Штатные никель-кадмиевые элементы, установленные в аккумуляторных банках для ручного инструмента, обладают пониженным ресурсом. Применение высокотоковых аккумуляторов 18650 для шуруповерта позволяет увеличить время автономной работы инструмента. Стабильные характеристики батарей позволяют поддерживать высокий крутящий момент до полного снижения заряда.
Старые аккумуляторы 18650 в качестве ячеек для батареи дрели, шуруповерта
Для привода электродвигателя шуруповерта требуется использовать 3 элемента стандарта 18650, которые объединяются в последовательную цепь. Для одновременной зарядки элементов применяется плата выравнивания емкости, которая не обеспечивает заявленного срока эксплуатации аккумуляторов. Для повышения долговечности рекомендуется использовать готовое 3-канальное зарядное устройство, которое поставляется под обозначением Imax B3.
В аккумуляторных банках для шуруповртов применяется регулятор разрядки, от которого допускается отказаться. Контроль осуществляется визуально при помощи светодиода, расположенного на боковой части корпуса инструмента.
Поскольку элементы серии 18650 имеют уменьшенные габариты, то в штатный корпус аккумулятора поместится и блок зарядки. На кожухе необходимо предусмотреть штекер для подсоединения кабеля от сети переменного тока.
Алгоритм изготовления самодельной аккумуляторной банки для шуруповерта на основе литий-ионных элементов серии 18650:
- Разобрать заводскую батарею, установить в нижней части блок питания и припаять выводы к разъему, который устанавливается в окне на боковой части корпуса. Рекомендуется установить плавкую вставку ножевого типа, рассчитанную на ток до 10 А, элемент размещается в цепи питания 18650.
- Вывести контрольные диоды платы зарядки в отдельные отверстия. Конструкцией предусмотрены лампы красного и зеленого цветов. При включении зеленой индикации зарядка батареи прекращается.
- Доработать зарядную плату путем замены сопротивлений, отвечающих за силу тока в цепи зарядки, на элементы с увеличенным номиналом. Поскольку микросхемы блока при работе нагреваются, то рекомендуется предусмотреть установку алюминиевого или медного радиатора. Применение теплоотвода повышает надежность работы устройства в условиях увеличенных температур и замкнутого корпуса аккумуляторной банки.
- Установить элементы 18650 в крышку, соединительные контакты остаются без изменений. Аккумуляторы напрямую подсоединяются к рабочим контактным пластинам банки и припаиваются кабелями к выходам блока зарядки. Для соединения используется медный многожильный провод, обеспечивающий безопасную эксплуатацию устройства.
- Протестировать зарядку аккумуляторов и работу шуроповерта.
Допускается собирать аккумуляторную банку из элементов, оснащенных выводами под припаивание соединительных проводов. Элементы привариваются в заводских условиях, конструкция позволяет собрать банку с повышенной емкостью. Для соединения элементов используется медный кабель или перемычка с сечением не менее 1,5 мм².
18650 аккумуляторы — какие лучше
Элементы питания стандарта 18650 производит много предприятий, расположенных на территории Юго-Восточной Азии. При выборе изделий следует обращать внимание на химический состав элемента, на наличие или отсутствие встроенного электронного защитного блока. Дополнительно анализируются вольт-амперные характеристики аккумулятора, которые обеспечат заявленную производительность работы инструмента.
Защищенные и незащищенные литий-ионные аккумуляторы
Батареи с защитой имеют в обозначении приставку Protected. На отрицательном полюсе располагается металлический щиток, под которым устанавливается плата круглой конфигурации с микропроцессором. Защитный блок подключен к положительному выводу отдельным плоским шлейфом с изолятором, который проходит вдоль корпуса аккумулятора. Узел обеспечивает защиту от короткого замыкания и предотвращает подачу тока с повышенной силой при зарядке. Предусмотрена защита от чрезмерной разрядки, при падении напряжения цепь размыкается.
Некоторые производители аккумуляторов используют для обозначения защиты словосочетание Short circuit, указывающее на предохранитель от короткого замыкания. Но изготовители не всегда наносят на корпус маркировку, указывающую на установку защиты. Перед началом эксплуатации подобных изделий рекомендуется прочитать отзывы владельцев или запросить дополнительную информацию у поставщика изделий.
Для снижения стоимости изделия практикуется отказ от установки контроллера, батареи имеют на корпусе отметку Unprotected. Поскольку из цепи исключен защитный блок, то рекомендуется устанавливать элементы питания в устройства с пониженным энергопотреблением. Пользователь самостоятельно контролирует уровень зарядки аккумуляторов, для восстановления емкости используется зарядный блок с микропроцессорным управлением.
Механическая защита литий-ионных аккумуляторов
Для предотвращения взрыва батарей Li-Ion типа используется 2 метода дополнительной защиты:
- Механический тумблер, который разрывает цепь питания при повышении температуры корпуса батареи. Устройство предотвращает дальнейший нагрев элемента, приводящий к деформации корпуса, разрыву оболочки и возгоранию.
- Предохранительный клапан, использующийся для стравливания излишков газа, образующегося при работе аккумулятора. Вместе с газообразными продуктами выбрасывается и часть жидкого электролита, разрушающего контактные площадки и электронные компоненты оборудования. Батарею со сработавшим предохранительным клапаном рекомендуется заменить.
Емкость литий-ионных аккумуляторов
Для обозначения емкости батарей используется единица измерения А*ч (ампер в час) или мА*ч (миллиампер в час), цифровое значение наносится на этикетку на корпусе аккумулятора. Параметр определяет продолжительность работы элемента питания при нормативной нагрузке до снижения емкости до нулевого значения. Батареи отличаются сниженным проявлением «эффекта памяти», который заключается в обратимом падении емкости (наблюдается при восстановлении заряда частично севшего аккумулятора).
Стандартные устройства Li-Ion не допускают глубокого разряда, который необратимо разрушает материал анода и катода. На долговечность работы влияют режимы зарядки, при повышенном напряжении в цепи питания происходит деградация батарей с одновременным падением емкости. Превышение напряжения на 4% приводит к снижению емкости на 50%, причем при последующей зарядке с нарушением параметров емкость снова снизится в 2 раза.
Токоотдача литий-ионных аккумуляторов
Токоотдача является дополнительным параметром, характеризующим батарею, значение наносится на корпус элемента питания, измеряется в А (амперах) или мА (миллиампер). Аккумуляторы с повышенным параметром называются высокотоковыми (маркировка High drain) и отличаются сниженной емкостью. При выборе элемента питания необходимо учитывать характеристики электрического привода, повышенная нагрузка на АКБ приводит к перегреву конструкции и преждевременному выходу узла из строя.
Как узнать, какие аккумуляторы 18650 по техническим характеристикам лучше
Для определения оптимального аккумулятора серии 18650 используется расчет параметров в соответствии с законом Ома. Для определения параметров требуется знать рабочее напряжение U и сопротивление прибора R, которое измеряется тестовым прибором, переключенным в режим омметра.
Отношение U и R позволяет определить силу тока в цепи питания, на основе анализа значения производится подбор батареи, которая будет работать без перегрузки. При выборе дополнительно учитываются емкость и габариты аккумулятора, который размещается в корпусе инструмента.
Виды литий-ионных батарей
Промышленность выпускает несколько разновидностей аккумуляторов серии 18650:
- Литий-кобальтовый элемент, предназначенный для эксплуатации в устройствах с пониженным потреблением энергии.
- Литий-марганцевый узел, отличающийся повышенной мощностью и улучшенной стабильностью.
- Литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор, имеющий повышенную мощность и энергоемкость. Для дополнительного улучшения характеристик используется легирование анода кремнием, но материал негативно влияет на долговечность аккумулятора. Устройства используются для привода электрических двигателей в инструментах или транспортных средствах.
- Литий-железо-фосфатная батарея, устойчивая к переразряду и приспособленная к установке вместо сернокислотных аккумуляторов в тяговых приводах.
- Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный элемент, обладающий повышенной мощностью и расширенным сроком эксплуатации (по сравнению с изделиями литий-кобальтового типа). Устройство лучше для шуруповерта не использовать, поскольку аккумулятор сохранил основные недостатки литий-кобальтовых батарей.
- Литий-титановый узел, оснащенный анодом из кристаллов титаната лития. Катод выполняется из графита, напряжение на клеммах составляет 2,4 В. Устройство поддерживает режимы ускоренной зарядки, допускает эксплуатацию при низких температурах. Падение емкости при охлаждении до -30°С не превышает 20%. Изделие не подвержено тепловым пробоям, но низкая энергоемкость и повышенная стоимость сдерживают распространение литий-титановых элементов.
Старение, хранение и диапазон рабочих температур
При хранении батарей литий-ионного типа происходит естественное ухудшение рабочих параметров, связанное с изменением состава анода и катода. Производители закладывают снижение емкости 10% за каждый год нахождения элемента на складе (при соблюдении условий хранения). Если АКБ находится в неподобающих условиях, то процессы деградации ускоряются. На корпус элемента наносится дата изготовления и срок годности, после которого производитель не гарантирует работоспособности аккумулятора.
Запрещается хранение изделий в условиях повышенных или пониженных температур, размещение упаковки под прямыми солнечными лучами или рядом с нагревательными приборами. При снижении температуры корпуса ниже 0°С литий-ионный аккумулятор теряет до 50% стартовой емкости. Рекомендуется хранить частично заряженные батареи (на 30-50%) с периодической подзарядкой. При складировании разряженных элементов ускоряются процессы разрушения катода и анода, последующее восстановление батареи невозможно.
Литий-кобальтовые
Устройство отличается повышенной емкостью, но не допускает режимов ускоренной зарядки (из-за интенсивного выделения газов). Катод слоистого типа изготовлен из сплава лития и оксида кобальта, для анода применен спрессованный графит. Нормальное напряжение составляет 3,6 В, использование 4 последовательно соединенных элементов для замены кислотных батарей не рекомендуется, поскольку изделия не предназначены для применения в оборудовании с повышенным потреблением энергии.
Повышение нагрузки вызывает перегрев и разрушение корпуса с вытеканием электролита в полость прибора. Изделия рассчитаны на разрядку и зарядку током, не превышающим номинальной емкости. Аккумулятор не рекомендуется заряжать до напряжения выше допустимого параметра (4,2 В). Также изделия отличаются пониженным ресурсом и сниженной термической стабильностью (температура теплового пробоя не превышает 150°С). При полной зарядке вероятность пробоя возрастает.
Для восстановления рабочих параметров рекомендуется использовать зарядные блоки с микропроцессорным управлением, позволяющим регулировать параметры зарядки. Дополнительным недостатком батареи является низкая экологичность производства, отработавшие элементы подлежат утилизации. Изделия используются в сотовых телефонах, батареях планшетов или ноутбуков, ресурс изделия составляет до 1000 циклов разрядки и зарядки (зависит от условий эксплуатации).
Литий-марганцевые элементы
Элементы построены на базе катода из композиции лития и марганца, отличаются повышенной термической устойчивостью. Анод выполнен из графита с дополнительными присадками. Батареи имеют повышенный срок службы, приспособлены к эксплуатации в цепях с пониженным сопротивлением. Напряжение на выходах составляет 3,7 В, банка из 3 последовательно соединенных элементов заменяет свинцово-кислотный источник питания.
Изделия допускают длительный ток разрядки до 30 А (пиковые кратковременные значения достигают 50 А). Для обеспечения повышенного ресурса не допускается нагрев корпуса батареи выше 80°С. Емкость батареи на основе литий-марганцевой композиции на 30% ниже, чем у аналогичного по размерам никель-кобальтового аккумулятора. Существуют изделия одного типоразмера, различающиеся емкостью и предназначенные для установки в различное оборудование.
Скорость восстановления емкости зависит от силы тока, при превышении параметра начинается выделение газов, способных разорвать кожух батареи. Конструкция аккумулятора допускает глубокую разрядку (до 2,5 В). Но при постоянном разряде или длительном хранении в таком состоянии начинается деградация активных веществ и электролита, приводящая к необратимому повреждению батарейки.
Существует комбинированный элемент литий-никель-марганец-кобальтового типа, обеспечивающий повышение энергоемкости при одновременном росте срока эксплуатации. Изделия используются для привода автомобилей (в гибридных силовых установках). За счет комбинированной схемы удалось снизить вероятность теплового пробоя (температура составляет более 250°С) и уменьшить пожароопасность батареи.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы
Батарея отличается применением для изготовления катода вещества, состоящего из лития, железа и фосфата. Материал был разработан в 1996 г. в ходе поисковых работ как альтернатива соединению лития и кобальта. Вещество отличается пониженной стоимостью при повышенной термической устойчивости (что позволило отказаться от контроллера зарядки). Технология изготовления и сам материал не наносят вреда экологии, но при этом АКБ литий-железо-фосфатного типа обладают пониженной емкостью.
Изделия отличаются повышенным ресурсом, обеспечивая при разрядке стабильное напряжение (около 3,2 В). Падение параметров начинается только при снижении емкости до нулевой отметки. Стабильность параметров позволяет упростить конструкцию регулятора напряжения, что положительно сказывается на стоимости и весе оборудования. Последовательное соединение 4 элементов в общую банку дает напряжение на выходе 12,8 Вольт, что позволяет использовать элементы вместо традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов.
Дополнительным преимуществом батареек на основе литий-железо-фосфатной композиции является повышенное значение тока при пиковой нагрузке. Материал катода обеспечивает снижение саморазряда в широком диапазоне температур (-30…+55°С). Общие технические характеристики предопределили широкое распространение батареек для привода силовых механизмов (например, электродвигателей автомобилей или бытового оборудования). Недостатком изделий является падение напряжения и емкости при росте тока в цепи нагрузки (эффект Пойкерта).
Как вам статья?
