Ремонт аккумулятора и зарядного устройства шуруповерта, переделка Ni-Cd АКБ на литиевые 18650

Восстановление, переделка и ремонт аккумулятора шуруповерта

Не секрет, что стоимость нового аккумулятора для шуруповерта равняется 70% всей стоимости аппарата. В процессе эксплуатации любая аккумуляторная батарея (АКБ) начинает терять свою емкость и в итоге полностью или частично выходит из строя. Но не стоит выбрасывать отслужившую свой срок батарею, ведь ее можно реанимировать в домашних условиях.

Как диагностировать неисправность аккумулятора

К основным неисправностям аккумулятора шуруповерта можно отнести следующие:

• батарея не заряжается;
• АКБ быстро заряжается и так же быстро разряжается;
• АКБ не держит зарядку длительное время.

Неисправность АКБ шуруповерта может быть вызвана выходом из строя одного или нескольких накопительных элементов. Неисправность всех банок в аккумуляторном блоке встречается очень редко, поэтому восстановить аккумулятор вполне возможно. Поскольку все банки соединены последовательно, то потребуется разобрать блок и найти неисправные.

Полная проверка АКБ проводится в несколько этапов, при полностью заряженной батарее.

Проверка с помощью мультиметра

Поскольку все составляющие батарейного блока должны иметь одинаковый уровень напряжения, то найти неисправный элемент не составит большого труда. Для этих целей обычно используют мультиметр, переключив его в режим измерения напряжения. При замерах следует учитывать номинальное напряжение для разных типов батарей:

• Li-Ion (литий-ионная) батарея имеет номинальное напряжение 3,6-3,8 В;
• Ni-Cd (никель-кадмиевый) и Ni-MH (никель-металл-гидридный) аккумулятор имеет номинал напряжения, равный 1,2-1,4 В.

Поиск неисправного элемента питания происходит следующим образом.

1. Подключите АКБ к зарядному устройству и дождитесь ее полной зарядки.
2. Разберите корпус АКБ, извлеките из него все банки и замерьте напряжение на каждой из них.
3. Банки с номинальным напряжением ниже нормы необходимо промаркировать.
4. Соберите блок, установив в него все извлеченные элементы, и подсоедините его к шуруповерту.
5. На следующем этапе необходимо включить инструмент и выполнить им несколько операций, чтобы достичь заметного падения мощности.
6. После разрядки, снова следует разобрать аккумуляторный блок и сделать замер напряжения на всех батарейках цепи. Следует обратить особое внимание на промаркированные банки.
7. Если вы заметили на каком-либо элементе питания снижение напряжения на 0,5-0,7 В, то такую батарею можно считать непригодной, и ее придется заменить.

Проверка под нагрузкой

Чтобы узнать, через какое время аккумулятор полностью садится, необходимо проверить батарею под нагрузкой. Последняя подбирается в соответствии с мощностью батареи.

Как правило, нагрузку для проверки АКБ принято подбирать в пределах 35-40 Вт. Для этого можно использовать лампочку на 12 В с мощностью 40 Вт.

Подключите аккумулятор через амперметр к лампочке на 2-3 минуты. Все измерения нужно проводить вольтметром. Напряжение на выходах АКБ должно быть немного больше 12,4 В. Если за это время показания упали и находятся в диапазоне 12-12,4 В, то это говорит о том, что в цепи находятся поврежденные банки. Также о том, что в блоке находятся неисправные элементы, может сигнализировать падение яркости подключенной лампы.

Способы восстановления АКБ в домашних условиях

Следует заметить, что восстановление возможно только для Ni-Cd аккумуляторов, имеющих выраженный эффект памяти, из-за которого теряется емкость батареи. В результате элемент питания быстро садится, а после некоторого перерыва снова начинает работать. Данная проблема устраняется довольно просто.

1. Полностью зарядите АКБ обычным способом, в идеале, зарядку нужно проводить малым током.
2. Далее, следует полностью разрядить аккумулятор, подключив к нему нагрузку. В качестве последней можно использовать обычную лампочку на 12 В и мощностью до 40 Вт. Таким образом, произойдет мягкая разрядка, в результате чего будет разряжен не только наружный слой АКБ, но и ее внутренние пластины.
3. Можно провести от 3 до 5 циклов заряд-разряд. После этого эффект памяти у вашей АКБ будет стерт, и емкость батареи заметно увеличится.

В некоторых случаях, когда нет возможности приобрести новые банки для аккумуляторного блока, их можно оживить, долив в них дистиллированную воду, поскольку со временем электролит в банках выкипает, и они выходят из строя. Восстановить аккумулятор можно следующим образом.

1. Определите неисправные батареи методом, описанным выше.
2. Полностью разрядите батарею, подключив к контактам лампочку на 12 В (40 Вт).
3. Отсоедините непригодные элементы (промаркированные) от остальных.
4. Снимите небольшой фрагмент бумажной изоляции с верхней части банки, чтобы открыть небольшой участок с канавкой. Если вы снимите всю бумагу, то придется обмотать батарею скотчем.
5. С помощью тонкого сверла диаметром 1 мм проделайте отверстие в корпусе батареи, а именно, в канавке, как показано на фото ниже.
   
6. Далее, необходимо набрать в шприц дистиллированную воду и медленно залить ее в банку. Для того чтобы восстановить батарею, емкость должна быть полностью заполненной.
7. Немного подождите, чтобы вода хорошо впиталась, после чего заклейте дырки эпоксидной смолой или скотчем.
8. Теперь можно спаять восстановленные банки, разместив их на прежние места.
9. Соберите блок и сделайте 3-5 циклов, включающих полный заряд и полный разряд АКБ. Только после проведения данных процедур можно будет пользоваться инструментом.

Как провести замену неисправных элементов питания

Помимо восстановления непригодных элементов АКБ шуруповерта, наиболее эффективный ремонт аккумулятора шуруповерта – это замена элементов питания, входящих в его состав, на новые. Перед ремонтом необходимо приобрести подходящие аккумуляторы в интернете. Технические характеристики их должны быть идентичными тем, которые указаны на корпусе банок в аккумуляторном блоке шуруповерта.

Чтобы поменять аккумуляторы в блоке своими руками, потребуется паяльник и материалы для пайки: олово и спиртовой флюс (на канифоли).

Замена аккумуляторов требует выполнения некоторых правил.

1. Для соединения банок нужно использовать пластины, ранее отпаянные от элементов питания. Они имеют правильное сечение и нужный показатель сопротивления.
2. Чтобы не перегреть банки во время пайки, ее следует проводить быстро. Излишний нагрев аккумуляторов может привести их в негодность.
3. Батареи соединяются последовательно: минус каждой банки соединяется с плюсом следующей.
4. Собрав аккумуляторный блок, проведите не меньше 3-х циклов полного разряда и заряда АКБ.

Переделка шуруповерта на литий

Владельцы шуруповертов с никель-кадмиевыми батареями часто меняют их на литий-ионные, когда “родные” элементы питания полностью выходят из строя. Переделка шуруповерта на литиевые аккумуляторы 18650 не составляет большого труда. Необходимо лишь обзавестись необходимыми деталями: пальчиковыми аккумуляторами в необходимом количестве и платой управления зарядом BMS (Battery Management System — система управления батареей). Все детали можно приобрести на сайтах Китая.

BMS предназначена для контроля процесса заряда/разряда всех элементов по отдельности, уровня потребляемого тока и температуры. Также BMS способна производить балансировку батарей. Данный контроллер подбирается в зависимости от количества банок, которые необходимо заряжать.

Например, обозначение BMS 5S означает, что контроллер рассчитан на 5 элементов.

Аббревиатура “18650” обозначает размеры аккумулятора, то есть диаметр 18 мм, а длина – 65 мм. Таких размеров батарей достаточно, чтобы их разместить в корпусе блока питания шуруповерта.

Для примера, будет рассмотрен перевод шуруповерта с Ni-Cd АКБ на 4 литиевых аккумулятора. Соответственно, BMS будет рассчитан на 4 элемента. Ниже показана схема подключения BMS к аккумуляторам.

Далее, необходимо соединить аккумуляторы, спаивая их межу собой последовательно, как показано на схеме, после чего подсоединить их к плате контроллера.

Все составляющие помещаются в корпус аккумуляторного блока. На этом этапе переделка АКБ шуруповерта завершена.

Во время работы шуруповерта контроллер следит за уровнем напряжения на каждой банке. Если на одной из них напряжение снижается ниже 3 В, разрядка отключается. То же самое происходит и при заряде. Если напряжение повышается до 4,2 В, зарядка останавливается.

Таким образом, контроллер не дает батарее полностью разрядиться и чрезмерно зарядиться, что очень важно для литий-ионных аккумуляторов.

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.

Технический блог

Если у Вас есть (или завалялся у знакомых) старый шуруповёрт на Ni-Cd и все аккумуляторы сели, да ещё зарядное сломалось (сгорело), закажите на али плату MT3608 за 40р, поищите старое зарядное устройство от сотового телефона (у всех навалом) и старые аккумуляторы от ноутбука (из них нам нужны аккумуляторы Li-Ion 18650).

Сегодня мы будем переделывать старый шуруповёрт с никель-кадмиевых аккумуляторов на литий-ионные, и соответственно его зарядное устройство.

Всё легко переделывается. Начнём с аккумуляторов.

Если шуруповёрт был на 12В, нам будет нужно 4 аккумулятора 18650 (16.8В максимум), если на 14.4В — 5 шт (21В максимум), если на 18В — то 6 шт (25.2В максимум). Запас прочности электродвигателя и других механизмов в шуруповёрте большой, а нам повышение мощности не помешает.

Сначала тестируются аккумуляторы 18650 Li-Ion, если есть из чего выбирать, подбираются с одинаковой ёмкостью. Дорого и точно это можно сделать с помощью прибора BT-C3100 V2.2 или аналогичного. Примерная ёмкость аккумуляторов 18650 из ноутбуков 1800-2200 мАч, иногда нужно делить на 2 ёмкость, написанную на корпусе аккумулятора. А так достаточно зарядить Li-Ion 18650 аккумуляторы до 4.2V в любой подходящей к ним зарядке с ограничением по напряжению, дать одинаковую нагрузку и через одинаковое время замерить на них напряжение. Если упало до одинаковых величин, то нормально. Например, нагружаем полностью заряженный 18650 на лампу 12В от автомобиля, и через минуту меряем, сколько осталось от 4.2В. Если примерно одинаково, аккумуляторы подходят.

Из корпуса сменного аккумулятора выкидываем старые севшие/замкнувшие Ni-Cd аккумуляторы, и запаиваем вместо них Li-Ion на требуемое нам напряжение. У самих аккумуляторов Li-Ion лучше оставить плоские соединители от ноутбука, но, если всё же будете паять к Li-Ion провода, место пайки охлаждайте обдувом, паяйте быстро с флюсом или кислотой, чтобы уменьшить время нагрева поверхностей аккумулятора, во избежание выхода из строя. Провода для пайки берите от старого компьютерного БП, или толще.

Проверяем, как крутит шуруповёрт, обычно это повышение мощности на 20-40% и уменьшение веса сменного аккумулятора.

Теперь переходим к переделке зарядки, особенно, если она сгорела, или её нет. У разных фирм они разные, Bosch, Shturm, Hitachi, всё разное. Из корпуса зарядки можно достать всю начинку, кроме клеммной колодки. По большому счету, нам нужна только клеммная колодка для подключения сменного аккумулятора. Конечно же, в корпусе всё будет лучше. Мне было слишком много тока от тяжелого трансформатора, и он был тяжел, поэтому я нашел ему лучшее применение (в лабораторный БП).

Припаиваем выход зарядного для сотового к плате MT3608 на VIn контакты, плюс, минус. Включаем, подкручиваем резистор до нужного нам напряжения на выходе, это 16.8, 21 или 25.2В соответственно, какой у вас аккумулятор Li-Ion.

MT3608 — это Step Up (повышающий) конвертер напряжения с широтоимпульсной модуляцией, на обычных платах выходной конденсатор нужно перепаять на большой контакт выхода VOut+ и соответственно зачистить землю рядом с ним для припайки конденсатора. Это недоделка китайцев, плата хуже работает с завода..

Делаем ограничение тока заряда, для этого нам нужен резистор 5-15 Ом и самый простой и мелкий диод. Припаиваем провод плюса VOut+ напрямую к клеммной колодке на плюс аккумулятора. А VOut- через резистор в минусовом проводе. С измерительной точки резистора диод (анодом) мы припаяем (катодом с полоской) на сигнал FB микросхемы, это 3-й контакт MT3608, мелко, но он прозванивается на потенциометре с другой стороны платы, куда легче паять.

Подключаем аккумулятор на зарядку и проверяем ток заряда, это будет от 50 мА (15 Ом) до 200 мА (5 Ом). Соответственно ток с сотовой зарядки будет, к примеру 50мА*(21В/5В/КПД) =300мА, а для 200мА*(21В/5В/КПД)=1200мА (может быть слишком большим, не каждая сотовая зарядка это потянет). Проверяем зарядку, если она греется или напряжение с неё проседает с 5В до 2.5В, то следует уменьшить ток, во избежание перегрева.

Вы спросите, почему такой маленький ток зарядки, ведь будет долго заряжаться.. Первый момент, при больших токах заряда, близких к 1.0C (С-ёмкость Li-Ion аккмулятора), время заряда около часа, аккумулятор точно умирает через 1-2 года таких зверств. Второе, даже старые Li-Ion аккумуляторы имеют свойство восстанавливаться при низких токах зарядки (если конечно химия не потекла и не вздулись), и зарядка низким током точно продлит жизнь аккумулятора.

Плюсы: бОльшая ёмкость Li-Ion аккумуляторов, повышенная мощность шуруповёрта, лёгкий вес, бОльшее время службы. Минимум переделок, легкодоступные детали. Если трансформатор в зарядном рабочий, то это бонус (для лабораторного БП).

Минусы: долгое время полного заряда (10-20 часов). Крайне не желательно сажать Li-Ion аккумуляторы ниже 3V на ячейку, то бишь делать полный разряд (когда шуруповёрт крутит значительно слабее), Li-Ion аккумуляторы намного ранее теряют ёмкость на холоде, уже при 0 градусов шуруповёрт мало проработает (Можно одеть перчатку или платок или шарф только на аккумулятор шуруповёрта для непродолжительной работы на холоде, или отогревать только аккумулятор в помещении на отопительной батарее).

Крайне не советую покупать дешевые яркие китайские аккумуляторы в магазинах, их ёмкость значительно меньше заявленной! Уж лучше на али взять NCR18650B Li-Ion 3400 мАч Panasonic (4шт — 1100р), они реальные.

Как-то мне попалась очень слабая китайская зарядка от сотового. Написано 5В, 450мА. Даже при 21V 50 мА, MT3608 перегружало зарядку и напряжение на выходе падало до 2В, зарядка закипала. Что пришлось переделать:

Сначала я сделал ограничение напряжения начала преобразования Uвх для MT3608 (чтобы конвертер не переводил БП зарядного в состояние 2В 2А, когда всё начинало сильно грется и сгорать). На схеме из простых деталей резистор R2 можно заменить подстроечником на 1-10-100кОм (оптимально 10к и R1 10к тогда). Это дало возможность заводится StepUp конвертору только от повышенного входного напряжения, максимальный ток для китайской зарядки был при напряжении 4.3 В, если чуть повысить подстроечником, работа конвертера прекращалась и напряжение подскакивало до 5В.

Ещё захотелось поднять зарядный ток, 21V 80 мА было мало..

Чем выше напряжение на вторичной обмотке высокочастотного трансформатора преобразователя БП зарядки, тем больше мощности можно снять при одинаковом токе (а максимальный ток зависит от сечения провода), но можно дойти до перенасыщения или перегрева трансформатора, и схема БП может уходить в защиту или сгорать..

На выходе в БП зарядки есть оптрон обратной связи и стабилитрон на 3-4 Вольта или резисторы для стабилизации 5.2В. Мне повезло и попалось зарядное в том числе и с защитным стабилитроном на 7.5В, который я запаял вместо измерительного стабилитрона, и получил на выходе зарядного 9В. Выше 10В зарядное для сотового лучше не разгонять, обычно на 11-12 вольтах идёт срыв стабилизации..

В итоге подкрутил ограничение потребления входного напряжения на 8.2 вольта, получил на выходе конвертера 21V 140мА, в итоге 13 часов заряда для моих 1800мАч аккумуляторов 18650 нормально.

Тэги: из подручных деталей, можно везде найти, легкодоступные, легко переделать, простота, проще, когда ничего нет.

Оставляйте комментарии, делитесь опытом, советуйте, у кого что получилось, как лучше переделать.. Если снимите видео по переделке, выложите сюда ссылку..

Источники:
http://agansk.ru/tech/2018/02/01/peredelka_liion/
http://toolsupgrade.com/cord_drill_choice