В этой статье мы поделился опытом разработки и производства наших аккумуляторов.
Довольно популярное увлечение – переделка аккумуляторов старых шуруповертов на литий-ион. Но жизнь не стоит на месте, старых шуруповертов все меньше, и моральное устаревание никто не отменял. В общем если посчитать экономику, выходит, что переделка пары аккумуляторов, на литий ион, встанет где-то тысячи в три рублей. При этом добавив еще пятьсот, можно купить новенький зубр на том же ли-ион, который будет современнее и удобнее вашего старого шуруповерта.
И так переделка старых Ni-Cd/Ni-MH аккумуляторов на технологию Li-Ion экономически нецелесообразна, поэтому рассматривать ее мы не будем. А рассмотрим создание новых аккумуляторов для современного инструмента.
Сейчас аккумуляторный инструмент, это не только шуруповерты. Прогресс шагнул далеко в перед, и теперь аккумуляторным бывает буквально все: перфораторы, болгарки, рубанки, лобзики, заклёпочники, разнообразные пилы и многое другое. Однако цены на современные аккумуляторы особенно для фирменного инструмента здорово кусаются:
Выделенный аккумулятор, это DeWalt DCB-184, который подходит к целой серии инструмента DeWalt 18V XR. Вот про то, как устроен такой аккумулятор мы и поговорим.
Аккумулятор состоит из корпуса и электроники, которые должный полностью соответствовать инструменту и зарядке. КИТ наборы для самостоятельной сборки широко представлены как на площадке Али экспресс, так и в России, например у нас на сайте ). Электроника этого аккумулятора включает две платы: контроля уровня заряда и основную, с разъёмами.
Схема электроники:
И сама основная плата:
Как видно схема очень простая и весь контроль процесса заряда отнесен на сторону зарядки. Разберем подробнее: Аккумулятор имеет восемь выходов. Это силовые B+ и B-, тут я думаю объяснять не надо. Кроме них есть выходы C1, C2, C3, C4, которые уходят, через защитное сопротивление, как балансировочные на сборку. Два последних контакта ID и TH. ID отвечает за то каким током зарядка заряжает аккумулятор, TH выведен на резистивный термодатчик. В общем-то и все.
Инструмент DeWalt 18V XR использует 4 из 8 выходов аккумулятора. Это, понятно B+ и B-, а также C3 и TH. Последний используется чтобы мощный инструмент не перегрел батарею, при этом именно электроника инструмента отключает его если сопротивление между TH и B+ превышает установленное значение. А C3 используется для грубого контроля сборки. Напряжение между B-|C3 и C3|B+ должно быть 3/2. Если эта пропорция сильно нарушена, значит есть проблема со сборкой и электроника инструмента отключает его. Так же инструмент отключится, когда напряжение на силовых выводах достигнет примерно 15 вольт, поскольку батарея будет разряжена.
Несколько интереснее схема работы зарядки. Первое что происходит, определяется значение ID. Как видно этот контакт слегка выступает вперед.
Напомню, что ID определяет каким током происходит заряд аккумулятора. После чего, если показатели температуры в пределах нормы, начинается заряд установленным током через выходы B+ и B-. Не известно, что какое-либо зарядное балансирует сборку. Ходят не подтвержденные слухи про DCB101, снятую с производства. Но ни DCB112, ни DCB115, ни DCB118 сборку не балансируют несмотря на то, что интерфейс аккумулятора позволяет это легко делать через выходы C1-C4. Эти выходы используются только для того, чтобы, когда любая ячейка сборки достигнет напряжения 4,1 вольта, прекратить заряд. При этом насколько заряжены остальные ячейки зарядному устройству фиолетово, хоть по 3,7 вольта. Равно как и напряжение на силовых клеммах, на которых, при таком подходе, по завершению зарядки вместо положенных 20,5 вольт, может быть, например 19 вольт. Все это ведет к тому, что аккумулятор не добирает заряд, а сборка начинает «разбалтываться». Классический пример запланированного устаревания. : (
В целом вывод такой: что бы аккумулятор работал долго, элементы 18650 должны быть качественные, то есть с минимальным разбросом параметров внутри партии. Такие ячейки на протяжении долгого времени будут сохранять одинаковое напряжение.
Второй момент ячейки должны «тянуть» мощность инструмента. Так для обсуждаемой линейки Dewalt XR 18V максимально мощный инструмент – 800 ватт. Это болгарки, пилы, к этой мощности приближаются некоторые перфораторы, фрезер и прочее. Окей. Делим 800 ватт на 15 вольт, максимально разряженного аккумулятора, и получаем 53 ампера. Ну это самый тяжелый случай, поэтому 50A в абсолютно достаточно. DCB-184 – двухслойный аккумулятор, S5P2. Поэтому ток, который необходимо получить с одной банки 25A. В даташитах на фирменные 18650 указывается максимальный ток, для сборок с контролем температуры, и без контроля. В нашей схеме есть термодатчик, так нам подойдут LG HE4, LG HE2, Samsung 25R. Последние два и используются в сборках Dewalt. Максимальный ток разряда обратно пропорционален внутреннему сопротивлению. В общем нам нужны аккумуляторы с внутренним сопротивлением около 13mOm и с минимальным разбросом этого параметра, мы помним.
И последнее про 18650: емкость. Инструмент - мощная штука, поэтому для комфортной работы, необходим емкий аккумулятор. Здесь производители вынуждены балансировать между удобством и запасенной энергией. Современные технологии не позволяют сделать легкий аккумулятор которого хватило бы на целую смену, скажем. Особенно с действительно мощным инструментом. Итак, DCB 184 – один из многих представителей семейства S5P2. Я имею в виду что у макиты, матабо, бош или милуоки так же есть 18 вольтовые аккумуляторы из 10 штук 18650. Вес такого аккумулятора около 620-650 грамм. И в этот вес, надо запихнуть максимально энергии. При этом соблюдя требования по току! Что бы не томить самые совершенные в этом отношении аккумуляторы это 6Ah, то есть они используют банки емкостью 3Ah. Однако тот же DeWalt пока не представил свой 6Ah аккумулятор в этом размере. Только упомянутый DCB 184 емкостью 5Ah.
Резюмирую по банкам. Сопротивление в районе 13mOm, что обеспечит ток до 25A, минимальный разброс сопротивления, для стабильности сборки, емкость 2,5Ah или 3Ah, на банку. Банки в сборке должны быть из одной партии.
Идеально подходящие для этих целей банки вы можете найти у нас на сайте.
Продолжение следует...