Оживляем шуруповерт. Все для переделки шуруповерта на 18650 литий-ионные аккумуляторы
Аккумулятор шуруповерта рано или поздно «устанет» и его необходимо будет менять. Купить новый аккумулятор оправданно в ситуации когда инструмент стоит копейки. Но если у вас что-то более-менее приличное, или аккумулятор старый на Ni-CD, то однозначно имеет смысл поменять севшие 18650 аккумуляторы на новые или полностью перевести шуруповертс никеля на литиевые.
Безусловно, как и в любом деле, тут есть свои нюансы, но если ваши руки хотя бы минимально прямые, то самостоятельно переделать шуруповерт на литий совсем несложно. Нужно лишь знать что купить для переделки и понимать базовые нюансы процесса. А уж купить на алиэкспресс все для перевода шуруповерт на литий — элементарно.
Почему 18650 Li-ion? Преимущества литиевых аккумуляторов очевидны:
Кстати, если вы любите читать, то есть вариант отлично сэкономить! Книжный сервис ЛИТРЕС, крупнейший в России и странах СНГ дает четвертую книгу в подарок при покупке трех. Лично я именно там и покупаю книги уже порядка 5 лет. Ценник и без того доступный, а с таким бонусом выходит совсем небольшим. Есть удобное приложение для чтения и прослушивания книг. По ссылке выше — одна из моих подборок, в которой есть жирный обновляемый промокод.
Переделка аккумулятора шуруповерта. Что нужно знать:
1) Для шуруповерта нужны высокотоковые 18650 аккумуляторы (идеально — Sony/Murata VTC5, VTC5A, VTC6. Допустимо — Samsung 25R), либо менее высокотоковые аккумуляторы, соединенные в параллель (если позволяет место).
2) Категорически нельзя использовать старые ноутбучные аккумуляторы и просто разные аккумуляторы. Все 18650 аккумуляторы в сборке должны иметь минимальный разбег емкости и прочих характеристик. Безусловно, купить высокотоковый 18650 аккумулятор на алиэкспресс — самое простое решение. Только заранее учитывайте что название модели не будет иметь никакого отношения к ячейке внутри. 4 аккумулятора, купленные одним лотом у одного продавца могут существенно отличаться по емкости и внутреннему сопротивлению. Хотя ниже по ссылке будет неплохой вариант для тех, кто не хочет паять.
Я делал статью о том как выбрать 18650 литий-ионный аккумулятор, если интересно — читаем ее тут
3) Подключение аккумуляторов к BMS плате производится строго последовательно: вначале 0 В затем 4,2 В, 8,4 В, 12,6 В, 16,8 В. При нарушении BMS работать не будет!
4) 18650 аккумуляторы в сборке должны быть заряжены одинаково. Лучше всего зарядить каждый аккумулятор отдельно и затем собрать в сборку.
5) Как посчитать сколько нужно 18650 литиевых аккумуляторов вместо никелевых? В целом, расчет такой:
2-3 NiCd = 1 литиевый, 5-6-7 NiCd = 2 литиевых, 8-9-10 NiCd = 3 литиевых, 11-12-13 NiCd = 4 литиевых
6) Литиевые аккумуляторы очень боятся перегрева. Идеальный вариант — точечная сварка. Пайка тоже вполне работает. Как паять 18650? Самое главное — вам нужно максимально большое жало. Свести время контакта жала и 18650 аккумулятора к минимуму и не перегреть последний. В остальном процесс не отличается от любой другой пайке. Лучше всего набить руку на тех старых аккумуляторах, которые вы будете заменять.
BMS-плата
BMS (Battery Management System) – система управления батареей. BMS-плата исключительно важна при переделке шуруповерта на литий. Зачем она нужна и как она работает? Она контролирует заряд и разряд, предотвращая переразряд и перезаряд аккумулятора шуруповерта, в нее встроен «балансир», который заряжает отдельно каждый Li-Ion аккумулятор в сборке. Последнее крайне важно! Бывают BMS без балансира! 3S — 12v, 4s — 14v, 5s — 18v Чтобы выбрать BMS плату, надо учитывать что минимальный ток должен быть 30А, иначе она будет уходить в защиту.
Вариант BMS-платы по ссылке на 2-3 доллара дороже каких-то базовых версий, но вы получаете 100А вместо 30А или 40А. На мой взгляд, по функционалу это лучшая БМС-плата с алиэкспресс и заслуживает этой символической переплаты.
Литий-полимерные аккумуляторы для замены обычных батареек; и когда есть смысл их применять? Подборка с Алиэкспресс
Большинство из выпускаемых сегодня устройств с автономным питанием работают от встроенных литий-ионных аккумуляторов и их разновидностей, отличающихся высокой энергетической ёмкостью и большим числом допустимых циклов заряда/разряда.
Тем не менее, выпускаются и различные устройства, рассчитанные на питание от добрых старых обычных батареек — стандартных цилиндрических или многоэлементных типа Крона.
В этом случае возникает соблазн заменить их на литий-ионные (литий-полимерные) аккумуляторы.
Но при этом возникает технологическая проблема: номинальное напряжение литий-ионного аккумулятора составляет 3.7 Вольт (±0.1 В), а напряжение стандартных батареек — совсем не такое. Для одиночных цилиндрических батареек оно составляет 1.5 В, а для многоэлементной «Кроны» — 9 В.
Для решения проблемы применяются разные технические ухищрения. В большинстве случаев это — встроенные прямо в корпусе аккумуляторов понижающие DC-DC преобразователи, но в случае с «Кроной» варианты могут быть разными.
Заменять батарейки на литий-ионные (литий-полимерные) аккумуляторы не всегда есть смысл, подробнее об этом — в заключении подборки.
В подборке аккумуляторы будут именоваться литий-ионными, поскольку литий-полимерные аккумуляторы являются их усовершенствованным вариантом.
Приведённые в подборке цены действительны для доставки в Россию на дату публикации; в дальнейшем могут меняться в зависимости от разных факторов (изменения курсов валют, но не только).
Цена на все аккумуляторы — высокая, во много раз дороже аналогичных батареек. Эта тема тоже будет отражена в вопросе их применения.
Li-ion аккумулятор формата AAA (micro-USB, 400 mAh)
Литий-полимерный аккумулятор в формате «мизинчиковой» батарейки AAA (обзор). Самый миниатюрный из литиевых аккумуляторов для замены батареек.
Заряжается аккумулятор от любой телефонной зарядки через кабель микро-USB (разъём расположен сбоку аккумулятора, виден на фото).
Номинальная ёмкость — 400 мАч, но тесты показывают, что в нагрузку отдаёт около 580 мАч. Такое возможно благодаря «эффекту трансформатора»: встроенный DC-DC преобразователь понижает напряжение, но повышает ток.
Li-ion аккумулятор формата AA (micro-USB, 1700 mAh)
Это — ещё один вариант литиевого аккумулятора формата АА, но не с полноразмерным разъёмом USB для зарядки, а с разъёмом микро-USB.
Li-ion аккумулятор формата АА с зарядкой через USB Type-C
Этот аккумулятор, как и предыдущий, выполнен в формате батарейки АА, но отличается ёмкостью и конструкцией.
Вместо доброго старого разъёма микро-USB у него, в соответствии с духом времени, установлен на боку разъём USB Type-C. Впрочем, в данном случае какой-то иной полезности, кроме удобства, от этого не будет (можно вставлять любым боком, не задумываясь об ориентации).
Его емкость номинирована не в мАч, в мВтч и составляет 2600 мВтч, что в пересчете на привычные мАч даст около 1700 мАч.
Li-ion аккумулятор формата C (R14 / 343, micro-USB, 3000 mAh)
Если батарейки «тонких» форматов пользуются всё ещё заметной популярностью, то применение «толстых» батареек постепенно сходит на нет.
К таким относится, например, батарейка формата «C», она же R14, она же известная с древнесоветских времён как «Элемент 343».
За счет более крупных габаритов в её корпусе удалось установить более ёмкий аккумулятор, и номинальная ёмкость этого аккумулятора в формате батарейки 343 достигает 3000 мАч.
Li-ion аккумулятор формата D (R20 / 373, micro-USB, 4000 mAh)
Наконец, самая «жирная» из бытовых круглых батареек — элемент D, он же R20, он же древнесоветский «Элемент 373».
За счет больших габаритов ёмкость аккумулятора этого формата может достигать 6000 мАч (есть вариант с 4000 мАч).
Li-ion аккумулятор формата Крона без DC-DC преобразователей
Теперь переходим к самому интересному варианту Li-ion аккумуляторов — в формате «Кроны» (6F22).
Эти аккумуляторы интересны тем, что могут существовать в 3-х вариантах.
1. С двумя Li-ion элементами без встроенных DC-DC преобразователей.
2. С двумя Li-ion элементами с входным DC-DC преобразователем (для зарядки).
3. С одним Li-ion элементом с двумя DC-DC преобразователями (для зарядки и для питания нагрузки).
Аккумулятор по приведённой выше ссылке относится к первому типу — без преобразователей.
Из-за этого ему для зарядки нужно специфическое зарядное устройство; заряжаться от обычной телефонной зарядки он не может.
Несмотря на относительную простоту устройства, оно содержит все необходимые контроллеры заряда/ разряда и схемы защиты.
Номинальная ёмкость — 500 или 650 мАч; номинальное напряжение — 7.4 В, максимальное — 8.4 В.
Li-ion аккумулятор формата Крона с одним DC-DC преобразователем
Этот аккумулятор — типичный представитель самого распространённого типа аккумуляторов в формате «Кроны» — с одним DC-DC преобразователем (обзор).
Такие аккумуляторы так же, как и предыдущие, имеют в своём составе два Li-ion элемента, дополненных повышающим DC-DC преобразователем для их зарядки от стандартных телефонных устройств с напряжением 5 В.
Такая схема даёт аккумулятору значительное преимущество — зарядных устройств для него в каждом доме чуть больше, чем гуталина на гуталиновой фабрике.
Номинальная ёмкость — 650 мАч; номинальное напряжение — 7.4 В, максимальное — 8.4 В.
Li-ion аккумулятор формата Крона с двумя DC-DC преобразователями
Вариант с двумя DC-DC преобразователями хорошо тем, что, в отличие от предыдущих вариантов «Кроны», он даёт на выходе истинные 9 Вольт.
Причём эти 9 Вольт — стабильны в течение всего времени разряда до полного расхода аккумулятора.
Это — одновременно и «плюс» и «минус» аккумулятора.
Плюс — в стабильности выходного напряжения; а «минус» — в том, что аккумуляторы такого типа не могут предупредить питаемое устройство о близком истощении заряда и отключаются внезапно. Во избежание такой ситуации рекомендуется их чаще подзаряжать.
Приведённые выше аккумуляторы для замены батареек — не дешевые, поэтому есть смысл их применять только в тех устройствах, где батарейки расходуются достаточно быстро.
Применять же их там, где батарейки долго служат без замены (например, в пультах дистанционного управления) нет никакого смысла — ни экономического, ни практического.
Кроме того, следует иметь в виду, что перечисленные аккумуляторы не могут отдать столь высокий ток, как «настоящие» батарейки, из-за наличия DC-DC преобразователей, являющихся дополнительным ограничителем выходного тока.
В большинстве случаев ток выхода не должен превышать 1 А, а для аккумулятора формата «Крона» с двумя DC-DC преобразователями — не выше 0.3. 0.4 А.
При приобретении таких или аналогичных аккумуляторов на Алиэкспресс следует обращать внимание на то, действительно ли Вы приобретаете литиевый аккумулятор.
Дело в том, что в точно таких же форматах существуют и другие аккумуляторы; например, никель-кадмиевые и никель-металлогидридные, имеющие более низкое номинальное напряжение и меньший срок службы.
Они стоят дешевле; но это тот случай, когда скупой будет платить дважды.
Почему вместо тяжелых свинцовых аккумуляторов мы не используем маленькие и легкие литиевые
Батареи на основе лития сегодня повсюду – они практически вытеснили все остальные типы аккумуляторов. Однако традиционный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания упорно сопротивляется «литиевой экспансии», по-прежнему используя для запуска мотора классические свинцово-кислотные батареи, которым, кстати, в этом году исполнилось 160 лет! Почему так происходит?
160 лет назад, благодаря парижскому профессору физики, электротехнику Гастону Планту, появился первый свинцово-кислотный аккумулятор – знакомая каждому в наши дни деталь любого автомобиля. Когда автомобильный век вошел в свои права, «свинец» долгие годы удерживал монополию под капотом, будучи оптимальным типом химического источника тока с величиной, достаточной для вращения стартера ДВС.
Однако литиевые батареи (технологий батарей с катодами на основе соединений лития достаточно много, на мы сейчас не будем углубляться в нюансы и все их поименуем для простоты «литиевыми») превзошли своих свинцовых дедушек, обеспечивая те же параметры емкости и токоотдачи в существенно меньшем весе и объеме. Почему же до сих пор на прилавках магазинов автозапчастей мы не видим литиевых стартерных батарей? Попробуем разобраться!
Для чего вообще нужен аккумулятор в автомобиле?
Этот вопрос может показаться странным – вроде бы тут всё и ежику понятно. Однако значение аккумулятора не всегда было одинаковым…
Возьмем сперва для примера простенький старый автомобиль – типа всем известной «копейки-жигулей». В принципе чтобы поехать на таком авто, 12-вольтовая батарея нужна фактически только для запуска мотора – питания стартера и начального кратковременного питания обмотки возбуждения генератора. После начала устойчивого вращения коленвала стартер выключается, а генератор переходит в режим «самоподхвата» – то есть обмотка возбуждения начинает питаться от того же напряжения, что он сам и вырабатывает. Все энергообеспечение машины, от зажигания до освещения, взял на себя генератор, и аккумулятор больше в процессе не участвует. Если теперь батарею отключить, или даже вообще выкинуть из-под капота, двигатель продолжит стабильную работу и без нее.
При наличии же «кривого стартера» простейшие карбюраторные машины фактически и вовсе могли обходиться без полноценного аккумулятора – для езды было бы достаточно маленькой и маломощной батарейки с напряжением 5-10 вольт, отдающей ток 3-5 ампер и необходимой лишь для того, чтобы кратковременно подать напряжение на обмотку возбуждения генератора во время верчения заводной рукоятки.
Впрочем, подобный пионерский минимализм – езда без аккумулятора – был возможен (да и то с оговорками) лишь на авто с предельно примитивным электрооборудованием без электроники. На машинах, получивших коммутатор в зажигании, транзисторный радиоприемник, и, тем более, на первых инжекторах, аккумулятор после запуска отключать уже стало рискованно. Несмотря на то, что после начала ровной работы мотора батарея по-прежнему выходит из игры, уступая роль источника электричества генератору, на автомобилях с электроникой аккумулятор сохраняет важное значение – фильтрующе-стабилизирующее. Батарея, как огромный конденсатор, помогает током на холостых оборотах, когда отдача генератора слабеет, сглаживает возникающие изредка высоковольтные пики-выбросы напряжения и делает пульсирующий постоянный ток стабильным – «чистым», как говорят электронщики. Для «дубовых» потребителей, типа лампочки или обогрева стекла, это несущественно, но вот для полупроводников – жизненно важно.
Ну а на современных продвинутых авто классом выше среднего значимость аккумулятора и вовсе резко возросла. Тут уже в принципе нереально завестись без батареи с буксира, даже если вдруг попадется модификация машины без АКП. Множество электронных блоков, сидящих на цифровой шине, включаются перед запуском мотора, и еще до начала работы стартера успевают провести мгновенный опрос состояния различных датчиков и систем, дав в итоге одобряющую или запрещающую команду на старт.
В процессе работы мотора многочисленная электроника требует стабильного и чистого питания в бортсети, а после глушения электронные модули продолжают функционировать некоторое время, завершая процессы сохранения разнообразной адаптивной информации. Резкое исчезновение батареи через скидывание клеммы может вогнать электронику продвинутой современной машины в ступор. После возвращения аккумулятора на место (или зарядки разряженного в ноль) двигатель, конечно же, заведется, но наверняка закидает водителя множественными «чеками», некоторые из которых еще и не пропадут сами, а погасятся только с помощью фирменного диагностического софта у официалов…
Существуют ли литиевые стартерные батареи?
Итак, надо признать, что в современном автомобиле на аккумуляторе лежит куда большая ответственность, нежели полвека назад. Но обязательно ли ему, как те же полвека назад, быть таким здоровенным и массивным? Сегодня у многих автовладельцев имеется так называемый «пусковой бустер» или «джамп-стартер» – портативный 12-вольтовый пауэрбанк с литиевой батареей и проводами-«крокодилами», который способен запустить двигатель практически любого автомобиля с напрочь севшим штатным аккумулятором. Эти миниатюрные гаджеты легко заводят не только бензиновые моторы малолитражек, но и многолитровые дизельные двигатели внедорожников и легких грузовиков. Держа такую игрушку в руках, невольно задаешься вопросом: зачем нужны 20 килограмм свинцовой батареи, если вполне достаточно полкило «лития»?
Вопрос, лежащий на поверхности, и вполне закономерный. Польза от замены «свинца» на «литий» была бы очевидна и бесспорна – в автопроме никогда не прекращалась борьба за снижение массы, и любые, даже самые незначительные победы на этом фронте всегда преподносятся производителями как успехи инжиниринга и движение по пути прогресса. Да и чисто практический профит налицо – срок службы «лития» вдвое-втрое должен превышать таковой у «свинца». Но, обойдя все магазины автозапчастей в городе, литиевого аккумулятора вы не найдете… Почему? Их не существует?
Существуют. Однако распространенность настолько невелика, что выпускаются они исключительно самими автомобильными брендами для считанных моделей и не имеют альтернативных аналогов. Имена же машин, на которых устанавливаются литиевые стартерные АКБ, говорят сами за себя, и удивляться отсутствию таких батарей в магазинах не приходится – «литий» крутит стартеры у гражданских моделей McLaren (570S, 650S, MP4-12C), у Porsche Cayman R, 911 GT3, Boxster Spyder, у Mercedes S-klasse W221, W222, CLS-klasse C218 и ряда других, у BMW M3, M4 и тому подобных единичных моделях некоторых иных марок. Серийные штатные литиевые батареи существуют уже около десяти лет, но их по-прежнему весьма немного, и применяются они исключительно в высокотехнологичных премиальных и спортивных машинах.
Особенности конструкции литиевых АКБ и эксплуатации машин с ними
Как правило, корпуса литиевых батарей повторяют геометрию стандартных свинцовых. Идентичны у них и силовые клеммы. Электрические параметры «повседневных» литиевых батарей – те же, что и у свинцовых, подходящих для аналогичных моторов. Например, литиевая батарея Mercedes имеет емкость 78 ампер-часов и максимальный ток холодной прокрутки 550 ампер. Разве что вес существенно ниже – 12 килограммов. Хотя ниже он в лучшем случае вдвое… Не в десять раз, не в пять и даже не в три, как можно было бы ожидать.
«Повседневная» литиевая батарея BMW имеет емкость 69 ампер-часов, ток холодной прокрутки 770 ампер и вес 14 килограммов. А вот «спортивная» литиевая батарея Porsche, способная заменить свинцовый аккумулятор на 60 ампер-часов с пусковым током 480 ампер, имела емкость всего… 18 ампер-часов, но при этом вес 6 килограммов и высоту, как у пачки сигарет!
Впрочем, на некоторых машинах «свинец» можно применять временно и без вмешательства в софт и хард. Например, в руководстве пользователя суперкара McLaren MP4-12C сказано, что в экстренной-преэкстренной ситуации (когда литиевый стартерный аккумулятор полностью неисправен или отсутствует) таки можно временно воспользоваться традиционной свинцово-кислотной батареей. Автомобиль отчасти «сойдет с ума»: станет некорректно работать ряд функций – индикация разряженной батареи, поворотники, парктроники, в качестве меры безопасности не поднимутся до конца стекла дверей и т.п. Однако машина все же заведется и поедет.
А вот тот же Porsche, когда в свое время презентовал свою шестикилограммовую «спортивную» батарею, проявил клиентоориентированность, предложив ее в качестве дополнительной совместимой опции к традиционному свинцово-кислотному аккумулятору. И предупредил пользователей своих автомобилей: легкая батарея оптимальна для теплого времени года, и даже при небольшом минусе на улице ее емкость (и без того крошечная!) заметно упадет. А поскольку батареи взаимозаменяемые, ввиду климатической привередливости лития владельцам спорткаров рекомендовалось повседневно ездить на «свинце», а при визите на гоночный трек временно менять аккумулятор на облегченный для улучшения управляемости и динамики.
Собственно, о холоде… Вот мы и подобрались к едва ли не главной проблеме литиевых стартерных батарей – боязни отрицательных температур и сопутствующей ей боязни глубокого разряда. Безусловно, литиевая химия эволюционирует, современные аккумуляторы существенно расширили температурный диапазон своих предшественников десятилетней давности, но все же свинцу (который, к слову, тоже сильно страдает от морозов) литий до сих пор в хладостойкости уступает.
В электромобилях высоковольтные литиевые батареи имеют принудительный подогрев, но если у тяговой батареи емкостью не менее 30 киловатт-часов есть ресурс для самообогрева, то со стартерной 12-вольтовой батареей такое не прокатит. Риск не завестись зимой в ситуации, когда аналогичное авто со «свинцом» успешно прокрутит свой стартер, у «лития» существенно выше, и поделать с этим ничего пока не удается.
Продолжительные простои на небольшом холодке (а то и в тепле!), кстати, не менее опасны, чем внезапно ударивший сильный мороз. К примеру, владельцы BMW M-линейки с литиевыми аккумуляторами уже жаловались на выход АКБ из строя из-за длительного простоя машины. Батареи уходили в глубокий разряд, электроника в них блокировалась и не реагировала ни на «прикуривание», ни даже на внешние зарядные устройства. С подобным сталкивались даже некоторые американские покупатели новых баварских «Эмок», чьи аккумуляторы успевали умереть, пока заказанная клиентом машина шла 2-3 месяца из Европы к штатовскому дилеру. А тем, кто сам не уследил за уровнем заряда, приходилось покупать новую уже за свой счет…
А если все же… очень хочется?
И тем не менее круг желающих обрести такую батарею существует, и он шире, чем кажется на первый взгляд. Низкий вес и полную герметичность ценят, к примеру, любители бюджетного автоспорта, профессиональные джиперы, готовящие свои машины к суровым соревнованиям, или фанаты спортивного автозвука. А также непоседливые владельцы самых обычных машин, которым просто хочется поставить под капот «что нибудь интересненькое».
На легкие 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы имеется хотя и не слишком большой, но вполне стабильный и даже растущий спрос, и он удовлетворяется небольшими кустарными мастерскими. Заказать литиевую стартерную батарею можно с любыми параметрами – как в стандартном аккумуляторном корпусе, так и в любом по размерам заказчика, с полной защитой от перезаряда, глубокого разряда и короткого замыкания или с более дешевой частичной. Изготовители обычно подчеркивают, что электроника их батарей обеспечивает полную совместимость по режимам работы со свинцовыми – достаточно просто заменить аккумуляторы один на другой и все. Не нужно поднимать напряжение генератора, что-то перепрограммировать и т. п.
Литиевая же батарея, пользоваться которой можно так же, как и штатной свинцовой на 55-65 ампер-часов, – это уже около 20-25 ампер-часов емкости и полный комплекс защит, включая защиту по нижнему порогу разряда. Стоить такая будет примерно 25-30 тысяч рублей. На фоне штатных батарей, упомянутых выше, цены весьма скромные, хотя и не всех устроит незаводское происхождение аккумуляторов.
Кстати, нельзя под конец не упомянуть сферу транспорта, куда литиевые стартерные батареи успешно проникли и даже закрепились. Это мототехника – скутеры, мотоциклы, квадроциклы. Для них в продаже доступен относительно широкий (хотя и не сопоставимый пока со свинцом) выбор литиевых аккумуляторов промышленного (а не кустарного!) изготовления, которые при емкости 3-7 ампер-часов более-менее недороги, совершенно безразличны к любого рода тряске и кренам, легки и герметичны. Ну а вопрос холодобоязни решился сам собой – мототехника, за исключением снегоходов, эксплуатируется все же в подавляющем большинстве случаев при плюсовых температурах или в крайнем случае при легком минусе, для батарей нестрашном.
