Изготовление запасного Li аккумулятора для Ni-Cd шуруповерта, с функцией адаптера для подключения сменных 3S Li батарейных блоков, в том числе и от других шуруповертов

Бывают ситуации, когда родной аккумулятор шуруповерта разбит /сломан/ утерян и есть только рабочая тушка инструмента. Или хочется иметь дополнительный аккумулятор, как в моем случае. Для тех, кто любит DIY, это не проблема, а вызов. В 1-й части обзора я расскажу об изготовлении корпуса аккумулятора с защелками и силовыми контактами, установке в него платы защиты и индикатора напряжения на банках. А также о доработке шуруповерта Black&Decker CD12C для возможности работы как с комплектным Ni-Cd, так и с новым Li-Ion аккумулятором. И наконец, о превращении запасного аккумулятора в адаптер, позволяющий Black&Decker CD12C работать от любых влезающих в корпус адаптера 3S Li-Ion сборок, на примере батарейного блока от шуруповерта DeWALT DCD 710.

В далеком 2005 году я купил свой первый шуруповерт. Это был Black&Decker CD12C с Ni-Cd аккумулятором. Он идеально лежит в моей довольно широкой ладони, имеет отличную развесовку, оборудован 6-позиционным магазином для бит в казенной части и креплением для битодержателя в нижней части ручки. Тогда он казался мне шедевром эргономики и промышленного дизайна. Работать им было одно удовольствие, однако это удовольствие длилось все меньше и меньше. За 10 лет комплектный Ni-Cd аккумулятор значительно деградировал. Я разобрал его, провел ревизию банкам, выровнял напряжение на элементах и заменил одну убитую банку, теперь ресурса этого аккумулятора хватает на три десятка саморезов. В принципе, меня это устраивает. Пару лет я купил еще один шуруповерт, 10.8 В литиевый DeWALT DCD 710. Он помощнее, более функциональный (2 скорости, блокировка шпинделя, подсветка, 2 аккумулятора в комплекте), но не такой удобный в руке (ручка маловата) и не имеет на тушке супер-удобного магазина для бит и битхолдера.


Иногда у меня возникает необходимость работы двумя шуруповертами (например, одним сверлить, а другим заворачивать саморезы). Чтобы увеличить длительность работы Black&Decker’ом, мне пришло в голову сделать к нему запасной литиевый аккумулятор. Для этой цели я решил использовать 2-й аккумулятор от DeWALT.


Проект обещал быть весьма захватывающим, ведь по своему конструктиву, начинке и даже способу крепления эти аккумуляторы далеко не близнецы-братья (хотя формально и родственники).


Общий ход мыслей у меня был такой. Для изготовления запасного аккумулятора мне будет нужен какой-то корпус. В корпусе я делаю защелки для съемного крепления к тушке Black&Decker и силовые контакты, монтирую в него плату защиты и индикатор общего и побаночного напряжения, а также делаю внутренние разъемы для подключения к сменному аккумуляторному блоку. Сменным аккумуляторным блоком может быть любая 3S Li-Ion сборка, которая по размерам влезет в корпус, в том числе и аккумуляторный блок от DeWALT DCD 710.

Приступаю к работе.

Изготовление корпуса аккумулятора с защелками и силовыми контактами

У меня 2 принципа в переделках и DIY: внешне ничего не менять, и начинать с самого трудного.

Я долго вертел в руках аккумуляторы от обоих шуруповертов и разглядывал тушку Black&Decker. Глобальные мысли тужились в голове, пальцы лазали в бороде.

Самым трудным мне показалось сделать механизм фиксации корпуса аккумулятора к шуруповерту (защелки).

И еще, воспроизводить конструктив родного аккумулятора с его пальцем не сильно хотелось. А раз так, придется кое-что дорабатывать внутри шуруповерта.

Наконец у меня в голове визуализировалась финальная картинка, что и как нужно делать. Итак, мне понадобится разборный пластиковый корпус, состоящий из 2-х частей. В верхней его части я делаю по одному прямоугольному отверстию возле противоположных по длине стенок, а к стенкам нижней части прикрепляю защелки. На верхнюю часть корпуса вывожу плоские силовые контакты, а в подошве шуруповерта делаю ответный разъем, подключив его параллельно имеющимся в ручке шуруповерта контактам. Короче, гора родила мышь.

В оффлайне я купил корпус такого плана www.chipdip.ru/product/g1202b


Теперь защелки. Из чего их сделать?
Вначале я думал использовать подходящие по ширине металлические полоски.
Но потом в гараже мне попались на глаза старые фары.


Я видел защелку в куске фары. И резал пластмассу, пока не освободил ее. Прям как Микеланджело.


Затем вырезал отверстия в верхней части корпуса, прикрутил защелки к нижней.

Защелкнул половинки.


Принцип работы защелок.

Отрегулировал защелки по высоте выступа, так, чтобы он нормально защелкивался и отщелкивался от шуруповерта. Вот короткое видео как все работает.

Как изначально задумано, корпус аккумулятора отсоединяется от шуруповерта легким сжатием нижней его половины. Видно, что подошва шуруповерта может гулять по плоскости корпуса. Нужно ее отцентровать и зафиксировать. Фиксатором, в принципе, могут послужить контактные клеммы. Но использовать только их мне показалось не очень надежным. Я решил сделать еще и стопорную накладку на корпус, по форме внутреннего периметра подошвы шуруповерта. Для этого взял подставку от сломанного электрочайника и немного поупражнялся в «искусстве убавления».


Итак, с механикой я закончил. Пора переходить к электрическим соединениям.

Если мне нужны силовые разъемы для всяких самоделок, я знаю где их искать – в автомагазине. Клеммные колодки в сборе, байонеты, клеммы, самые разнообразные разъемы – этого добра там навалом.


Силовые контакты я взял от вилки проводного радиоприемника, а ответный разъем к ним, от головного света какой-то иномарки, подобрал в автомагазине.

Доработка шуруповерта

В Black&Decker CD12C стоит двигатель фирмы Leshi Motor, вот его характеристики.

Ток холостого хода – 1.5А, максимальный рабочий ток (при котором срабатывает трещотка на установке максимального момента) – 9.7А, ток клина (в режиме сверления) – 62А.

Разобрал шуруповерт.

Питание к двигателю подается проводами 18AWG, используются угловые клеммы. С учетом приведенного производителем тока клина, 18AWG –это много или мало? Согласно таблице, сечение провода 18AWG 0,823 кв.мм, допустимая длительная токовая нагрузка провода с изоляцией при температуре 90 °C в условиях закрытой прокладки и окружающей температуре 30 °C составляет 14А. Из той же таблицы следует, что провод 18AWG будет держать 83А в течение 10 секунд, после чего расплавится.

Разумеется, производитель Black&Decker предусмотрел встроенную защиту тушки шуруповерта от токовой перегрузки. Параллельно с ней защищать шуруповерт и аккумуляторы будет плата защиты («красная плата»), отключающая выходные клеммы аккумулятора при токе примерно 15A.


А здесь видно, как производитель соединяет провода между собой. В основном везде обжим. Возьму этот способ на вооружение.


Сюда я буду имплантировать разъем.


Делаю параллельное соединение проводов разъема к ответным контактам пальца штатного аккумулятора.





Клеммная колодка установлена и зафиксирована. На этом доработка тушки закончена.


Теперь подошва шуруповерта выглядит так.

Установка в корпус и подключение платы защиты и индикатора напряжения

Основные компоненты моего запасного аккумулятора — это собственно 3S сборка высокотоковых литиевых аккумуляторов в форм-факторе 18650, плата защиты, вольтметр общего и побаночного напряжения аккумуляторной сборки, со светящимся сегментным индикатором и пищалкой, и выключатель этого самого вольтметра для экономии заряда аккумулятора при хранении.
Плата защиты, широко известная в узких кругах как «красная плата» (12.6V 3S BMS Protection Board), детально описана и протестирована в обзоре уважаемого Waldemarik. Эта плата защищает литиевые аккумуляторы от токовой перегрузки, переразряда и перезаряда. Сразу скажу, что у меня с ней никаких проблем не было, заработала с первого раза и при резком старте не отключает нагрузку, как многие писали. А также нагрузка не отключается при стопорении шпинделя в положении максимального момента. Вполне ожидаемо, т.к. рабочий ток моего шуруповерта всего лишь 10 ампер. В конце обзора кстати будет еще одно видео, как все это работает.

Вольтметр-пищалка показывает общее напряжение аккумуляторной сборки и поочередно напряжение на каждой банке. Легко увидеть, нуждаются ли банки в балансировке или нет. При понижении напряжения на любой из банок до 3.3В (заводская установка, можно изменить значение) она начинает пронзительно пищать. В общем, для людей, которые любят все контролировать, эта штука must have.


Нарисовал схему подключения.


Для прикидки выложил батарейный блок от DeWALT DCD 710 в корпус аккумулятора. Чтобы оптимизировать место внутри корпуса решил закрепить красную плату на вертикальной стойке. С другой ее стороны будет крепиться вольтметр. Для силовых соединений буду использовать качественный акустический провод сечением полтора квадрата в мягкой силиконовой изоляции.


Прикрутил декорацию и разложил реквизит.

Теперь, чтобы ненароком не получилось файер-шоу после подключения проводов, нужно поближе познакомиться с батарейным блоком DeWALT.

На фото выше, его крайние контакты справа и слева – это общий плюс и минус. Остальные контакты – это интерфейс взаимодействия со штатной зарядкой и с тушкой шуруповерта. Уважаемый ksiman даже нарисовал схемы подобных блоков, правда с бОльшим количеством банок. Сам батарейный блок защитного отключения нагрузки не имеет, шины плюса и минуса разварены с банок напрямую на клеммную колодку.


Для подключения точек соединения элементов (1S и 2S) батарейного блока DeWALT к плате защиты и параллельно к вольтметру, припаял к никелевым шинам провода с наконечником типа РП-М (автоклемма).

Автоклеммами называют плоские разъемы-клеммы, неизолированные или изолированные (РП или РПИ). Провода фиксируются в них методом обжимки с помощью инструмента под названием кримпер. Из названия «автоклеммы» понятно, где они в основном используются. И вот почему. Опрессовка имеет следующие преимущества перед пайкой: высокая механическая прочность, вибростойкость, долговечность и надежность работы в широком диапазоне температур. Такие клеммы часто ставят не только в автомобили, но и в электроинструмент, а также в бытовые мощные приборы (электрочайники, микроволновки и пр.). Выше я уже показывал, что Black&Decker использует обжим как основной способ коммутации силовых соединений в своем изделии CD12C.


Так выглядит подошва DeWALT DCD 710, узкий терминал — это вход терморезистора (TH). Силовые контакты ножевого типа, это хорошо, значит к батарейному блоку можно подключаться теми же самыми автоклеммами. А плохо то, что эти клеммы будут выскакивать из клеммной колодки, т.к. сверху и с обратной стороны они ничем не фиксируются.

Но отчаиваться не надо. На каждую хитрую колодку найдется своя клемма с колпачком!


Есть у меня такой набор автоклемм с силиконовыми колпачками, в конце обзора будет на них ссылка.


Одел колпачок на провод и обжал клемму. Колпачок плотно обхватывает пружинные контакты разъема, надежно фиксируя в нем наконечник. Теперь никуда он не выскочит.

А где пруфы, Билли?

Внимание! Трюк выполнен немного нетрезвым профессионалом, на 101% уверенным в том, что он делает. Пить вредно, повторять опасно!

Итак, тест на усилие разрыва соединения клеммы выдержали. Но выдержат ли они токи шуруповерта?

Материал клемм – луженый медный сплав. Толщина 0.4 мм, ширина 6.3 мм. Итого сечение 2.52 кв.мм. Так что «узким местом» клемма точно не будет!

Пора приступать к сборке начинки запасного аккумулятора.


Припаял все провода и обжал разъемы.


Провода на вольтметр, сам вольтметр и выключатель закрепил при помощи клейкой ленты 3М. Выключатель еще дополнительно приклеил к боковой стенке обычным клеем «Момент».


Для фиксации батарейного блока DeWALT в корпусе запасного аккумулятора вырезал фигурные вставки из вспененного полиуретана плотной консистенции и наклеил их на боковые стенки.


Все готово! Вот так выглядит батарейный блок DeWALT, установленный в корпусе запасного аккумулятора.

О зарядке

Заряжать вставленный в адаптер батарейный блок можно как минимум тремя способами:

1) 12.6V зарядкой для 3S сборки литиевых аккумуляторов через штатный зарядный разъем шуруповерта. Например, зарядкой из обзора уважаемого kirich.


2) Подходящей универсальной зарядкой для литиевых аккумуляторов через выходные клеммы или штатный зарядный разъем. Например, B6 mini.


3) И, наконец, штатной зарядкой от DeWALT (если в адаптер установлен деволтовский аккумуляторный блок). Извлечь АБ из адаптера и вставить в зарядку. Устанавливать АБ в родной корпус необязательно.


Список основных использованных материалов

Красная плата aliexpress.com/store/product/New-Arrival-New-Electric-Board-3S-Li-ion-Lithium-Battery-18650-Charger-Battery-Batteries-Protection-Board/1959068_32682218793.html

1s-8s вольтметр-сигнализатор https://www.gearbest.com/multi-rotor-parts/pp_207054.html

Набор автоклемм с силиконовыми колпачками ebay.com/itm/222641329900


Клейкая лента 3М (брал в местном автомагазине)



Сделал напоследок парадную фоточку.


И снял короткое видео.

Часть II

В ней я расскажу, какую новую сборку Li-Ion аккумуляторов я буду ставить в этот корпус и как их буду соединять.