Высокотоковые аккумуляторы и универсальная BMS в переделке шуруповерта.

Завалялся у меня без дела старый шуруповерт «Спецмаш ДША 6016»-аккумуляторная батарея приказала долго жить еще лет пять назад, крышка от аккумуляторного блока развалилась. Вроде и выкинуть жалко, может пойдет на запчасти или сделать из него сетевой. Хотя в хозяйстве есть еще один рабочий шуруповерт, решил оживить ДША. Попробовать что получится, да второй может в перспективе тоже переделать( на нем уже менял пару NiСd элементов, скоро и эта батарея выйдет из строя).Если купить новый никель-кадмиевый аккумуляторный блок то цена его составит половину стоимости нового шуруповерта. А без шуруповерта как без рук -бытовые ремонты, работы в гараже, на даче и т.п.
Фото ДША

Можно в принципе и купить новый «Шурик» на литий ионных аккумуляторах, но имея два шуруповерта с еще нормальной механической частью решено было провести реконструкцию электроинструмента. Особо интересно попробовать сделать все это своими руками.
Изучив вопрос переделки на литий в сети, выбрал у китайцев комплектующие. Основными составляющими в той переделки являются качественные высокотоковые литий ионные аккумуляторы формата 18650 и надежная плата BMS с балансировкой элементов аккумуляторной сборки. Замерил рабочий ток моего шуруповерта и он составил 10-15Ампер. Я выбрал аккумуляторы типа Samsung INR18650-30Q 3000mAh 15A (спасибо обзорами на эту тему опубликованным ранее) и плату защиты и контроля заряда\разряда с балансировкой BMS 5S60-100A.



Схема подключения.
Я применил универсальную плату BMS, то есть можно включить ее по схеме на три, четыре или пять аккумуляторов(12Вольт,16,8Вольт или 18Вольт). Остается выбрать схему подключения в соответствие вашего шуруповерта.
ТТХ платы BMS
BMS 5S 60-100А, 21V Контроллер заряда разряда, плата защиты Li-Ion, LiFePO4 аккумулятора c балансиром
Контролер заряда разряда 5S Li-Ion, LiFePO4 для батареи из 5 штук Li-Ion аккумуляторов 21V 100А, LiFePO4 аккумуляторов 16V 100А
Простая переделка под 3S или 4S, при установке перемычек плата будет полноценно работать с 3S или 4S Li-ioN, LiFePO4 аккумуляторами.
Есть светодиодная индикация окончания заряда, когда происходит балансировка аккумуляторов.
Технические характеристики Li-ioN:
Максимальный ток: 60А, 80А с радиатором охлаждения.
Ток срабатывания защиты 100A.
Максимальное напряжение при зарядке: 4.2 В на один элемент
Минимальное напряжение при разрядке: 2.8V на один элемент
Напряжение восстановления 2.9V на один элемент
Ток балансировки 60mA.
Технические характеристики LiFePO4:
Ток срабатывания защиты 100A.
Максимальное напряжение при зарядке: 3.65V на один элемент
Минимальное напряжение при разрядке: 2.35V на один элемент
Напряжение восстановления 2.55V на один элемент
Ток балансировки 50mA.
Размер: 60х42x3 мм.

Перемычки у микросхемы

У микросхемы есть места запайки перемычек, обозначенные цифрами 4 и 3. По схеме 5S перемычки не устанавливаем. По схеме 4S перемычку припаиваем между контактами 4, ну а по схеме 3S припаиваем между контактами 3. Лучше и удобней схема с общим минусовым проводом на питание двигателя шуруповерта и зарядки аккумуляторов. Общий минус подключаем к площадке С-.

Литий –ионный аккумуляторы 18650 установил в пластмассовом боксе с перемычками(который был в комплекте с аккумуляторами), к которым также припаяны провода управления балансировкой. Можно соединить аккумуляторы между собой при помощи пайки, но нужно быстро припаять провода исключая перегрев корпуса аккумулятора. Можно применить точечную сварку или использовать готовый холдер. Силовые выводы лучше сделать из гибкого медного провода сечением 1,5-2,5 кв.мм, так как токи на двигатель шуруповерта в рабочем режиме большие.
.

После сборки всей схемы остается припаять два провода питания к клеммам отсека аккумуляторного блока. Я использовал два старых никель-кадмиевый аккумулятора с клеммной колодкой. Плюсовой провод припаял к плюсу аккумулятора а минусовой к металлическому корпусу другого аккумулятора. В результате эта конструкция плотно вошла на свое штатное место.
Колодка с аккум.

Плату контроллера BMS приклеил двухсторонним скотчем к пластмассовому аккумуляторному боксу. Вся эта конструкция плотно вошла в корпус старого аккумуляторного отсека. Чтобы не вывалилась закрепил металлической полоской. Нижняя крышка аккумуляторного отсека была давно утеряна-позже надо будет сделать самодельную.


До установки платы BMS и аккумуляторов в штатный отсек провел зарядку проверку работы всей схемы. После источника питания лучше всего включить плату заряда. Это даст стабилизированное напряжение ( в моем случае 16,8Вольт) и ограничит ток заряда аккумуляторов.


Для этого на холостом ходу выставляем регулятором напряжения 16,8Вольт а регулятором тока нужный зарядный ток -1,5Ампера. Для литий ионных аккумуляторов других марок выставляем согласно собственных технических данных.
Можно установить эту плату в штатное зарядное устройство шуруповерта.

Для контроля степени заряда аккумуляторов можно установить в аккумуляторный отсек минивольтметр или индикатор заряда. Чтобы не было лишнего потребления тока с его стороны, можно включить через выключатель или кнопку. Индикатор заряда выпускается в исполнении 3s/4s/5s.


Плата контроллера BMS в конце зарядки проводит балансировку всех элементов аккумуляторной батареи, чтобы все ячейки зарядились одинаково. Ячейка набравшая полный заряд шунтируется схемой (загорится соответствующий светодиод).


Зарядная энергия переходит к элементам имеющий меньшее напряжение. Уже зарядившиеся ячейки получат меньший ток чем недозаряженные (ток балансировки -60mA). Это процесс будет проходить пока все элементы аккумуляторной батареи не будут иметь заданный уровень напряжения.
В конце балансировки все светодиоды платы будут гореть.


Контроллер BMS управляет батареей –осуществляет балансировку, контролирует температуру перегрева банок и защищает от перегрузок. Все эти функции значительно повышает срок эксплуатации аккумуляторов.На плате BMS с обратной стороны есть контакты NTC предназначенные для подключения датчика термореле. Этим датчиком можно контролировать температуру самих аккумуляторов.
Плюсом данной конструкции считаю, что применение данных аккумуляторов даст стабильную работу и достаточную емкость( в два раза больше против штатных никель-кадмиевыми (NiCd) аккумуляторов).А. универсальная плата BMS-3s/4s/5s позволит работать без лишних уходов в защиту при резком старте и увеличении механической нагрузки на шуруповерт. С данной платой можно переделать любой «Шурик», рассчитанный на напряжение от 12Вольт до 18Вольт. Минусом может будет сама цена на аккумуляторы, но мне попались я думаю оригиналы(за несколько месяцев эксплуатации никаких нареканий нет).
Подробнее процесс работы BMS и тест переделанного шуруповерта можно посмотреть в видео youtu.be/Kw_ZWyZmQ7U
Всем желаю здоровья и успехов в покупках и спасибо за потраченное время!