четверг, 20 октября 2016 г.

Переделка аккумулятора шуруповерта на Li-Ion

   Эту заметку я собираюсь продублировать на http://mysku.ru, поэтому нужен товар, который будет обозреваться. И этим товаром будет у нас выступать обычный компьютерный разъем DB9F.
 На Али купить можно, например, тут. Но я этот разъем не покупал, а нашел в своих исторически сложившихся закромах. Думаю, что и большинство читателей смогут найти, порывшись в старом компьютерном железе. "Папа" тоже нужен, он есть на старых модемных и прочих CОМ-port шнурках-удлиннителях .
   Почему написана эта заметка. Каждый раз, встречая на муське (и других форумах) статьи (и особенно последующие дискуссии)  о переделке аккумуляторов шуруповертов на Li-Ion аккумуляторы, я задумываюсь о том, что шуруповертов в домашних хозяйствах  нашей необъятной страны все-таки существенно больше, чем радиолюбителей  с прямыми руками и просто людей которые умеет использовать паяльник по прямому назначению.
 Ну, грустно читать все эти многоэкранные обсуждения ( обзор 1, обзор 2, обзор 3, обзор 4, обзор 5 .... и т.д.), в которых предлагается  покупать какие то контроллеры зарядки ценой в чуть меньше 2 тысяч рублей (для больших токов). Достаточно посмотреть на размеры этих плат и размеры мощных полевиков на платах ,чтобы интуитивно понять, что что-то тут не так.
  В одном из обсуждений, человек даже собрался Imax B6 покупать.  Мысль хорошая, но не  из-за аккумулятора же для шуруповерта. Естественно, все можно сделать существенно проще и дешевле и без ущерба качеству зарядки.
 Далее я пропускаю все абзацы про то, зачем вообще переводить шуруповерт на литий, про выбор высокотоковых аккумуляторов.  Собственно,  текст того что я хочу сказать я уже излагал в обсуждении на муське в очередном обзоре на данную тему.
Универсальный рецепт для переделки шуруповертов, пылесосов и всего прочего, причем с любым напряжением от 12 до…
  Покупаем удлиннитель с N розетками на 220 В, покупаем N сетевых адаптеров (вилок) на 0,5...1,0А с Usb выходом, можно купить самые-самые китайские по 50 рублей (сейчас где-то около 70 рублей). покупаем N usb разъемов на Али и там же N платок TP4056 (15 рублей). Получаем N гальванически развязанных «зарядок» для одного Li-ION с выходом 0.5....1.0 A. Далее без всяких ненужных плат выравнивания и лишних мощных транзисторов паяем последовательную батарею Li-ION и все ее точки ( крайние и промежуточные) выводим на разъем DB-9 (хватит на 4 или 5 последовательных банок, тут есть тонкость, лучше совместных участков зарядных проводов избегать). Паяем кабель: Выходы TP4056 -> DB-9.  Все!!! Ограничение по току — определяется типом аккумулятора. Каждый акк. заряжается всегда полностью до 4.2В. Дешевле не придумаешь.  Окончание зарядки — все LED на TP4056 зеленые (вариант — синие).  Сетевой «размножитель» можно не покупать, а просто засунуть платки адаптера TP4056 ( N-пар) в какой-нибудь большой старый адаптерный корпус и в этот же корпус поставить такой же DB-9.

   Шуруповерт никаким образом нельзя переразрядить, в силу особенностей его применения (пылесос, по-видимому, можно). Он просто «тянуть» перестает. Поэтому никаких индикаторов и защиты от переразряда не требуется. Даже если включать шуруповерт с полностью разряженными аккумуляторами — ну, упадет напряжение на аккумуляторе под нагрузкой до ( ниже) 2-х вольт. Ничего страшного. При снятии нагрузки (именно кратковременной) напряжение на банке восстановится до 2,5...3.0 вольт. Не почувствовать этот момент никак нельзя.

  А дальше, просто на фотографиях, покажу, как это сделано.  У меня 4 шуруповерта.  Два на даче (18V), дома (18V) и на работе (12V).  Если делать с платами защиты/контроллерами заряда, то будет полное финансовое разорение, особенно с учетом того, что в 18V шуруповерты требуются платы на 5 последовательно соединенных аккумуляторов (они реже встречаются и дороже).  Комментарии, я думаю, тут практически не требуются. Показан вариант на 4 литиевых аккумулятора для 12V шуруповерта.



Это мой шуруповерт. В аккумулятор установлен разъем DB9F  



  Это зарядное устройство с 4-мя гальванически развязанными каналами. На выходе все четыре канала "объединяются" в разъеме DB9M.




Четыре платы ЗУ LI-Ion с Али на микросхеме TP4056. Я находил по 12 рублей ( 20 штук). Ссылку потерял.


   Естественно, все это можно засунуть в единую коробочку, на выходе которой будет только разъем DB9M, но иметь 4 гальванически развязанных отдельных канала зарядки очень удобно. Например, у меня переделано питание тестера с "Кроны" на два последовательно включенных литиевых аккумулятора от одноразовых электронных сигарет.  Заряжаю той же зарядкой, двумя каналами.
  Такую конструкцию сможет повторить любой, далекий от электроники, домашний умелец.
Небольшое примечание/уточнение.  Аккумуляторы в корпусе шуруповертного аккумулятора мы соединяем последовательно. Четыре штуки для 12, 14, 16V шуруповертов и 5 штук для 18V аккумуляторов.  18 - вольтовый шуруповерт совершенно нормально работает и от четырех Li-Ion аккумуляторов, но только на свежезаряженных аккумуляторах.  Придется его гораздо чаще подзаряжать.  На разъем DB9.1  и DB9.2 выведены + и -  первого аккумулятора отдельными проводами, которые припаяны непосредственно к полюсам аккумулятора. На DB9.3 выведен отдельным проводом + второго аккумулятора и т.д. .... По  электрической схеме контакт 2 и 3 DB9 это одна и та же точка. Однако это не совсем так с точки зрения платы заряда на TP4056. Следует избегать в цепи заряда совместных участков проводников, потому что при разных токах от двух плат заряда в конкретный момент времени может появиться ошибка в десятки/сотни милливольт. Провода в цепи зарядки желательно ставить диаметром побольше (ну, и в основной цепи разряда, естественно, тоже). Для шуруповерта с аккумулятором 18V при таком подключении потребуется 10 контактов. У меня в качестве 10-го контакта задействован металлический корпус разъема DB9.  
   Еще картинка. Вариант для аккумулятора на 18 Вольт,  5 каналов.



   Как купить маленькие дешевые (40...70 рублей) сетевые адаптеры на Али, чтобы они реально выдавали один ампер - это отдельная тема. Я покупал адаптеры  лотами по 5 и 10 штук. Ссылку дать не могу, потому что странички на которых были приобретены показанные на фотографиях адаптеры, к сожалению,  уже не существуют. Помню, что у продавца на страничке была картинка с нагрузочными резисторами и USB доктором, на котором было написано 0,98 А.  Не обманул, ток такой на выходе действительно присутствовал, правда он сопровождался пульсациями с размахом полтора вольта. Пришлось допаивать внутрь танталовые конденсаторы.  Одной емкости 220 мкФ, 6.3...10V на выходе таких адаптеров вполне достаточно, чтобы  адаптер по характеристикам приблизился к фирменной зарядке от эппла ( получаются пульсации 50...150 mV).  

Вместо кота. 


   Вот такой неплохой USB-doctor можно сделать из купленного на Алиэкспрессе вольтметра-амперметра (100 В, 10 А). Он чуть лучше большинства "докторов" первого поколения по падению напряжения на токоизмерительном шунте. Точно я не замерял, но цифра порядка 70 милливольт на 1 ампер. Такое падение напряжения сравнимо с "доктором" с OLED дисплеем. У остальных ( и у "стандартного" белого "доктора" со шнурком) падение на шунте больше 100 мВ. Точные цифры, на самом деле, получить не так просто как бы хотелось, потому что каждый лишний USB контакт в цепи "съедает" около 30 мВ/1,0 А протекающего тока.   
На больших зарядных токах старые варианты "докторов", включенные в цепь, могут сами по себе снижать ток зарядки смартфона/планшета даже с короткими и качественными USB шнурками.
Дополнение:
При обсуждении на mysku.ru попросили схему, которая описана словами в этом посте. Такую схему, которая "без совместных участков". Выложил там и добавляю здесь.


   Дополнение от 07.10.2017

    Когда я написал эту заметку год назад и продублировал ее на сайте https://mysku.ru, меня там "отругали" за "колхозную" реализацию моего варианта зарядного устройства.  Я не очень-то проникся критикой, потому что по-прежнему не вижу особого смысла совершать много лишних телодвижений для изготовления вспомогательного устройства, которое используется довольно редко.  С другой стороны, за этот год я докупил еще немножко плат ЗУ на TP4056 и нашел в своих "закромах" подходящий корпус от сетевого адаптера.  Ну и сделал вариант, такой, какой он с самого начала и планировался. Может быть так кому-то понравится больше.  Нагляднее, что это самый простой вариант переделки шуруповерта на литий, да и по размеру такая зарядка меньше штатной. Все показано на картинках, и чуток пояснений.
  Использованы самые дешевые сетевые белые USB адаптеры с Али,  точнее их внутренности. USB разъем отпаян, а на выход каждой зарядки добавлен электролит 1500uF*6.3V Low ESR (можно найти на старых материнских платах, если платы поновее, то там же можно найти танталовые электролиты 100...200 uF, этот вариант еще лучше). Доработка нужна, чтобы можно было использовать самые-самые китайские сетевые адаптеры, независимо от исходной величины их пульсаций. То, что эти адаптеры не всегда вытягивают ток нагрузки 1А, на работоспособность конструкции не влияет. Даже если на выходе всего 0.5А - работать будет. И резистор на плате ЗУ TP4056 1.2 кОм ( ток зарядки 1А) заменять на 2.4 кОм (ток зарядки 0.5А) не нужно. Будет чуть дольше заряжаться и только.  Корпус ЗУ - какой-то типовой трансформаторный сетевой адаптер купленный очень-очень давно в магазине "Чип@Дип".



  Изоляции каналов между собой уделено повышенное внимание. Это про фотки ниже. Нельзя здесь обойтись просто клеящим пистолетом и запихнуть в корпус комок проводов и плат потому что и напряжение сетевое и греется все это прилично. А КЗ нам ни к чему, учитывая, что следить за процессом зарядки как-то не принято.




  Небольшое пояснение про то, что в основной статье речь шла о пяти Li-Ion аккумуляторах для шуруповертов  с питанием 18 V, а в дополнении представлен вариант на 4 канала. Опыт эксплуатации переделанных батарей показал , что литиевые  аккумуляторы все же помощнее исходных никель-кадмиевых. Да и последовательно их 5 штук (30-ти амперных), а не 15 штук.  Все что раньше "падало" и "рассеивалось" на источнике, теперь греет электродвигатель. В результате, даже без особой нагрузки, но при длительном включении (пример: сверлил сверлом 4...5 мм "скользкую" нержавейку  толщиной миллиметров 5), мотор начинает попахивать горелой изоляцией.  Поэтому, во избежание, я все "пятые" аккумуляторы из трех 18-ти вольтовых шуруповертов удалил.
 Результат :

  Видно не очень хорошо, но здесь горят два красных светодиода и два синих ( они белые потому что оргстекло желтое). Вот, как все красные погаснут, так можно шуриком начинать работать. "Выравнивание" происходит "автоматически" на уровне 4.2 вольта. 
 Забыл написать, а это важно. Если кого-то заинтересовало, обратите внимание, что корпус адаптера из Чип@Дип-а изначально имеет вентиляционные прорези, да еще я сам снизу и по бокам насверлил дополнительных отверстий. В закрытом корпусе вся эта конструкция может "отдать концы" из-за перегрева.