Как уже было отмечено ранее, наш сервисный центр постоянно ищет новые виды деятельности, связанные с ремонтом и сервисным обслуживанием не только рыболовного оборудования. Так, расширяя наши виды деятельности, мы приступили к оказанию услуг по ремонту электроинструмента, в частности, восстановлению и переборке аккумуляторов или аккумуляторных сборок в аккумуляторном же инструменте. Первым "пациентом" стал старый, но мощный шуруповерт Rebir AUM3N-12-2, в котором был выполнен ремонт аккумулятора с переводом его на литиевые элементы.
Ни для кого не секрет, что в работе аккумуляторный инструмент намного удобнее, чем сетевой, т.к. обладает неоспоримым преимуществом - мобильностью. Однако, где есть плюсы, там должны быть и минусы, и аккумуляторный инструмент таким минусом обладает. Минусов, строго говоря, здесь два - это сниженная мощность по сравнению с сетевыми аналогами (дабы продлить то самое время работы), и, собственно, ограниченное время работы от одной зарядки. Но опять таки, все эти минусы с лихвой компенсирует мобильность данного класса электроинструмента. Так, есть не только шуруповерты, но также аккумуляторные дрели, аккумуляторные "болгарки", и также аккумуляторные перфораторы, которыми можно работать какое-то время вдали от источников электропитания, выполняя оперативные работы.
Собственно, статья будет состоять из трех частей: 1. Отличие никелевых от литиевых сборок, преимущества и недостатки; 2. Краткий обзор шуруповерта Rebir; 3. Описание выполненных работ.
Итак, по-порядку.
1. Отличие никелевых элементов от литиевых, преимущества и недостатки. Аккумуляторные сборки.
Прогресс в аккумуляторной технике не стоит на месте, ныне разрабатываются еще более высокоемкие и неприхотливые к условиям элементы питания с использованием цинка. Но, пока оно не получило широкого распространения и находится в стенах лабораторий, мы их рассматривать не будем. Остановимся на двух типах, применяемых в настоящее время - никелевых (Ni-Cd, Ni-MH) и литиевых (Li-Ion, Li-Polymer).
Первыми аккумуляторами, получившими широкое распространение 15-20 лет назад в мобильном электроинструменте, были как раз аккумуляторы, собранные методом последовательной сборки из никелевых элементов питания, в просторечии называемыми "банками". Эволюция никелевых банок шла от никель-кадмия (Ni-Cd) до никель-металлгидрида (Ni-MH), используемых в качестве основы и электролита в данных элементах. Никель-кадмий отдавал достаточно высокий ток, был относительно неприхотлив к температурам использования, однако он был сильно подвержен так называемому "эффекту памяти". Это выражается, вкратце, вот в чем - если вы поставите на зарядку не до конца разряженный никелевый аккумулятор, то при данной зарядке его емкость упадет. До замены производителями на литий в аккумуляторах электроинструмента применялся никель-кадмий.
Никель-металлгидрид, появившейся позднее, обладал свойствами никель-кадмия, при этом являлся не настолько вредным в производстве и для окружающей среды из-за отсутствия кадмия. Он был менее подвержен эффекту памяти, однако так же, для поддержания полного заряда, необходимо было разрядить его полностью и затем полностью же зарядить. Напряжение, которое отдавала одна Ni-Cd или Ni-MH банка, является 1,2 В. Таким образом, чтобы получить 12 вольт (для питания 12-вольтового шуруповерта) необходимо собрать последовательно блок из 10 никелевых банок. Из этого вытекает одна проблема, о которой будет сказано в конце 1 части.
Позднее появились литиевые элементы питания, литий-ионные (Li-Ion), литий-полимерные (Li-Po) и литий-железо-полимерные (LiFePo - пока еще мало распространенные). Данные аккумуляторы сделали качественный рывок в плане избавления от эффекта памяти - литиевые банки не подвержены данному эффекту, их можно ставить в заряд при любой емкости, подзаряжать и дозаряжать. Еще позднее появились высокотоковые литиевые аккумуляторы в формате 18650, и с этого момента началось их распространение в качестве замены никелевых банок при питании электроинструмента. Так, например, одна из лучших на текущий момент высокотоковых литиевых батарей 18650 - Sony VTC6 - обеспечивает номинальную долговременную токоотдачу в 30 ампер (кратковременно до 50-80А, что вполне обеспечивает пусковой ток в мощных аккумуляторных инструментах), и номинальную емкость в 3000 мА/ч. Номинальное напряжение литиевого аккумулятора в различном формате составляет 3,7 Вольта, т.е. для питания 12-вольтового шуруповерта достаточно собрать последовательный блок в 3 элемента. При этом напряжение покоя при полном заряде будет 12,6 вольт, а номинальное - 11,1 В.
Недостатки у литиевых элементов питания также есть. Основной - это деградация элемента после 3 лет с даты производства (даже не ввода в эксплуатацию), т.е. ориентировочный срок службы литиевых аккумуляторов составляет около 3 лет, после чего идет постепенное падение емкости, связанное с разложением электролита. Сколько элемент проработает после критического срока - зависит от условий эксплуатации и качества самой банки. Второй момент - это бОльшая чувствительность к температурному режиму эксплуатации. Литиевые банки не любят перегрева свыше 45 градусов Цельсия, а также отрицательных температур.
Собственно, вышесказанное касается не только одиночных аккумуляторов, но и аккумуляторных сборок. Не секрет, и об этом уже было упомянуто ранее, что для достижения необходимого для питания аккумуляторного инструмента напряжения (в данном случае шуруповерта), необходимо собрать из аккумуляторов последовательную сборку. С никелем цепочка напряжений идет так (от количества аккумуляторов): 1,2-2,4-3,6-4,8-6,0 и так далее. С литием немного по-другому: 3,7-7,4-11,1-14,8-18,5. В данном случае рассматриваются номинальные напряжения аккумуляторов, напряжение в полном заряде выше. Так вот, при параллельной сборке аккумуляторов проблема равенства напряжений на каждой банке остро не стоит, там каждая батарея балансирует одна другую. В последовательной же сборке необходимо, дабы каждый элемент выдавал такое же напряжение, как и все остальные. Если этого не происходит, и какой-то элемент выдает более низкое напряжение при заряде, то он становится сопротивлением, и резко сажает емкость (а также и время работы) всей сборки в целом.
Никелевые сборки в электроинструменте обычно балансируются по средней точке. В литии этот метод неприменим, необходимо выравнивать напряжение на каждом элементе, входящем в сборку. Далее вы увидите, как была решена эта проблема при переборке аккумуляторного блока шуруповерта Rebir AUM3N-12-2.
2. Краткий обзор шуруповерта Rebir AUM3N-12-2
Как заявляет производитель, Rebir AUM3N-12-2 является аккумуляторной дрелью-шуруповертом, с 23-ступенчатой регулировкой крутящего момента. Это один из первых инструментов производства стран СНГ (Латвия), появившемся на нашем рынке. Комплектующие, конечно же, по большей части изготовлены в Китае, но, несмотря на это, качество самого изделия достаточно высокое. Приводом является коллекторный бесщеточный двигатель с мощным редуктором. Шуруповерт оснащен светодиодом подсветки рабочей зоны (что для тех времен очень немаловажно), а также магнитным держателем расходников на корпусе инструмента. Эргономика инструмента достаточно неплохая, он хорошо лежит в руке с центром тяжести примерно по центру рукояти, что комфортно для длительной работы. Масса в 1,5 кг при такой эргономике почти не ощущается. Заявленный крутящий момент составляет 17 Н/м.
Комплектуется шуруповерт двумя никель-кадмиевыми 12-вольтовыми аккумуляторами номинальной емкости 1,5 А/ч, жестким пластиковым кейсом для переноски, зарядным устройством для быстрой зарядки, а также набором бит и сверл. По комплектации вопросов нет, в комплект входит все, что нужно для комфортного старта работы.
Также шуруповерт оснащен дегулятором скорости (высокие/низкие обороты), а также жидкокристаллическим индикатором заряда батареи. При переборке и переводе аккумулятора шуруповерта на литий, из-за несколько сниженного номинального напряжения, показания индикатора уже не соответствуют действительности.
3. Собственно переборка аккумулятора и процесс замены никелевых элементов в аккумуляторе на литиевые.
Для начала, после получения шуруповерта, били извлечены из корпуса старые нерабочие уже банки. После чего, используя старые литиевые элементы питания от ноутбука (формата 18650) была сделана прикидка монтажа аккумуляторного блока и платы защиты. Выяснилось, что в данном корпусе можно реализовать усиленный аккумулятор. Необходимо отметить, что емкость штатного, никель-кадмиевого аккумулятора была 1,5 А/ч, емкость же одного элемента Sony VTC6 - 3 А/ч. То есть, даже при установке последовательно трех литиевых банок Sony емкость перебранного аккумулятора шуруповерта составляла бы уже в 2 раза больше от штатного. При изучении и проектировании выяснилось, что корпус аккумуляторной сборки шуруповерта Rebir AUM3N-12-2 позволяет поставить не 3, а 6 банок формата 18650, что позволяет поднять емкость перебранного аккумулятора до 6 А/ч! После согласования данного вопроса с заказчиком, был произведен заказ банок, платы защиты и балансировки, а также зарядного устройства для лития на 12,6В. Старые, никель-кадмиевые банки, нами были сданы на утилизацию.
После получения необходимых комплектующих, первым делом была собрана и спаяна аккумуляторная сборка. При пайке пришлось проявить чудеса "скоростной пайки" с использованием паяльного флюса Mechanic, дабы ни в коем случае не перегреть аккумулятор. Строго говоря, таким способом из-за риска перегрева лучше не поступать, но на тот момент аппарата контактной сварки аккумуляторов у нас еще не было. Спаяли аккуратно, короткими касаниями, не перегрев ни одну банку. Поскольку аккумулятор изготавливался усиленный, была применена параллельно-последовательная сборка, т.е. 2 банки 18650 параллелились, и из таких блоков по 2 были и собран аккумулятор.
Проведя первичную сборку аккумуляторного блока, необходимо было выполнить следующий этап - первичную балансировку входящих в сборку элементов. Для этого было использовано профессиональное зарядное устройство SkyRC Imax B6 mini, подключенное к компьютеру, что позволяло оперативно контролировать процесс зарядки и балансировки блока. Графики и процесс зарядки приведен в фотогалерее. Ток заряда был поставлен согласно имеющемуся донору зарядного устройства - 2 А. Первичная балансировка аккумуляторной сборки заняла 3,5 часа, за это время в блок было заряжено около 4000 мА/ч. Собственно, для новых аккумуляторов это норма, они на производстве заряжаются процентов на 30-40.
Пока шел процесс зарядки и балансировки аккумуляторной сборки, был подготовлен корпус аккумулятора и перебрано зарядное устройство. Клеммная группа в аккумуляторе была вычищена от окислов, и припаяны провода вместо 1 кв.мм. штатного - 2.5. кв.мм для уменьшения потерь тока. Поскольку клеммный блок ранее держался на никелевой банке, а после переборки она отсутствует, клеммник был установлен на свое место и надежно закреплен термоклеем (см. фото). В зарядное устройство была установлена плата заряда литиевого блока, и провода подпаяны к клеммам. Также был выведен индикационный светодиод, по которому можно отследить процесс зарядки. Правда, в данном устройстве почему-то был изменен цвет. Зеленый означает процесс зарядки, а красный - то, что зарядка окончена.
После переборки всего этого прибор подал звуковую индикацию о завершении процесса балансировки. Аккумуляторный блок с балансировки был снят, и распаян проводами в 0,75 кв.мм на балансирующие контакты, а 2,5 кв.мм - на основную токоведущую часть - заряд/разряд. Был произведен пробный пуск. Отметим, что на литии с защитной платой шуруповерт стартует очень мягко, и крутящий момент и мощность не упали, хоть и напряжение несколько снизилось. Плата защиты на 25 А обеспечивает как балансировку элементов при заряде и разряде, так и защиту от короткого замыкания, дополнительную защиту от перезаряда, а также от переразряда. Плата отключает сборку, если напряжение на одном из элементов падает ниже 3,2 В.
Удостоверившись, что все работает, аккумуляторный блок был закреплен в корпусе, в котором предварительно просверлили несколько мелких вентиляционных отверстий для выхода газов из элементов 18650, и корпус был закрыт. Также было проведено небольшое ТО данного шуруповерта, после чего инструмент был передан заказчику. Даже усиленный аккумулятор получился легче, чем штатный никелевый, и несколько сместил баланс инструмента.
Фотогалерею работы см. ниже.
P.S. Несколько советов
В заключение хотелось бы дать несколько советов по работе с литиевыми аккумуляторами.:
- Не доводите аккумулятор до глубокого разряда! Периодически заряжайте его до 100 %. Если планируете положить его на сколь-нибудь длительное хранение, зарядите его до 100 %, заверните в пакет и положите его в холодильник (не в морозилку). Околонулевая температура замедляет химические процессы в банках, и снижает саморазряд. Раз в 3-4 месяца доставайте аккумуляторную батарею, дайте ей нагреться, а потом дозарядите перед следующей постановкой на хранение.
- Из этого вытекает второе - не заряжайте холодный аккумулятор (или на холоде), если вы планируете потом с полным зарядом зайти в тепло. Повысившееся давление электролита может нарушить герметичность батареи, и может произойти возгорание и взрыв.
- Не перегревайте аккумулятор свыше 45 градусов по Цельсию - после такого он лавинообразно теряет емкость из-за разложения электролита.
