Для фіксації я виміряв внутрішню ширину виступної частини, а потім вирізав шматочок пластику відповідної ширини. Щоправда, все одно трохи прорахувався й вирізав трохи менший, тож довелося намотати ізоляційну стрічку :)


Зазвичай відпаяють обидва проводи, але в моєму випадку мінусовий провід був достатньо довгим, тож я не став його прибирати, а замінив лише плюсовий.
До речі, оскільки клемна колодка виготовлена з пластику, а самі клеми досить масивні, то тут можна або застосувати той самий принцип, що й під час паяння акумуляторів, або просто відкусити старий провід за 7-10мм від кінця клеми й припаяти до нього новий. Другий варіант не гірший, зате помітно простіший.


1. Припаюємо плюсовий провід збірки до клемника. Термоусадка — це радше вже перфекціонізм: закоротити там особливо нічого, але хотілося зробити акуратно.
2. Вставляємо клемник на штатне місце, забиваємо (або дуже сильно втискаємо) пластмасовий фіксатор, який я вирізав вище.


Припаюємо мінусовий провід від клемника до плати й покриваємо плату захисним лаком. А ось останнє — це вже не перфекціонізм, а цілком корисна справа, адже плата перебуває під напругою і може експлуатуватися в умовах високої вологості. Якщо не покривати плату лаком, можливе кородування відкритих частин доріжок і виводів компонентів.
Я використовую лак Пластик 70.


На цьому з акумулятором усе: повертаємо пружини й фіксатори та збираємо все докупи.
Перед цим краще перевернути всю конструкцію й витрусити те, що могло випадково потрапити всередину. У мене це був обрізок ізоляції дроту.
Заодно можна протерти/змастити механізм фіксації акумулятора в шурупокруті.


Мінімальну програму виконано, акумулятор працює, але оскільки штатний зарядний пристрій ще не перероблено, поки що під’єднав його до блока живлення.


Оскільки переробка зарядного пристрою (і не тільки) навряд чи вміститься в цей огляд, та й хочеться зробити все красиво й правильно, планую ще один огляд на цю тему, де розповім про можливі доопрацювання, переробку зарядного пристрою та варіанти правильного заряджання.

Для заряджання, звісно, можна використовувати поширений зарядний пристрій на кшталт Imax. Але я вважаю такий варіант незручним.
Крім того, іноді виводять роз’єм для балансування акумуляторів шурупокрута. Річ, звісно, корисна, але, як на мене, трохи зайва, а до того ж не завжди безпечна. На мій погляд, достатньо лише один раз підібрати акумулятори, а далі просто заряджати без балансування. Або купити плату захисту з балансиром, а роз’єми, що стирчать, збільшують імовірність їх закоротити чи зламати; до того ж це радше варіант для домашнього використання.


Для практичнішого використання краще або переробити штатний зарядний пристрій, або повністю замінити його «начинку».
Перший варіант технічно складний, адже алгоритм заряджання літієвого акумулятора помітно відрізняється від кадмієвого. До того ж деякі штатні зарядні пристрої язик не повертається так назвати: усередині лише трансформатор, діодний міст і п’ять деталей, жодного контролю й близько немає.
Наприклад, у Bosch є ще й «просунутий» варіант із контролером.


Як другий варіант можна використати штатний трансформатор зарядного пристрою, його діодний міст і шматок друкованої плати як клемну колодку.

Для переробки треба докупити плату, як на фото.
Або будь-яку іншу, яка вміє стабілізувати напругу й струм. Зазвичай на таких платах є щонайменше два підлаштувальні резистори. Але в цьому випадку їх навіть три: третій регулює поріг увімкнення індикації завершення заряджання.

Якщо орієнтуватися на фото, то перший — напруга, другий — індикація, третій — струм заряджання.


У такому варіанті замість штатної встановлюється плата, додати доведеться лише електролітичний конденсатор ємністю 1000-2200мкФ.

Але таке рішення має і свої мінуси. Плата зарядного пристрою лише показує завершення процесу заряджання, але не від’єднує акумулятор. Не те щоб це було зовсім погано-погано, але нічого доброго в цьому теж немає.
Щоб розв’язати цю проблему, можна скористатися найпростішим рішенням — від’єднувати вихід після завершення заряджання.
Для цього доведеться додати чотири деталі: реле на 24 Вольти, оптрон PC817, діод і кнопку.
Світлодіод оптрона під’єднується замість світлодіода, що показує процес заряджання, а транзистор оптрона керує реле.
Але в цьому варіанті реле не може ввімкнутися само, тому паралельно контактам потрібна кнопка (як я вже казав, рішення дуже просте). Тобто вставили акумулятор, натиснули кнопку, почалося заряджання, після його завершення реле вимкнулося й акумулятор знеструмився.
Кнопку можна під’єднати паралельно контактам транзистора оптрона — тоді підійде й звичайна тактова кнопка. Звісно, в обох випадках потрібна кнопка без фіксації.


Оптрон і реле.


Також можна використовувати й інші плати — напевно, багато хто бачив їх на просторах Алі.
Перша простіша: регулюються лише струм і напруга, індикація заряджання налаштована фіксовано, світлодіод гасне, коли струм падає нижче 1/10 від установленого струму заряджання (стандартний алгоритм заряджання літієвих акумуляторів).
Друга, по суті, така сама, як перша, але в більш «просунутому» варіанті: показує напругу акумулятора та струм його заряджання.
Огляд посилання


До речі, для заряджання можна використовувати навіть плату без стабілізації струму, але її доведеться трохи доопрацювати. Я навіть показував як це зробити.

Усі наведені варіанти використовують штатний трансформатор зарядного пристрою, але якщо його немає, то перетворювач просто треба доповнити блоком живлення, наприклад таким.
Але варто враховувати: напруга блока живлення має бути вищою за напругу завершення заряджання акумулятора, різниця потрібна приблизно 3-5 Вольт або більше.
Тобто в цьому випадку блок живлення на 15 Вольт не підходить, але зазвичай у таких блоках живлення є регулювання вихідної напруги ±20%, тож її можна трохи підвищити. А можна просто купити блок живлення на 24 Вольта й нічого не регулювати.


Якщо ж у вас є лише блок живлення на 12 Вольт, а заряджати треба акумулятор, як в огляді, можна скористатися універсальним перетворювачем, наприклад таким, щоправда, він і коштує дорожче.


Про доопрацювання.
Можна додати індикацію заряджання акумулятора, наприклад звукову або звукову + світлову.


Або вимірювати напругу за допомогою невеликого вольтметра, а то й узагалі встановити гібрид: вольтметр + звук.


Але особисто мені більше подобаються прості варіанти — вимірювання напруги з індикацією кількома світлодіодами.


Причому останній варіант я вже робив і описував схему та виготовлення.


Майже такий самий варіант застосовано в одному з моїх шуруповертів, а точніше — в його батареях.


Коротке відео результату перероблення. На відео видно, що у важких випадках спрацьовує захист. Акумулятор був уже трохи розряджений, тому в режимі тріскачки на другій швидкості захист спрацьовував не завжди. З повністю зарядженим акумулятором це відбувається частіше. Але також видно, що захист спрацьовує коректно: навантаження, вимкнення. Після цього я відпускаю кнопку, натискаю знову — і шуруповерт працює.


На цьому, загалом, усе. Про перероблення батарей розповів, здається, все, що згадав, а про зарядний пристрій докладніше розповім якось іншим разом, адже є багато ідей.

Так, мало не забув — власне, про предмет огляду, плату захисту.
Плата працює, працює чудово, принаймні проблем із нею я не виявив.
Якщо затиснути патрон, встановити тріскачку на максимум (здається, рівень 5) і ввімкнути другу швидкість, плата переходить у режим захисту приблизно в 50% випадків. Якщо ввімкнути першу швидкість, струму для спрацьовування захисту не вистачає. Загалом цілком нормальна поведінка. Можна зменшити номінал шунта, і захист спрацьовуватиме пізніше, але я не бачу в цьому сенсу.

Так, тепер про вартість перероблення. Ціна трьох акумуляторів — близько 15 доларів, плюс 5–8 за плату захисту, плюс долар за всяку дрібноту. Разом виходить близько 20–25 доларів за одну батарею.
Дорого? Вважаю, що дуже дорого, тому переробляти дешевий інструмент просто немає сенсу. Але в будь-якому разі перероблення не таке складне, як здається на перший погляд, головне — почати.

В огляді я не писав про акумулятори LiFe. Загалом із ними все абсолютно так само, за винятком того, що для них потрібні спеціальні плати, оскільки напруга цих акумуляторів трохи нижча, ніж у звичних LiIon. Акумулятори чудові, надійність із ними буде вищою, але ємність батареї — нижчою.

Сподіваюся, огляд був корисним. Як завжди, чекаю на запитання в коментарях.
Звісно, можливі різні варіанти, і я теж можу десь помилятися, тому все написане вище — лише моє бачення процесу.