Переделка шурика хитачи на литий: Шуруповерт Hitachi Переделать На Литий Ионный • AURAMM.RU

Все для переделки шуруповерта на литий с АлиЭкспресс / Подборки товаров с Aliexpress и не только / iXBT Live

Все для переделки шуруповерта с NiCd на Li-Ion с AliExpress. В топике краткое руководство и ссылки на все необходимые компоненты.

1) Плата BMS защиты

Нужна для защиты аккумуляторов от переразряда, перезаряда, чрезмерно высокого тока и короткого замыкания (КЗ).

Определяемся с выбором. Если шурик на 12V, покупаем 3S BMS, если на 14V, то 4S BMS. Вообще рекомендую сразу же переделывать на 4S, т.к. и мощность вырастет и будет более полно использоваться батарея. Плата BMS в таком случае обязательна, иначе убьете батарею за пару месяцев! Оптимальный ток защиты по току 30-40А.

Плата 3S BMS:

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Более тысячи заказов, отслеживается.

Плата 4S BMS:

Ссылка на товар (на 30А) — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар (на 40А) — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар (на 40А) — ЗДЕСЬ

2) Высокотоковые аккумуляторы

Необходимы хорошие банки с токоотдачей не мене 15А. Идеально подходят по соотношению цена/качество LG HE4 2500mah (желтые «бананы»), Samsung 25R 2500mah, Samsung 30Q 3000mah и LG HG4 3000mah («шоколадки»). Для шурика пойдут и перепаковки под брендом Liitokala, Varikore и прочие.

LG HG4 3000mah — ЗДЕСЬ

LG HG4 3000mah с приваренными контактами — ЗДЕСЬ

Еще один вариант с приваренными контактами — ЗДЕСЬ

Samsung 25R — ЗДЕСЬ

Samsung 30Q — ЗДЕСЬ

Более нескольких тысяч заказов везде, нормальное качество.

3) Никелевая лента для сварки/пайки

Необходима для соединения аккумуляторов в батарею. Можно использовать и обычный многожильный провод большого сечения, но лента предпочтительнее. Если будете паять, то берите перфорированную ленту!

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

4) Точечная сварка «на коленке»

Представляет собой два ионистора (суперконденсатора), соединенные параллельно. Заряд высокий, позволяет сваривать намертво. Покупать не менее двух, иначе заряда не хватит для нормальной сварки.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

5) Стабилизатор питания

Можно попробовать заряжать от стандартного зарядного устройства, но с большой долей вероятности балансировка работать не будет. Данная плата позволяет заряжать фиксированным током до 5А (лучше не превышать 2А), подключается после выводов стандартной зарядки.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

6) Минивольтметр 0,28 дюймов

Предназначен для контроля заряда. Просто и удобно. Монтируется в батарею.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

7) Держатели (холдеры) для 18650 банок

Больше дополнительный аксессуар. Предназначен для защиты банок от КЗ при падениях собранной батареи. Можно просто обмотать банки изолентой, но это менее надежно.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

8) Запасной электродвигатель для шурика

На всякий пожарный. Пригодится просто для запаса. Стоит копейки, около 6 баксов. Есть с шестерней и без нее.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

9) Качественный припой Kaina

Паять все равно придется, поэтому используйте лучший припой всех времен и народов (без шуток). Сам был удивлен, когда попробовал. С флюсом внутри!

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

10) Отдельный балансир

На случай, если кто купил плату БМС без оной. Выравнивает заряд на всех банках.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

11) Многоштырьковый разъем для отдельной зарядки

На случай, если не устраивает встроенный медленный балансир и планируется зарядка от модельной, типа Аймакс, Айчарджер и прочие. рекомендую вывести и раз в пару месяцев балансировать на такой зарядке. Дополнительно купите заглушку за 50 центов, чтобы грязь туда не попадала! Разъем практически не выступает за пределы корпуса.

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Ссылка на товар — ЗДЕСЬ

Пока на этом заканчиваю. Если тема будет интересна, в следующем топике расскажу как все это соединить воедино, плюс пару лайфхаков использования, 😉

Еще интересное:

Подборка автотоваров ЗДЕСЬ

Предыдущая автоподборка ЗДЕСЬ

Еще одна автоподборка ЗДЕСЬ

Предыдущаяподборка автотоваров ЗДЕСЬ

Предыдущие подборки ЗДЕСЬ, ЗДЕСЬи ЗДЕСЬ

Еще одна интересная подборка ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ

Либо смотрите в моем профиле ЗДЕСЬ

Первая часть насадок для электроинструмента ЗДЕСЬ

Вторая часть насадок для электроинструмента ЗДЕСЬ

Третья часть насадок для электроинструмента ЗДЕСЬ

Больше интересных товаров по выгодным ценам смотрите в группе GOODSFM

Очередная переделка шуруповерта на литий + решаем проблемы платы BMS

Давно не было обзора переделки шуруповерта на литий 🙂

Обзор посвящен в основном плате BMS, но будут ссылки и еще на некоторые мелочи, задействованные в переводе моего старого шуруповерта на литиевые батареи формата 18650.

Коротко — эту плату брать можно, после небольшого допиливания она вполне нормально работает в шуруповерте.

ЗЫ: много текста, картинки без спойлеров.

P.S. Обзор почти юбилейный на сайте — 58000-й, если верить адресной строке браузера 😉

Зачем все это

Трудится у меня уже несколько лет купленный в строймаге по дешевке безымянный двухскоростной шуруповерт на 14.4 вольта. Точнее, не прям совсем безымянный — на нем проставлена марка этого строймага, но и не какой-то именитый. На удивление живуч, до сих пор не сломался и выполняет все, что я от него требую — и сверление, и закручивание-раскручивание шурупов, и как намотчик трудится 🙂

Но вот его родные NiMH аккумуляторы так долго работать не захотели. Один из двух комплектных окончательно сдох год назад после 3 лет эксплуатации, второй в последнее время уже не жил, а существовал — полной зарядки хватало на 15-20 минут работы шуруповерта с перерывами.

Сначала я хотел обойтись малыми силами и просто заменить старые банки на такие же новые. Купил вот эти у вот этого продавца — https://aliexpress.com/item/item/Russian-seller-18-pcs-Sub-C-SC-battery-1-2V-1300mAh-Ni-Cd-NiCd-Rechargeable-Battery/32660234790.html

Они отлично работали (хотя и немного хуже родных) целых два или три месяца, после чего сдохли быстро и полностью — после полного заряда их не хватало даже на закрутить десяток шурупов. Не рекомендую брать у него аккумуляторы — хотя емкость изначально соответствовала обещанной, долго они не протянули.

И я понял, что придется все-таки заморочиться.

Ну и теперь о главном 🙂

Повыбирав на Али из предлагаемых плат BMS, остановился на обозреваемой, по ее размерам и параметрам:

• Модель: 548604
• Отключение по перезаряду при напряжении: 4.28+ 0.05 V (на ячейку)
• Восстановление после отключение по перезаряду при напряжении: 4.095-4.195V (на ячейку)
• Отключение по переразряду при напряжении: 2.55±0.08 (на ячейку)
• Задержка отключения по перезаряду: 0. 1s
• Температурный диапазон: -30-80
• Задержка отключения по КЗ: 100ms
• Задержка отключения по превышению тока: 500 ms
• Ток балансировки ячеек: 60mA
• Рабочий ток: 30A
• Максимальный ток (срабатывание защиты): 60A
• Работа защиты по КЗ: самовосстановление после отключения нагрузки
• Размеры: 45x56mm
• Основные функции: защита от перезаряда, защита от переразряда, защита от КЗ, защита от перегрузки по току, балансировка.

Вроде все отлично подходит для задуманного, наивно думал я 🙂 Нет, чтобы почитать обзоры других BMS, а главное — комментарии к ним… Но мы же предпочитаем свои грабли, и только наступив на них, узнаем, что авторство на эти грабли уже давным давно и множество раз описано в инете 🙂

Все компоненты платы размещены на одной стороне:

Вторая сторона пустая и покрыта белой маской:

Часть, отвечающая за балансировку при заряде:

Эта часть отвечает за защиту ячеек от перезаряда/переразряда и она же отвечает за общую защиту от КЗ:

Мосфеты:

Собрано аккуратно, откровенных разводов флюса нет, вид вполне приличный. В комплекте шел хвост с разъемом, был сразу воткнут в плату. Длина проводов в этом разъеме — около 20-25 см. К сожалению, сразу его не сфотографировал.

Что еще заказал именно для этой переделки:

Аккумуляторы — https://aliexpress.com/item/item/6pcs-lot-LiitoKala-LG-HG2-18650-18650-3000mah-electronic-cigarette-Rechargeable-batteries-power-high-discharge-30A/32793701336.html

Никелевые полоски для спайки аккумуляторов: https://aliexpress.ru/item/item/32962881106.html (да, знаю, что можно спаять и проводами, но полосками будет занято меньше пространства и получится эстетичнее :)) Да и изначально я хотел даже собрать контактную сварку (не только для этой переделки, конечно), поэтому и заказал полоски, но лень победила и пришлось паять.

Выбрав свободный день (точнее, нагло послав все остальные дела подальше), я взялся за переделку. Для начала разобрал батарею со сдохшими китайскими аккумуляторами, выкинул аккумуляторы и тщательно замерил пространство внутри. После чего сел рисовать держатель батарей и платы в 3D-редакторе. Плату тоже пришлось нарисовать (без подробностей) чтобы примерить все в сборе. Получилось как-то так:

По задумке плата крепится сверху, одной стороной в пазы, вторая сторона зажимается накладкой, сама плата серединой лежит на выступающей плоскости, чтобы при ее прижатии она не прогибалась. Сам держатель сделан такого размера, чтобы плотно сидеть внутри корпуса батареи и не болтаться там.

Сначала подумывал сделать пружинные контакты для аккумуляторов, но отказался от этой мысли. Для больших токов это не лучший вариант, поэтому оставил в держателе вырезы для никелевых полосок, которыми аккумуляторы будут спаяны. Так же оставил вертикальные вырезы для проводов, которые должны выходить от межбаночных соединений за пределы крышки.

Поставил печататься на 3D-принтере из ABS и через несколько часов все было готово 🙂

Прикручивание всего навесного я решил не доверять шурупам и вплавил в корпус вот такие вставные гаечки М2.5:

Брал тут — https://aliexpress. com/item/item/200pcs-M2-5-x-4mm-x-OD-3-5mm-Injection-Molding-Brass-Knurled-Thread-Inserts-Nuts/32428033377.html

Отличная вещь для подобного применения! Вплавляется не спеша паяльником. Чтобы пластик не набился внутрь при вплавлении в глухие отверстия, я вкручивал в эту гайку болтик подходящей длины и грел его шляпку жалом паяльника с большой каплей олова для лучшей теплопередачи. Отверстия в пластике под эти гайки оставляются чуть меньше (на 0.1-0.2 мм) диаметра внешней гладкой (средней) части гайки. Держатся очень крепко, можно сколько угодно вкручивать-выкручивать болтики и не особо стесняться с усилием затяжки.

Для того чтобы иметь возможность побаночного контроля и, при необходимости, зарядки с внешней балансировкой, в задней стенке батареи будет торчать 5-контактный разъем, для которого я быстро накидал платку и изготовил ее на станке:

В держателе предусмотрена площадка для этой платки.

Как я уже писал, аккумуляторы я спаивал никелевыми полосками. Увы, этот метод не лишен недостатков и один из аккумуляторов возмутился таким обращением с ним настолько, что оставил на своих контактах только 0.2 вольта. Пришлось его выпаивать и паять другой, благо брал их с запасом. В остальном никаких трудностей не возникло. С помощью кислоты лудим контакты аккумулятора и нарезанные по нужной длине никелевые полоски, потом тщательно протираем ватой со спиртом (но можно и с водой) все залуженное и вокруг него, и паяем. Паяльник должен быть мощным и либо уметь очень резво реагировать на остывание жала, либо просто иметь массивное жало, которое не остынет мгновенно при контакте с массивной железкой.
Очень важно: во время пайки и при всех последующих операциях со спаянным блоком аккумуляторов нужно внимательнейшим образом следить за тем, чтобы не замкнуть какие-либо контакты аккумуляторов! Кроме того, как указал в комментариях ybxtuj, очень желательно паять их разряженными, и я абсолютно согласен с ним, так последствия будут легче если все-таки что-то замкнется. КЗ такой батареи, даже разряженной, может привести к большим неприятностям.

К трем промежуточным соединениям между аккумуляторами припаял провода — они пойдут на разъем платы BMS для контроля за банками и на внешний разъем. Забегая вперед, хочу сказать, что с этими проводами я проделал немного лишней работы — их можно не вести к разъему платы, а припаять к соответствующим контактам B1, B2 и B3. Эти контакты на самой плате соединены с контактами разъема.

Кстати, я везде использовал провода в силиконовой изоляции — совершенно не реагируют на нагрев и очень гибкие. Покупал на Ебее нескольких сечений, но точную ссылку уже не помню… Очень они мне нравятся, но есть и минус — силиконовая изоляция не слишком прочна механически и легко повреждается острыми предметами.

Примерил аккумуляторы и плату в держателе — все превосходно:

А вот для чего я оставлял запас по глубине пазов для аккумуляторов:

Это силиконовые самоклеящиеся ножки. Такие же наклеены и на дно пазов, глубина которых рассчитана так, что при закручивании крышки эти ножки прижимают с обеих сторон аккумуляторы, не давая им болтаться и при этом в силу своей упругости не оказывая существенного давления на них. Кстати, эти ножки очень хороши и в качестве именно ножек (как ни странно :)) — упругие и совершенно не скользят. Маст хейв в арсенале самодельщика 🙂

Брал эти ножки тут — https://aliexpress.com/item/item/500pcs-8-4mm-3M-self-adhesive-soft-clear-anti-slip-bumpers-silicone-rubber-feet-pads-high/32241890556.html

Примерил платку с разъемом, дремелем выпилил в корпусе батареи отверстие под разъем… и промахнулся по высоте, не от той плоскости взял размер. Получилась приличная такая щель:

Теперь остается спаять все в кучу.

На свою платку припаял идущий в комплекте хвост, обрезав его по нужной длине:

Туда же впаял провода от межбаночных соединений. Хотя, как я уже писал, можно было припаять их на соответствующие контакты платы BMS, но тут есть и неудобство — чтобы вытащить аккумуляторы нужно будет отпаивать от BMS не только плюс и минус, но и еще три провода, а сейчас можно просто выдернуть разъем.

Немного повозиться пришлось с контактами батареи: в родном исполнении пластиковая деталь (держащая контакты) внутри ножки батареи поджимается одним аккумулятором, стоящим прямо под ней, а сейчас пришлось думать чем эту деталь зафиксировать, да так чтобы не намертво. Вот эта деталь:

В конце концов взял кусок силикона (остался от заливки какой-то формы), отрезал от него примерно подходящий кусок и вставил в ножку, поджав ту деталь. Заодно этот же кусок силикона прижимает держатель с платой, ничего болтаться не будет.

На всякий случай проложил поверх контактов каптоновую изоленту, провода прихватил несколькими соплями каплями термоклея, чтобы они не попали между половинками корпуса при его сборке.

Зарядка и балансировка

Зарядку я оставил родную от шуруповерта, она как раз выдает на холостом ходу около 17 вольт. Правда, зарядка тупа и никакой стабилизации тока или напряжения в ней нет, есть только таймер, отключающий ее примерно через час после начала заряда. Ток выдает около 1.7А, что хоть и многовато, но допустимо для этих аккумуляторов. Но это пока я не доделаю ее до нормальной, со стабилизацией тока и напряжения. Потому что сейчас плата отказывается балансировать одну из ячеек, имевшую изначально заряд на 0. 2 вольта больше. BMS отключает заряд когда напряжение на этой ячейке доходит до 4.3 вольта, соответственно на остальных оно остается в пределах 4.1 вольта.

Читал где-то утверждение, что эта BMS нормально балансирует только с зарядкой CV/CC, когда ток под конец заряда постепенно снижается. Возможно, это так и есть, так что впереди меня ждет модернизация зарядки 🙂

Разряжать до конца не пробовал, но уверен, что защита по разряду сработает. На Ютубе есть ролики с тестами этой платы, все работает как положено.

А теперь о граблях

Все банки заряжены до 3.6 вольт, все готово к запуску. Вставляю батарею в шуруповерт, нажимаю курок и… Уверен, что не один человек, знакомый с этими граблями, сейчас подумал «И хрен стартанул у тебя шуруповерт» 🙂 Абсолютно верно, шуруповерт слегка дернулся и все. Отпускаю курок, нажимаю снова — то же самое. Нажимаю плавно — стартует и разгоняется, но стоит стартануть его чуть порезче — отказ.

«Вот же . ..», подумал я. Китаец, наверное, указал в спецификации китайские амперы. Ну да ладно, у меня есть отличная толстая нихромовая проволока, сейчас я напаяю ее кусок поверх резисторов-шунтов (стоят два по 0.004 Ома в параллель) и настанет мне если и не счастье, то хотя бы какое-то улучшение ситуации. Улучшение не настало. Даже когда я вообще исключил из работы шунт, просто припаяв минус батареи после него. То есть не то что улучшений не настало, а не настало вообще никаких изменений.

И вот тогда я полез в инет и обнаружил, что копирайт на эти грабли мне не светит — они давно уже исхожены другими. Но вот решения как-то не было видно, кроме кардинального — покупать плату, подходящую именно для шуруповертов.

И решил я попробовать все же доковыряться до корня проблемы.

Предположения что срабатывает защита от перегрузки при пусковых токах я отмел, так как даже без шунта ничего не менялось.

Но все же посмотрел осциллографом на самодельном шунте 0.077 ома между аккумуляторами и платой — да, ШИМ видно, резкие пики потребления с частотой примерно 4 кГц, через 10-15 мс после начала пиков плата отрубает нагрузку. Но эти пики показывали меньше 15 ампер (исходя из сопротивления шунта), так что точно дело не в токовой перегрузке (как оказалось впоследствии, это не совсем верно). Да и керамическое сопротивление 1 Ом не вызывало отключения, а ведь ток тоже под 15 ампер.

Был еще вариант кратковременной просадки на банках при пуске, от чего срабатывает защита от переразряда и я полез смотреть что творится на банках. Ну да, там ужас творится — пиковая просадка до 2.3 вольта на всех банках, но она очень короткая — меньше миллисекунды, тогда как плата обещает ждать сотню миллисекунд перед тем как врубит защиту от переразряда. «Китайцы указали китайские миллисекунды», подумал я и полез смотреть схему контроля напряжения банок. Оказалось, что в ней стоят RC-фильтры, сглаживающие резкие изменения (R=100 Om, C=3.3 uF). После этих фильтров — уже на входе микросхем, контролирующих банки, просадка была поменьше — всего до 2.8 вольт. Кстати, вот даташит на микросхемы контроля банок на этой плате DW01B — www. zahranvane.com/Download?file=298&name=DW01B.pdf

По даташиту время реакции на переразряд тоже немалое — от 40 до 100 мс, что не вписывается в картину. Но ладно, предположить больше нечего, поэтому поменяю-ка я сопротивления в RC-фильтрах со 100 Ом на 1 кОм. Это кардинально улучшило картину на входе микросхем, просадок меньше 3.2 вольт там больше не было. Но ничуть не изменило поведение шуруповерта — чуть более резкий старт — и затык.

«Пойдем простым логическим ходом»©. Отрубать нагрузку могут только эти микросхемы DW01B, которые контролируют все параметры разряда. И я просмотрел осциллографом управляющие выходы всех четырех микросхем. Все четыре микросхемы никаких попыток отключить нагрузку при старте шуруповерта не делают. А с затворов мосфетов управляющее напряжение пропадает. Или мистика или китайцы что-то навертели в простой схеме, которая должна быть между микросхемами и мосфетами.

И начал я реверс-инжиниринг этой части платы. С матюками и бегая от микроскопа к компьютеру.

Вот что нарисовалось в итоге:

В зеленом прямоугольнике — это сами аккумуляторы. В синем — ключи с выходов микросхем защиты, тоже ничего интересного, в нормальной ситуации их выходы на R2,R10 просто «висят в воздухе». Самая интересная часть — в красном квадрате, вот тут-то, как оказалось, собака и порылась. Мосфеты я нарисовал по одному для упрощения, левый отвечает за разряд в нагрузку, правый за заряд.

Насколько я понял, причина отключения в резисторе R6. Через него организована «железная» защита от токовой перегрузки за счет падения напряжения на самом мосфете. Причем эта защита работает как триггер — стоит напряжению на базе VT1 начать повышаться, как он начинает снижать напряжение на затворе VT4, от чего тот начинает снижать проводимость, на нем повышается падение напряжения, что приводит к еще большему увеличению напряжения на базе VT1 и пошел лавинообразный процесс, приводящий к полному открытию VT1 и, соответственно, закрытию VT4. Почему это происходит при пуске шуруповерта, когда пики тока не достигают и 15А, тогда как постоянная нагрузка в 15А работает — я не знаю. Возможно тут играет роль емкость элементов схемы или индуктивность нагрузки.

Для проверки я сначала сделал симуляцию этой части схемы:

И вот что получил по результатам ее работы:

По оси X — время в миллисекундах, по Y — напряжение в вольтах.

На нижнем графике — включение нагрузки (на цифры по Y можно не смотреть, они условны, просто вверх — нагрузка включена, вниз — выключена). Нагрузкой является сопротивление 1 Ом.

На верхнем графике красным — ток нагрузки, синим — напряжение на затворе мосфета. Как видно, напряжение на затворе (синим) снижается с каждым импульсом тока нагрузки и в конце концов падает до нуля, а значит нагрузка отключается. И не восстанавливается даже когда нагрузка перестает пытаться что-то потреблять (после 2 миллисекунд). И хотя здесь применены другие мосфеты с другими параметрами, картина один в один как в плате BMS — попытка старта и отключение через считанные миллисекунды.

Ну что ж, примем это за рабочую гипотезу и вооружившись новыми знаниями попробуем разгрызть этот кусок науки китайца 🙂

Тут есть два варианта:

1. Поставить небольшой конденсатор параллельно резистору R1, это:

Конденсатор 0.1 мкф, по симуляции можно и меньше, до 1 нф.

Результат симуляции в таком варианте:

2. Убрать вообще резистор R6:

Результат симуляции этого варианта:

Я попробовал оба варианта — оба работают. Во втором варианте шуруповерт не отключается ни при каких обстоятельствах — старт, блокировка вращения — крутит (или изо всех сил пытается). Но как-то не совсем спокойно жить с отключенной защитой, хотя еще и остается защита от КЗ на микросхемах.

При первом варианте шуруповерт уверенно стартует при любом нажатии. Добиться отключения я смог только когда стартовал его на второй скорости (повышенная для сверления) с заблокированным патроном. Но и то он довольно сильно дергает перед отключением. На первой скорости я не смог добиться его отключения. Этот вариант я и оставил себе, меня он полностью устраивает.

На плате даже есть пустые места для компонентов и одно из них как будто специально предназначено для этого конденсатора. Рассчитано оно под размер SMD 0603, сюда я и впаял 0.1 мкф (обвел его красным):

ИТОГ

Плата вполне оправдала ожидания, хотя и преподнесла сюрприз 🙂

Плюсы и минусы расписывать не вижу смысла, все это в ее параметрах, укажу только одно достоинство: совершенно незначительная доработка превращает эту плату в полноценно работающую с шуруповертами 🙂

ЗЫ: блин, я шуруповерт переделывал меньше времени, чем писал этот обзор 🙂

ЗЗЫ: возможно меня поправят в чем-то более опытные в силовой и аналоговой схемотехнике товарищи, сам-то я цифровик и аналог воспринимаю через пень колоду 🙂

Исследования и разработки: Hitachi

Емкость аккумулятора может быть восстановлена ​​за счет реактивации ионов лития, не способствующих заряду и разряду аккумулятора, путем сочетания диагностики аккумулятора и электрохимического процесса

Рис. Ионные батареи с использованием электрохимического процесса
(a) Внутренняя диагностика батареи и реактивация ионно-литиевых (Li ⁺ );
(b) Продление срока службы за счет восстановления емкости хранилища

Компания Hitachi разработала технологию восстановления емкости для продления срока службы литий-ионных аккумуляторов (LIB), встроенных в системы хранения энергии, неразрушающим образом. Это новшество способствует переходу на преимущественно возобновляемые источники энергии для энергосистем и переходу на электрическую мобильность. Емкость ЛИА снижается при повторяющихся длительных зарядах и разрядах, и тогда необходима замена батареи, когда производительность аккумуляторной системы не соответствует требованиям владельца батареи. Эта новая технология восстановления емкости количественно оценивает количество дезактивированных ионов лития (Li ⁺ ) ^*1 , которые не способствуют заряду и разряду неразрушающим образом, а затем реактивируют дезактивированные ионы лития с помощью электрохимического процесса, выполняемого в соответствии с особыми условиями, определяемыми новой программой анализа. В ячейке LIB ^*2 с использованием обычных материалов мы подтвердили, что эта технология продлевает срок службы LIB на 20 % за счет восстановления 5 % емкости хранения, когда она падает ниже 80 % от начальной емкости ^*3 . Кроме того, мы не обнаружили каких-либо повреждений материалов, содержащихся в ЛИА, после этого электрохимического процесса. Hitachi стремится популяризировать высокоэффективные и устойчивые энергетические системы и вносит свой вклад в создание обезуглероженного общества за счет широкого использования этой технологии различными операторами, от передачи и распределения электроэнергии до предприятий электромобилей.
Мы планируем представить некоторые результаты этих исследований и разработок на Европейском инновационном форуме Hitachi, который состоится 5 ноября 2021 года в Глазго, Шотландия.

Ожидается, что будущий спрос на литий-ионные аккумуляторы будет расти как стационарные системы накопления энергии, используемые для возобновляемых источников энергии, и как источники питания для электромобилей. Однако производство и распространение редких металлов, используемых в батареях, ограничено, что может сократить предложение в будущем. Кроме того, производство и утилизация ЛИА требуют огромного количества энергии. Таким образом, предотвращение ухудшения характеристик во время использования и продление срока службы имеют решающее значение для создания устойчивого общества, ориентированного на переработку. Также важны инициативы по эффективному использованию LIB при повторном использовании этих батарей для широкого спектра приложений. В свете этих потребностей компания Hitachi разработала базовую технологию для количественной оценки состояния деградации ЛИА неразрушающим методом и восстановления емкости хранилища для увеличения срока службы (рис. 1). Отличительные особенности этой новой технологии описаны ниже.

1. Технология неразрушающей количественной диагностики деградации ЛИА

Факторы, снижающие емкость ЛИА, в основном подразделяются на (A) деградацию положительных электродов, (B) деградацию отрицательных электродов и (C) дезактивацию ионов лития. [Рис. 2 (а)]. При этом Hitachi сосредоточилась на технологиях восстановления емкости хранения с помощью внешнего электрохимического процесса для повторной активации дезактивированных ионов лития. В частности, разряд в диапазоне, превышающем нижний предел обычно используемого напряжения батареи, временно увеличивает потенциал ^*4 отрицательного электрода для извлечения ионов лития, не участвующих в заряде и разряде отрицательного электрода ЛИА. Чтобы определить безопасный уровень приложенного тока, предотвращающий повреждение материала, возгорание или другие подобные опасности в ЛИА во время этого процесса, новая технология количественно оценивает состояние деградации в ЛИА неразрушающим образом. На рис. 2(b), показывающем взаимосвязь между емкостью аккумулятора ЛИА и напряжением (далее «кривая емкость-напряжение»), мы специально сосредоточились на уменьшении длины кривой «напряжение-емкость» в сочетании с деградацией батареи. Путем сравнения кривых емкость-напряжение для положительного и отрицательного электродов, измеренных и сохраненных в базе данных заранее, и фактической кривой емкости-напряжения изношенной батареи, мы рассчитали величину потерянной емкости для каждого из трех факторов, описанных выше. Из этих трех факторов мы получили количество дезактивированных ионов лития в электролите для (С) по разнице в положениях вольт-амперных кривых для положительного и отрицательного электродов [рис. 2 (b)], а затем рассчитал допустимый уровень приложенного тока для безопасной реактивации ионов лития, используя это значение и уникальную программу анализа.

Рис. 2 Технология неразрушающей количественной диагностики деградации литий-ионных аккумуляторов
(a) Факторы, снижающие емкость аккумулятора;
(b) Изменения кривых вольт-амперной емкости, вызванные каждым фактором деградации и восстановлением накопительной емкости

2. Технология восстановления накопительной емкости с использованием управления импульсным током

Ток концентрируется вокруг внешних выводов электродов и повреждает материал в этой области, как показано, при непрерывной подаче тока, даже если на уровне, рассчитанном с помощью описанной выше технологии. Поэтому компания Hitachi использовала свой опыт, накопленный в технологиях управления LIB, для разделения подаваемого тока на импульсные токи ^*5 менее нескольких секунд. Мы открыли способ облегчения реакции реактивации ионов лития с использованием интервалов импульсного тока, который эффективно предотвращает деградацию материала. В результате оптимизации различных условий управления импульсным током мы подтвердили, что электрохимический процесс, управляемый с помощью импульсных токов, восстанавливает 5% накопительной емкости элемента ЛИА с использованием стандартных материалов после падения ниже 80% начальной емкости из-за повторяющейся зарядки и разрядки и продлевает срок службы на 20%. Разборка для анализа структуры материала и химического состава ЛИА с использованием этого метода восстановления также подтвердила отсутствие повреждений внутренних материалов даже после электрохимического процесса ^*6 .

В будущем Hitachi будет сотрудничать с клиентами, которые хотят продлить срок службы систем хранения LIB, чтобы исследовать эффективность восстановления емкости при адаптации этой новой технологии к системам хранения, используемым в различных условиях. Наша цель — продлить срок службы систем заказчика, снизить эксплуатационные расходы, повысить эффективность работы, сэкономить ресурсы и снизить энергопотребление.

*1

Деактивированные ионы лития относятся к ионам лития, которые превратились в соединения лития или были ограничены в отрицательном электроде и больше не участвуют в зарядке и разрядке.

*2

Ячейка относится к минимальной рабочей единице в батарее. Аккумуляторная система накопления энергии большей емкости состоит из множества ячеек, соединенных параллельно и/или последовательно. В этом исследовании использовались элементы, которые используют графит в отрицательном электроде и литий-никель-кобальт-марганцевый оксид в положительном электроде.

*3

Срок службы относится к сроку службы до тех пор, пока емкость LIB не упадет ниже требований к емкости системы накопления энергии. В этом исследовании определяется потребность в мощности как остаточная мощность, которая составляет 80% от начальной мощности. Испытание циклами зарядки/разрядки от 0% до 100% при 50°C со скоростью заряда и разряда 1C доказало, что диагностика батареи и процесс восстановления емкости увеличивают количество циклов на 20% до достижения 80% начальной емкости батареи. . Скорость заряда и разряда в 1С — это текущее значение, необходимое для полной зарядки или разрядки емкости аккумулятора за один час.

*4

Потенциал относится к потенциальной энергии, связанной с количеством электричества (электрического заряда), переносимого частицами или объектами.

*5

Импульсный ток относится к мгновенному току, протекающему в течение короткого периода времени.

*6

Рентгеноструктурный анализ и спектроскопия комбинационного рассеяния не выявили повреждений кристаллической структуры материалов положительного и отрицательного электродов до или после процесса восстановления емкости. Кроме того, атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой подтвердила отсутствие вымывания ионов металлов из электродов в раствор электролита после восстановления емкости.

Видео об управлении жизненным циклом аккумуляторов

Development Group, Hitachi, Ltd. Не забудьте указать название статьи.

Переделка шуруповерта на Hitachi Lithium

Проблема, стоящая перед каждым, у кого дома есть какой-либо электроинструмент, работающий от аккумулятора, — увеличение срока их службы. В основном все бытовые модели шуруповертов комплектуются металлгидридными (NiMH) или никель-кадмиевыми (NiCd) аккумуляторами. И связано это в первую очередь с их более низкой ценой по сравнению с литий-ионными (Li-ion) аналогами.

Несмотря на высокую стоимость, последний во многих отношениях предпочтительнее. Достаточно указать только два. Практически полное отсутствие саморазряда и более длительный срок хранения. Использовать шуруповерт в быту не обязательно, а лишь изредка, поэтому есть смысл переделать аккумулятор шуруповерта с NiCd (или NiMH) на литий-ионный аккумулятор самостоятельно, не тратя деньги на образец промышленного производства . Как это сделать — в этой статье.

Все указанные ниже напряжения даны только для одной из моделей отверток, как пример расчетов.

Алгоритм переделки аккумулятора в литий-ионный

Выбор аккумулятора

Здесь стоит вспомнить среднюю школу. При последовательном соединении аккумуляторов их номинальное напряжение суммируется. Например, если шуруповерту для нормальной работы требуется 14,4 В, то вместо одного (обычного) аккумулятора достаточно купить 4 штуки по 3,3 В. Этого будет достаточно, так как литий-ионные элементы не слишком сильно садятся при включите инструмент.

Выбор инструментов и материалов

Исходя из вышеизложенного, паяльник следует выбирать такой, чтобы его мощности было достаточно для быстрого плавления припоя. Автор использовал самые распространенные в быту. 65 Вт/220. С инструментом большей мощности. 100 Вт. Работать сложнее, так как перегрева сложно избежать. Тут нужен опыт и аккуратность. То же самое касается паяльника мощностью 40 Вт. Приходится увеличивать время нагрева, так можно «перегнуть палку». Хотя это рекомендация, основанная на личном опыте, автор не вправе навязывать свое мнение.

Установка литий-ионного аккумулятора

Подготовка «сборки»

Перед тем, как приступить к пайке, следует определиться с компоновкой батарейного отсека. То есть расположите все элементы так, чтобы они удобно в нее вписались. После этого купленные батареи скрепляются скотчем (ПВХ, скотч).

Обращение с контактами мини-аккумулятора

Они постепенно окисляются. Поэтому их нужно немного почистить. Это легко, с помощью мелкозернистой (шлифовальной) шкурки.

Рекомендации по пайке

• Начинается с обезжиривания «контактной» части аккумулятора и кратковременного нагрева нанесенного припоя. Лужение лучше всего легко плавить, например, ПОС-40. Паяльник должен соприкасаться с металлом батареи не более 1,2. 2 секунды. Особое внимание при пайке плюсового вывода.
• В качестве соединительных проводов целесообразно использовать медные провода сечением не менее 2,5 «квадрата». Их обязательно утепляют термокембриком.
• Все мини-аккумуляторы соединяются перемычками по схеме. В качестве таковой используется проволока или «шины» из полосок тонкого металла.
• Завершающим этапом является присоединение проводов к клеммам батарейного отсека. Если в нем сложно уложить сборку, следует снять ребра жесткости. Они сделаны из пластика, поэтому с помощью бокорезов избавиться от них несложно.

Схема распиновки

• «». 5 и 9.
• «-». 1 и 6.
• Балансировка контактов (по возрастанию). 2, 7, 3, 8 и 4.

Разъемы для подключения к зарядному устройству подбираются в зависимости от его модели. Оба соединительных кабеля припаяны по схеме.

Полезные советы

Несмотря на то, что использование литий-ионных аккумуляторов дает множество преимуществ. Отсутствие «памяти» аккумулятора, крайне низкий саморазряд, возможность работы шуруповертом при низких температурах, длительный (до 8 лет) срок годности. Они более чувствительны к соблюдению технологии зарядки. Если не контролировать номинал напряжения, то литий-ионные аккумуляторы быстро выходят из строя. Поэтому придется приобрести специальное, более дорогое зарядное устройство. Та, которой изначально комплектовалась отвертка, не подходит для литий-ионных аккумуляторов.

В Интернете есть рекомендации по повторному использованию литий-ионных аккумуляторов, которые ранее устанавливались в другие технические устройства. Например, для обеспечения автономной работы ноутбука или телефона (сотового). Есть много вариантов. Автор предлагает задать простой вопрос. Рациональна ли такая экономия, если бывшие в употреблении изделия не обеспечивают нормальное функционирование шуруповерта с учетом специфики использования данного электроинструмента? Возможно, какое-то время он будет выполнять свою задачу, но насколько эффективно и как долго — вопрос вполне закономерный. Поэтому такие советы различных «самоделок» вряд ли заслуживают внимания.

Автор обращает внимание на то, что без достаточных знаний в области радиотехники заниматься самостоятельным изготовлением электронных плат нецелесообразно. Малейшая ошибка, например, в подборе деталей для схемы балансировки приведет к тому, что элементы начнут «вылетать» один за другим, и заниматься ими придется регулярно, заменяя их на новые мини- батареи.

Рекомендуемое чтение:

Почему окисляются клеммы на автомобильном аккумуляторе

Характеристики грузовых аккумуляторов

Сколько времени заряжается автомобильный аккумулятор

Нужно ли полностью разряжать аккумулятор нового смартфона

Как зарядить аккумулятор ноутбука без ноутбука

Как узнать год выпуска аккумулятора

5 комментарии

У меня один вопрос. Если я куплю бмск, то смогу зарядить аккумуляторы собственным зарядным устройством. Если нет, то чем заряжать?

Это именно тот ответ, который я искал много месяцев. Уже надоело смотреть обзоры на ютубе, читать статьи, везде одно и то же, все тупо рассказывают как припаять BMC к аккумуляторам и все.

Хотелось бы узнать, ну переделал, ну собрал, а зарядить потом, без колхоза, без лишних приспособлений, грубо говоря по аналогии со штатным использованием. Если такой возможности нет, то это ваши бредовые переделки, ибо у литиевых аккумуляторов сотни минусов по сравнению с никель-кадмиевыми. А плюсов всего два, сила тока и вес всей конструкции. Но все это убивается шаманством с зарядкой.

Автор статьи указывает насколько вы правы и считаете что прежде чем браться за переделку надо взвесить все за и против, оценить экономическую составляющую всех вопросов из чего и как все планы будут собираться и потом работать . Например, нет идеи купить шурик на никеле, чтобы потом переделать его на литий, заодно купив для него аккумуляторы, плату управления, а возможно и не соответствующую типу акк.

Например, у литий-дым-фосфатных аккумуляторов, как автор, указал очень хорошие показатели по току и они вроде как не очень чувствительны к незначительным нарушениям режимов разряда. Но они не высасывают аналогичные номинальные напряжения с литиевыми аккумуляторами, да и условия и отсечки по окончанию режимов заряда и разряда тоже разные. Соответственно, и память, и плата управления тоже должны уметь работать с этим типом батареи, не нарушая эти режимы.

Я видел, как оставили две старые бочки с хомутами для зарядки. Просто 18650 были припаяны напрямую к ним несколько штук. Если можно, отпишитесь?

Установка аккумуляторной батареи произведена с грубыми ошибками. Перед сбором аккумуляторов в аккумуляторы их необходимо разрядить до такого же состояния напряжением 2,5-3 В, тем же током. Это минимум, но лучше, если они будут подобраны по емкости и внутреннему сопротивлению элементов, особенно при параллельном соединении. Это невозможно сделать без специального зарядно-разрядного устройства. У автора «установщика» такое впечатление, что он не учился даже при сборке, тупо несколько раз закоротил аккумулятор и его отдельные сегменты металлическим инструментом. В этом случае плата управления может легко выйти из строя. Если аккумуляторы заряжены например самое маленькое что может случиться это сгорят соединительные проводники, дорожки на плате, никель на аккумуляторах. Плата управления должна быть изолирована от батареи неплавким изолятором, например, электрическим щитом или другим.