Замена Ni-Cd аккумуляторов в батарее шуруповёрта на LiFePO4

Давным давно, в далёкой-далёкой галактике когда трава была зеленей, белорусский рубль был с бОльшим количеством нулей, а о создании этого блога в моей голове не было даже идей, мой отец купил замечательный шуруповёрт фирмы Einhell c батареями на 18 вольт. Довольно продолжительное время он служил нам верой и правдой, закручивая то, что плохо вкручено и выкручивая всё, что хорошо закручено, но время не щадит аккумуляторы и, естественно, обе батареи шуруповёрта подошли к концу. После этого шурик ещё какое-то время провалялся как бесполезный груз и вот, около года назад, мне в голову пришла замечательная идея - дать ему вторую жизнь!

Было это в начале 2015 года, на Aliexpress уже давно царило засилье литиевых элементов питания, поэтому вариант с простой заменой никель-кадмиевых аккумуляторов на такие же, только новые мне вообще не улыбался - опять маленькая ёмкость, опять долгий заряд, да и не совсем понятно, какого качества Ni-Cd банки я куплю. Нет, проблему надо было решать кардинально, и тут (а может и раньше) я наткнулся на замечательный источник энергии - инновационные (ну, более-менее) литий-железо-фосфатные аккумуляторы от A123 Systems! (искать на Aliexpress) Прочитав про них я понял, что они - идеальный кандидат на почётное место в пластмассовом корпусе батареи, ведь они обладают просто охренительными характеристиками:

• высокая токоотдача (до 60 ампер),

• не боятся принять на грудь большой ток при зарядке (до 10 ампер),

• долговечны,

• и т.д.

Минуса у них только два - низкая ёмкость на единицу объёма в сравнении с литий-ионками (2300 мАч у одного 26650 элемента) и высокая цена. Но это с лихвой компенсируется вышеназванными плюсами.

Ещё один нюанс - у них меньше напряжение - 3.3 вольта против 3.7 у литий-ионок. Это значит, что для набора приблизительно нужного мне напряжения (18 вольт), нужно соединить 6 батарей - получится 19,8 вольт. Конечно, это больше номинала, но в шуруповёрте стоит кнопка Puly fa08a-12/1, рассчитанная на напругу от 7.2V до 24V, так что ничего - переживёт (сдохла впоследствии, через полгода с лишним очень активного использования, об этом в другой раз). А вот литий-ионки 18650 пришлось бы соединять последовательно по 5 штук, но я бы уж тогда брал 10 штук и соединял бы их как 5 последовательных пар. Но для этого нужно было брать специальные высокотоковые банки, честно говоря, не хотелось с ними заморачиваться, так что выбрал я что выбрал.

Также, по случаю последовательного соединения литий-железо-фофатных аккумуляторов, возникла необходимость в выводе балансировочного разъёма: последовательно соединённые литиевые элементы питания (а похорошему вообще все) обязательно нужно балансировать, ведь даже в одной партии некоторые элементы могут отличаться друг от друга, в итоге напряжение на банках будет скакать где-то выше, где-то ниже, какие-то будут недозаряжаться, какие-то перезаряжаться, в итоге вся эта замечательная конструкция либо проживёт намного меньше, либо вообще с ней случится что-нибдуь непоправимое. Короче, только банасир, только хардкор!

Что из себя представляет балансировочный кабель? Да вот он, ничего необычного:

Как видно по пакету, я взял 10 штук таких на Алишке за какие-то символические деньги. Одним таким кабелем можно подключить батарею с максимум шестью элементами - всего 7 проводов, то есть по одному с двух концов батареи и по одному между каждой парой элементов. Естественно, через такой кабель пойдёт лишь балансировочный ток (до 100 мА) и будет производиться мониторинг напряжения на каждом элементе батареи. Основной зарядный ток пойдёт по двум нормальным, толстым проводам, которые никто не отменял.

Ну и самый главный организационный вопрос напрашивается - чем же это всё заряжать? Так как на тот момент у меня всё ещё не было никакого универсального зарядного устройства (с литием я особо дел не имел, никелевые заряжал хорошей умной зарядкой с DX, а свинцовые - той самой умной зарядкой для свинцовых аккумуляторов на Arduino), было принято решение купить волшебную коробочку - Imax B6 Mini (на первом фото). Про неё и так уже написано миллион различных статей и обзоров, поэтому я повторяться не хочу. Скажу лишь, что из тех функций зарядного устройства, которые мне когда-либо были нужны, в ней есть всё.

Максимальная выходная мощность этого устройства - 60 ватт (получается около 3 ампер на проектируемую батарею, что для LiFePo4 аккумуляторов является стандартным током заряда по даташиту, хотя максимальный, как я уже писал, в 3 с лишним раза выше), входное напряжение - от 10 до 18 вольт, поэтому запитывать его можно от огромного числа различных источников питания. В моём случае это:

• Компьютер. 60W мощности по двенадцативольтовой шине выдать может любой компьютерный БП. У моего Corsair AX 860i ещё и сертификат 80 Plus Platinum, что говорит о его беспрецедентной энергоэффективности, то есть запитывать Imax от него не только удобно, но и выгодно. Для этого я спаял себе переходник, подключающийся к Molex-разъёму: 12V с него идут к Аймаксу, а 5 - на небольшой USB разъём с закороченными D+ и D-: телефон, например, зарядить можно.

• Переделанный блок питания от ноутбука. Большинство ноутбучных БП имеют на выходе 18.5-19.5 вольт, что несколько выше максимальных для аймакса 18 вольт. Тем не менее с некоторыми он может и заработать. Я же отдал свой БП от старинного Compaq Armada (да-да, того самого Compaq Armada M700), своему другу, чтобы он там немного похимичил с резисторами и уменьшил его выходное напряжение. Правда, и мощность выходная тоже слегка уменьшилась, поэтому до максимальных 60W он Аймакс уже не раскочегаривает, но ватт 50 он выдаёт. Просто на максимальной мощности напряжение на нём проседает, а т.к. в аймаксе стоит схема импульсного преобразования, процесс этот происходит лавинообразно (чем ниже становится напряжение, тем выше ток, от этого напряжение уменьшается ещё быстрее), в результате устройство просто перезапускается. Короче, приходится ставить зарядку чуть меньшим током.

• Блок питания от внешнего 3,5" винчестера: 12V, 1.5A, 5 класс энергоэффективности. Да, им заряжать такую дуру долго, но зато он маленький и лёгкий - его легко можно взять с собой куда угодно.

По поводу последнего могу сказать, что я очень люблю такие высококлассные БП. Этот, например, может спокойно и 2 Ампера выдать, и даже ещё больше - правда, уже не очень долго, т.к. будет сильно греться. Есть у меня ещё парочка оригинальных зарядных HTC E250 такого же класса, официально они 5V 1A, но полторашку выдают без проблем, заряжая очень прожорливый планшет (и не только его), правда, греясь при этом прилично, но это и неудивительно. Плюс, все устройства этого класса энергоэффективности (и более высоких, уже видел шестого) почти не жрут электроэнергию, когда к ним ничего не подключено, то есть они полезны для тех, кто любит зарядки держать постоянно воткнутыми в розетки (я не из них).

Были у меня также большие опасения касательно того, влезут ли в итоге эти шесть банок в корпус батареи... Я сразу знал, что внутри придётся много вырезать, но всё равно волновался, хоть и просчитал всё на бумаге (ведь размеры 26650 известны - это 26 мм в ширину, 650 мм в длину). Но со всеми опасениями и волнениями я всё же решился на покупку и не пожалел!

Первым делом из вскрытого корпуса батареи шуруповёрта я извлёк старую никель-кадмиевую колбасу:

Решил померять эти банки тестером (окей, мультиметром, не доколупывайтесь до слов!), а потом и Аймаксом, выделил среди них рекордсменов-долгожителей, несколько штук, у которых осталось ещё миллиампер 300 живительной энергии. Но это был скорее спортивный интерес, я и от них впоследсвии избавился.

Ну а отправив на закономерную утилизацию старый комплект аккумуляторв - я принялся устанавливать новый. Для начала я вырезал всю лишнюю мешающую пластмассу с нижней части:

Ну а потом и с верхней частью корпуса батареи я поступил точно так же:

Как видите, внутри остались лишь стойки для скрепляющих корпус винтов (эти стойки я даже немного подточил), остальное я срезал кусачками подчистую. Аккумуляторы я брал сразу с приваренными к ним выводами (табами), расположенными под 90 градусов, поэтому проблем с геометрическим расположением и последовательным соединением их в корпусе не возникло:

Элементы между собой я надёжно проклеивал термоклеем. Соединял их, естественно, вывод к выводу, без лишних проводов, от каждого соединения я подпаял провод с балансировочного разъёма типа "мама", который я решил установить спереди батареи, вырезав под него отверстие в корпусе:

И, в последствии, закрепил его тем же термоклеем. Крайние контакты получившейся батареи я хорошими медными проводами с приличным сечением вывел на верхние площадки. Пришло время закрывать получившуюся конструкцию:

Готовый аккумулятор сразу после сборки во время зарядки - на первом фото, а сейчас он выглядит вот так:

В следующий раз, когда речь зайдёт об этом шуруповёрте, я расскажу о переделке его старой кнопки и встраивании туда МК Atmega8 (платформа Arduino) для реализации мониторинга заряда, плавного пуска и защиты от глубокого разряда аккумулятора. Не переключайтесь!

Понравился материал?

Похожие записи: