Чем можно заменить аккумулятор для шуруповерта?

• Какие характеристики учесть при замене АКБ?
• Преимущества перехода на литий
• Принцип замены Ni-Cd на Li-ion
• Характеристики аккумуляторов
• О емкости
• О мощности АКБ
• Параметры BMS платы
• Параметры зарядного устройства

Портативные шуруповерты работают от аккумуляторных блоков, в состав которых входит несколько элементов питания и плата защиты. Со временем аккумуляторы вырабатывают свой ресурс и подлежат замене. Установка новых аккумуляторов позволяет восстановить работоспособность инструмента. Если его электродвигатель, зажимной патрон и механические детали исправны, вместо покупки нового шуруповерта стоит купить ремкомплект и просто заменить старую АКБ.

Причем заменить можно аккумуляторы любого типа – и современные Li-ion, и старые Ni-Cd модели. В первом случае достаточно купить или собрать самостоятельно АКБ с нужными характеристиками. Для перехода с никель-кадмиевых аккумуляторов на литий в продаже есть комплекты с АКБ, зарядным устройством и зарядным DC разъемом. Наличие в продаже таких комплектов значительно упрощает восстановление старых инструментов и их переделку на Li-ion.

Какие характеристики учесть при замене АКБ?

При замене элементов питания в шуруповерте или другом инструменте обязательно учитываются:

• напряжение – у большинства моделей его значение составляет 12 или 18 В, но бывает и больше, например, есть ударные дрели-шуруповерты на 40 В;
• размеры аккумуляторного блока;
• потребляемая электродвигателем мощность;
• потребляемый ток;
• емкость АКБ.

При делении мощности на напряжение получаем максимальное значение потребляемого инструментом тока. Его обязательно учитывают при выборе и замене АКБ, чтобы не допустить токовых перегрузок. Поэтому в портативном электроинструменте используются высокотоковые аккумуляторы, рассчитанные на токи разряда от 20 А.

Преимущества перехода на литий

В современных шуруповертах и других портативных электроинструментах используются высокоамперные Li-ion аккумуляторы. Их признают лучшими из всех элементов питания, имеющихся в свободной продаже. До развития литий-ионной технологии такие инструменты снабжали никель-кадмиевыми АКБ. Они были дешевыми, быстро заряжались, стабильно работали при температуре до -20 °С.

Главный недостаток Ni-Cd аккумуляторов – токсичность кадмия. К тому же, они уступают Li-ion моделям по удельной энергоемкости, проценту саморазряда и циклическому ресурсу, а также имеют заметный эффект памяти. Если Li-ion батареи можно ставить на зарядку при каком-угодно проценте остаточного заряда, то Ni-Cd перед зарядкой полагается полностью разрядить. Иначе они накапливают и отдают при дальнейшей работе меньше энергии.

Поэтому в вопросе, чем заменить аккумулятор для шуруповерта, есть 2 оптимальных решения:

1. Li-ion – заменяем аналогичным аккумуляторным блоком.

2. Ni-Cd – заменяем высокотоковыми Li-ion элементами. Их суммарный вольтаж должен примерно равняться рабочему напряжению инструмента.

Принцип замены Ni-Cd на Li-ion

Никель-кадмиевые «банки» имеют номинальное напряжение 1,2 В, а литий-ионные – 3,7 В. При последовательном соединении ячеек их напряжение суммируется. Например, для получения батареи на 12 вольт нужно последовательно соединить 10 ячеек типа Ni-Cd или 3 аккумулятора типа Li-ion.

Небольшое изменение напряжения, подаваемого на электродвигатель инструмента, некритично. Например, если увеличить вольтаж АКБ на 20%, это приведет к небольшому возрастанию рабочей мощности электродвигателя. Поэтому при расчете нужного количества ячеек лучше делать округление в большую сторону.

Характеристики аккумуляторов

Высокотоковые Li-ion аккумуляторы чаще всего производятся по литий-марганцевой технологии и имеют следующие характеристики:

• способность работать с большими токами нагрузки – токоотдача до 15–20 А в постоянном режиме и до 30–100 А кратковременно;
• емкость – у элементов типоразмера 18650 равна в среднем 2500 мА·ч;
• номинальное напряжение – 3,7 В;
• диапазон рабочих напряжений – 2,55–4,2 В;
• ресурс – от 600 циклов заряд-разряд (после этого исходный запас емкости снижается на 20%, время автономной работы инструмента постепенно уменьшается, но батарея все еще остается работоспособной);
• безопасность эксплуатации – высокая, обеспечивается BMS платой.

Высокотоковыми являются аккумуляторы Samsung INR18650-30Q, Samsung INR18650-25S, Sanyo UR18650NSX, LG 18650HG2, Murata VTC5. Можно выбрать и другие «банки». Главное, чтобы они были рассчитаны на высокую токоотдачу – от 20 А.

О емкости

Емкость у высокотоковых Li-ion ячеек небольшая – порядка 2500 мА·ч. У литий-кобальтовых аккумуляторов она выше. Но для установки в портативный электроинструмент нужны АКБ, способные выдерживать большие токи нагрузки. Поэтому при выборе элементов питания важнее высокая токоотдача, а не емкость.

Тем не менее, при замене Ni-Cd на Li-ion батарею одинакового вольтажа получаем увеличенный запас емкости. Потому что удельная энергоемкость у любых литий-ионных элементов выше, чем у Ni-Cd. Например, у бытовых шуруповертов напряжением 12–14,4 В емкость Ni-Cd батарей составляет 1000–1400 мА·ч, а у моделей вольтажом 18 В – 1400–2000 мА·ч.

Чтобы превысить эти значения, нам даже не нужно использовать несколько параллелей Li-ion аккумуляторов. Достаточно соединить последовательно столько «банок», сколько нужно для получения номинального вольтажа. Так, для сборки Li-ion батареи на 18 В используем схему 5S1P – соединяем последовательно 5 ячеек Li-ion форм-фактора 18650, емкостью 2500 мА·ч и токоотдачей 20 А. Вес такой батареи составляет 350 г, что позволяет избежать значительного утяжеления инструмента и дополнительных нагрузок при его использовании.

О мощности АКБ

Мощность или энерговооруженность батареи – это параметр, характеризующий количество запасаемой ею энергии. Он рассчитывается умножением значений емкости и напряжения АКБ. В результате есть 2 способа увеличить запас энергии батареи:

• увеличить напряжение – но его величина должна быть близкой к рабочему напряжению электродвигателя;
• увеличить емкость – но важно не утяжелять аккумуляторный блок.

При переходе с Ni-Cd «банок» на Li-ion удается повысить запас емкости и мощность батареи без увеличения ее размеров и веса. При замене литиевой АКБ обычно используют аккумуляторы с теми же характеристиками.

Параметры BMS платы

Для эффективной и безопасной работы литиевых АКБ важно не выходить за границы рабочих напряжений (2,55–4,2 В на ячейку) – избегать глубокого разряда и перезаряда элементов. За соблюдением этого требования следит плата защиты – BMS. Она также контролирует токовые нагрузки и не допускает перегрева элементов.

BMS плата выбирается по 2 параметрам:

1. Число последовательно соединенных «банок» в сборке – указывается рядом с буквой S (3S, 5S, 10S, 11S и т.д.).

2. Ток защиты – максимально допустимое значение токовой нагрузки, при котором срабатывает защита. Обычно на шуруповертах составляет 20 или 22 А.

Например, для сборки из 3 аккумуляторов подойдет BMS 3S с током защиты 20, 22 или 30 А, в зависимости от максимальной величины рабочего тока. В мощных электроинструментах используются АКБ с большими значениями рабочего и импульсного тока. В таких случаях выбирают BMS плату с током защиты 30 или 40 А. Если ток защиты будет меньше пускового или максимального импульсного тока, электродвигатель не сможет запуститься или будет выключаться при работе.

Параметры зарядного устройства

Если вы решили заменить литиевый аккумулятор шуруповерта аналогичной моделью, заряжать ее можно тем же зарядным устройством. Если же был выполнен ремонт с переходом из Ni-Cd элементов на литиевые, использовать старое ЗУ нельзя. В зарядных устройствах для литий-ионных АКБ сочетается генератор тока и стабилизатор предельного напряжения. В процессе зарядки поддерживается постоянное значение тока, а напряжение увеличивается до 4,2 В на элемент. На конечной стадии зарядки значение тока падает до нуля.

При выборе ЗУ учитывают 2 параметра:

1. Число последовательно соединенных ячеек в сборке.

2. Необходимый зарядный ток.

Выходное напряжение ЗУ должно соответствовать количеству аккумуляторов в сборке, умноженному на 4,2 В. Например, для батареи из 3 элементов нужно ЗУ с выходным напряжением 12,6 В, для АКБ из 5 элементов – 21 В, для сборки из 10 ячеек – 42 В. Для подключения ЗУ к аккумуляторному блоку обычно применяется гнездо под штекер 5,5×2,1 мм.

Ранее мы опубликовали статью о том, как правильно заряжать аккумулятор шуруповерта.