Дано: шурик деда с исчерпавшими ресурс аккумуляторами. Задача: заменить аккумуляторы на Li-ion или LiFePO4, добавить индикацию уровня заряда и подсветку рабочей зоны.
Сначала выбирал аккумуляторы
Решил взять подешевле, поэтому Li-ion — напряжение полностью заряженного аккумулятора 4,2В позволяет использовать для 12-вольтовой батареи всего три банки.
Разряжать можно примерно до 3В (2,75В критический минимум). А вот тут, получается, мы не дотягиваем до параметров «родных» аккумуляторов. Напряжение полностью разряженной родной Ni-Cd батареи считается 10В, с литиевой мы в теории получаем меньше 9В, что с одной стороны плохо: если на 10В мотор шуруповёрта уже будет легко останавливаться, то мы сможем использовать только половину ёмкости аккумуляторов (такова была моя «экспертная» оценка ситуации).
С другой стороны, высока вероятность ситуации, когда аккумулятор снимается с дрели и не ставится на зарядку. А оставлять «севший» литиевый аккумулятор нельзя. В этом случае остаточная половина ёмкости позволяет не беспокоится о длительном хранении такого аккумулятора. Есть общая рекомендация для продления жизни литиевых аккумуляторов — не разряжать их «в ноль» (в отличие от Ni-Mh и Ni-Cd).
Выбирал на Алике, обязательно читал отзывы, чтобы люди уже применяли эти аккумуляторы именно в шуриках. По характеристикам — не сильно высокая ёмкость (некоторые рекомендуют брать 1500mAh, я выбрал 2600mAh — больше, я думаю, не стоит брать в форм-факторе 18650): Ссылка на товар на AliExpress
В описании товара не указаны максимальные токи разрядки, полагался на удачу и на надпись в заголовке «безопасные промышленного использования» без пруфов.
Тест ёмкости разрядкой током 1А этих аккумуляторов. Устройство OPUS BT-C3100 V2.2
К таким банкам положена плата защиты
На Али таких очень куча, поэтому выбирал просто по цене.
Параметры — 12 Вольт на входе и на выходе, приличный допустимый ток. На момент выбора я, честно говоря, не измерял токи, потребляемые аппаратом. Предположил что 30А должно быть «выше крыши» (даже с учётом того, что китаец почти точно соврал раза в три). Желательно брать с балансировкой заряда, но я тогда не нашёл подходящего варианта, взял без балансировки и отдельно платы балансировки:
Балансировка заряда
Индикатор
Для индикации уровня заряда батареи я решил использовать простенький индикатор напряжения. У них, кстати, есть точная настройка.
Имевшиеся на тот момент «классические» секторные индикаторы попадались то дорогие, то с плохими отзывами, то со скудными описаниями, из которых не было понятно, получится ли их применить.
…флешбэк…
Ранее я переделывал синтезатор Yamaha для работы от аккумулятора и заказывал для него комбинированный LCD с секторным индикатором аккумулятора и индикацией I, U, R. Как заставить нормально показывать этот секторный индикатор я так и не разобрался, поэтому в этот раз решил обойтись вольтметром.
Теперь к делу
Сборка батарей начинается с последовательного соединения банок.
Читаем Эксплуатация Li-ion баратей и видим:
6. Аккумуляторные батарей нельзя паять! Рекомендуется использовать только контактной сварку.
Орфографий автора, к сожалению, сохранён.
Аппаратом для контактной сварки я пока не богат, поэтому вычитал в другой умной статье рекомендации по быстрой пайке аккумуляторов. Общий смысл такой — паяльник большой и мощный, чтоб его не заморозило прикосновение к аккумулятору, места пайки и проводники заранее подготовлены, чтобы гарантировано припаялось. Момент пайки — касание провода и крупной капли припоя на полсекунды.
На практике с плюсом аккумулятора прошло всё совсем легко — он приподнят. На минусе я зачищал небольшой участок на аккумуляторе, потом покрывал паяльной кислотой, и лудил с канифолью недолгими прикосновениями). В паяльную станцию установил жало побольше, температуру около 300, набрал каплю, и по инструкции.
При сборке надо учитывать, что от аккумуляторов на плату защиты идут все средние точки (нужно обеспечить не только соединение между собой, но и отводы):
Вот так соединил аккумуляторы и вывел на 4-штырьковый разъём (плюс, минус и две средние точки):
Габариты корпуса позволили уложить батарею на дно немного под углом, в свободные углы как раз хорошо встали гайки болтов с потайной головкой, удерживающих прижимную резинку. На дно постелил теплопроводящую прокладку, она же между банками, но только у одной батареи.
Для второй батареи, чтобы облегчить крепление в корпус, аккумуляторы соединил термоклеем с небольшим сдвигом:
Плата защиты
Тут есть две маленькие хитрости (вообще с ней всё просто — припаял по схеме, кинул в корпус).
Хитрость номер один — перекинул балансировку с красных плат на пустые места на зелёных:
Хитрость номер два — прижал плату в корпусе через термопрокладку к передней стенке, говорят она довольно сильно греется при зарядке/разрядке.
Контактные площадки батареи
В «родной» батарее блок контактных площадок никак не крепится, просто прижимается к крышке двумя аккумуляторами в выступе батареи. Можно закрепить этот блок одним-двумя небольшими шурупами с потайными головками или обильно залить термоклеем.
Третий лишний
Лирическое отступление
У большинства нормальных батарей есть третий контакт для зарядки через термозащиту. В моих батареях нет термозащиты и зарядное устройство, соответственно, тоже имеет два контакта.
Штатная зарядка, это вообще отдельная песня, точнее одна грустная нота «*ля». По этой причине зарядка от моего шурика «Зубр» не подходит и я решил заколхозить зарядник из блока питания похожего на ноутбучный. Кроме того, Зубр у меня 14-вольтовый.
Я не стал делать термозащиту, так как прогнал эти аккумуляторы несколько циклов зарядки/разрядки и они не сильно грелись, плата защиты грелась сильнее. Скорее всего при токе зарядки 1А они не перегреются, а при опасных токах разрядки срабатывает защита. При желании, можно купить плату защиты уже с этой функцией или добавить предохранитель просто в разрыв минусового провода.
Доработка самой дрели
Индикатор напряжения я решил установить в корпус дрели.
Под него оказалось достаточно места за мотором, прорезал прямоугольное отверстие паяльником, обработал края надфилями. Матовое полупрозрачное окошко вырезал из корпуса мышки A4, закрепил на клей Момент для пластмассы, затем пропаял края. Сам индикатор приклеил на тот же клей, так как он прозрачный, а за тёмным стеклом пузырьков воздуха не будет видно.
Подсветка рабочей зоны и переключатель
С подсветкой пришлось повозиться:
Сначала из старого телефона вырезал кусок корпуса с 3-х позиционным переключателем громкости. Это будет переключатель подсветки (1 — Выкл, 2 — Вкл всегда, 3 — Автовключение при нажатии курка). Он крепится к одной половине корпуса дрели клеем и пайкой, к другой — потайным болтиком «насквозь».
В закромах нашёл платку от дневных ходовых огней с 4-мя яркими светодиодами и линзами, вырезал из них 2 с куском платы и приклеил всё это к куску корпуса — плату снизу, линзы сверху.
Сам переключатель по высоте не входил в узкий выступ корпуса и под него пришлось прорезать прямоугольное отверстие. Это мелочи по сравнению с фигурной резкой верхней части выступа под корпус переключателя.
Схема работы
Индикатор напряжения и светодиоды подсветки подключены на один провод. Плюс идёт с батареи напрямую, минус через переключатель подаётся либо напрямую в режиме «Вкл», либо через плату автовключения:
Это чудо подключает через выпрямитель к контактам мотора оптопару от скролла мышки, которая через транзисторный ключ подаёт минус от батареи к подсветке и индикатору.
Обмотал изолентой и приклеил на пистолет рядом с индикатором напряжения.
Заключение
В итоге: 12В Li-ion трехбаночные акки (2 шт.) с платами защиты и балансирами, подсветка и индикатор напряжения батареи на корпусе дрели, селектор способа включения подсветки.
Про защиту
Лирическое отступление
Если почитать ещё статьи, то можно наткнуться на переделку батарей без использования платы защиты. Такие батареи заряжают через многоштырьковый разъём умной зарядкой. Я считаю что так делать не надо. Заряжать не так удобно — в грязных перчатках посреди работы нужно провести ритуал подключения отдельного разъёма к нежной электронике. Повышается опасность.
Есть вариант встраивать индикаторы напряжения в батареи, чтобы быстро можно было проверить заряд. Но я посчитал, что индикация напряжения под нагрузкой с автовключением важнее, да и меньше резать пластмассу.
С момента окончания работ прошло чуть больше года, полёт нормальный, всё работает.
Спасибо за внимание. Следующий в очереди — «Зубр». Зубра я буду готовить с LiFePO4.
