Схема, устройство, ремонт
Без сомнений, электроинструмент значительно облегчает наш труд, а также сокращает время рутинных операций. В ходу сейчас и всевозможные шуруповёрты с автономным питанием.
Рассмотрим устройство, принципиальную схему и ремонт зарядного устройства для аккумуляторов от шуруповёрта фирмы "Интерскол".
Для начала взглянем на принципиальную схему. Она срисована с реальной печатной платы зарядного устройства.
Печатная плата зарядного устройства (CDQ-F06K1).
Силовая часть зарядного устройства состоит из силового трансформатора GS-1415. Мощность его около 25-26 Ватт. Считал по упрощённой формуле, о которой уже говорил здесь.
Пониженное переменное напряжение 18V со вторичной обмотки трансформатора поступает на диодный мост через плавкий предохранитель FU1. Диодный мост состоит из 4 диодов VD1-VD4 типа 1N5408. Каждый из диодов 1N5408 выдерживает прямой ток 3 ампера. Электролитический конденсатор C1 сглаживает пульсации напряжения после диодного моста.
Основа схемы управления – микросхема HCF4060BE, которая является 14-разрядным счётчиком с элементами для задающего генератора. Она управляет биполярным транзистором структуры p-n-p S9012. Транзистор нагружен на электромагнитное реле S3-12A. На микросхеме U1 реализован своеобразный таймер, который включает реле на заданное время заряда – около 60 минут.
При включении зарядника в сеть и подключении аккумулятора контакты реле JDQK1 разомкнуты.
Микросхема HCF4060BE запитывается от стабилитрона VD6 – 1N4742A (12V). Стабилитрон ограничивает напряжение с сетевого выпрямителя до уровня 12 вольт, так как на его выходе около 24 вольт.
Если взглянуть на схему, то не трудно заметить, что до нажатия кнопки "Пуск" микросхема U1 HCF4060BE обесточена – отключена от источника питания. При нажатии кнопки "Пуск" напряжение питания от выпрямителя поступает на стабилитрон 1N4742A через резистор R6.
Далее пониженное и стабилизированное напряжение поступает на 16 вывод микросхемы U1. Микросхема начинает работать, а также открывается транзистор S9012, которым она управляет.
Напряжение питания через открытый транзистор S9012 поступает на обмотку электромагнитного реле JDQK1. Контакты реле замыкаются, и на аккумулятор поступает напряжение питания. Начинается заряд аккумулятора. Диод VD8 (1N4007) шунтирует реле и защищает транзистор S9012 от скачка обратного напряжения, которое образуется при обесточивании обмотки реле.
Диод VD5 (1N5408) защищает аккумулятор от разряда, если вдруг будет отключено сетевое питание.
Что будет после того, когда контакты кнопки "Пуск" разомкнутся? По схеме видно, что при замкнутых контактах электромагнитного реле плюсовое напряжение через диод VD7 (1N4007) поступает на стабилитрон VD6 через гасящий резистор R6. В результате микросхема U1 остаётся подключенной к источнику питания даже после того, как контакты кнопки будут разомкнуты.
Сменный аккумулятор.
Сменный аккумулятор GB1 представляет собой блок, в котором последовательно соединено 12 никель-кадмиевых (Ni-Cd) элементов, каждый по 1,2 вольта.
На принципиальной схеме элементы сменного аккумулятора обведены пунктирной линией.
Суммарное напряжение такого составного аккумулятора составляет 14,4 вольт.
Также в блок аккумуляторов встроен датчик температуры. На схеме он обозначен как SA1. По принципу действия он похож на термовыключатели серии KSD. Маркировка термовыключателя JJD-45 2A. Конструктивно он закреплён на одном из Ni-Cd элементов и плотно прилегает к нему.
Один из выводов термодатчика соединён с минусовым выводом аккумуляторной батареи. Второй вывод подключен к отдельному, третьему разъёму.
Алгоритм работы схемы довольно прост.
При включении в сеть 220V зарядное устройство ни как не проявляет свою работу. Индикаторы (зелёный и красный светодиоды) не светятся. При подключении сменного аккумулятора загорается зелёный светодиод, который свидетельствует о том, что зарядник готов к работе.
При нажатии кнопки "Пуск" электромагнитное реле замыкает свои контакты, и аккумулятор подключается к выходу сетевого выпрямителя, начинается процесс заряда аккумулятора. Загорается красный светодиод, а зелёный гаснет. По истечении 50 – 60 минут, реле размыкает цепь заряда аккумулятора. Загорается светодиод зелёного цвета, а красный гаснет. Зарядка завершена.
После зарядки напряжение на клеммах аккумулятора может достигать 16,8 вольт.
Такой алгоритм работы примитивен и со временем приводит к так называемому "эффекту памяти" у аккумулятора. То есть ёмкость аккумулятора снижается.
Если следовать правильному алгоритму заряда аккумулятора для начала каждый из его элементов нужно разрядить до 1 вольта. Т.е. блок из 12 аккумуляторов нужно разрядить до 12 вольт. В заряднике для шуруповёрта такой режим не реализован.
Вот зарядная характеристика одного Ni-Cd аккумуляторного элемента на 1,2V.
На графике показано, как во время заряда меняется температура элемента (temperature), напряжение на его выводах (voltage) и относительное давление (relative pressure).
Специализированные контроллеры заряда для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов, как правило, работают по так называемому методу дельта -ΔV. На рисунке видно, что в конце зарядки элемента происходить уменьшение напряжения на небольшую величину – порядка 10mV (для Ni-Cd) и 4mV (для Ni-MH). По этому изменению напряжения контроллер и определяет, зарядился ли элемент.
Так же во время зарядки происходит контроль температуры элемента с помощью термодатчика. Тут же на графике видно, что температура зарядившегося элемента составляет около 45 0 С.
Вернёмся к схеме зарядного устройства от шуруповёрта. Теперь понятно, что термовыключатель JDD-45 отслеживает температуру аккумуляторного блока и разрывает цепь заряда, когда температура достигнет где-то 45 0 С. Иногда такое происходит раньше того, как сработает таймер на микросхеме HCF4060BE. Такое происходит, когда емкость аккумулятора снизилась из-за "эффекта памяти". При этом полная зарядка такого аккумулятора происходит чуть быстрее, чем за 60 минут.
Как видим из схемотехники, алгоритм заряда не самый оптимальный и со временем приводит к потере электроёмкости аккумулятора. Поэтому для зарядки аккумулятора можно воспользоваться универсальным зарядным устройством, например, таким, как Turnigy Accucell 6.
Возможные неполадки зарядного устройства.
Со временем из-за износа и влажности кнопка SK1 "Пуск" начинает плохо срабатывать, а иногда и вообще отказывает. Понятно, что при неисправности кнопки SK1 мы не сможем подать питание на микросхему U1 и запустить таймер.
Также может иметь место выход из строя стабилитрона VD6 (1N4742A) и микросхемы U1 (HCF4060BE). В таком случае при нажатии кнопки включение зарядки не происходит, индикация отсутствует.
В моей практике был случай, когда стабилитрон пробило, мультиметром он "звонился" как кусок провода. После его замены зарядка стала исправно работать. Для замены подойдёт любой стабилитрон на напряжение стабилизации 12V и мощностью 1 Ватт. Проверить стабилитрон на "пробой" можно также, как и обычный диод. О проверке диодов я уже рассказывал.
После ремонта нужно проверить работу устройства. Нажатием кнопки запускаем зарядку АКБ. Приблизительно через час зарядное устройство должно отключиться (засветится индикатор "Сеть" (зелёный). Вынимаем АКБ и делаем "контрольный" замер напряжения на её клеммах. АКБ должна быть заряженной.
Если же элементы печатной платы исправны и не вызывают подозрения, а включения режима заряда не происходит, то следует проверить термовыключатель SA1 (JDD-45 2A) в аккумуляторном блоке.
Схема достаточно примитивна и не вызывает проблем при диагностике неисправности и ремонте даже у начинающих радиолюбителей.
Приветствую пока немногочисленных читателей моего блога. 2 года назад приобрел шуруповерт catalog.onliner.by/einhell/btcd181h/ У него в наборе 2 аккумулятора. Пользуюсь я им в бытовых целях, т.е. 3 раза в год, и не так давно заметил, что одного аккумулятора хватает на 5 минут работы, а второго вообще на пару шурупов. Более дохлый аккумулятор я разобрал и выяснил, что из 15 никель-кадмиевых аккумуляторов, соединенных последовательно, мертвыми оказались 11(!) штук. Конструкция этой батареи, как и от любого другого шуруповерта с никель-кадмиевыми аккумуляторами не выдерживает ни какой критики по многим причинам:
1) Они очень тяжелы ( низкое соотношение емкости к весу);
2) Хранятся в разряженном состоянии; ( при хранении теряют 10% емкости в месяц, их этого вытекает, что иногда надо закрутить 3 шурупа, а аккумуляторы перед этим ещё приходится заряжать);
3) Обладают эффектом памяти;
4) Ячейки внутри соединены последовательно, из-за чего при зарядке некоторые из-них недозаряжаются, а некоторые перезаряжаются. Балансировочного разъема нет;
Одна ячейка стоит 3-4 доллара, т.е. отремонтировать один старый аккумулятор мне бы обошлось 35 долларов. И опять те-же проблемы через полтора два года. Вывод: рабочие ячейки идут на замену нерабочих во втором более живом аккумуляторе. А в этот было решено искать более соответствующую начинку.
Выбор пал на литий-полимерный аккумулятор от авиамоделей. Данные аккумуляторы обладают низким внутренним сопротивлением, что позволяет им отдавать огромные токи, что в данной ситуации не сильно хорошо для электромотора, который при большом токе может сгореть. По этому я решил подобрать аккумулятор примерно с такими-же характеристиками. При максимальной нагрузке напряжение родного 18 Вольтового аккумулятор проседало до 14 В. Ток при этом ток был около 9 А. Чтобы он не вышел из строя
Вот перечень того, что было приобретено:
Аккумулятор 14,8 В 1,6А;
Индикатор низкого заряда аккумулятора;
Необходимые провода и разъемы;
Всеядное зарядное устройство.
Индикатор при низком заряде начинает издавать звуки, он подключен параллельно с мотором и начинает работать при нажатии на курок…
Будет дополнено.
Читать дальше
Сегодня в продаже можно встретить много моделей шуруповёртов как от известных мировых брендов, так и от неизвестных никому компаний. Есть простенькие модели, а также функциональные с богатым оснащением. Объединяет их одно – все они имеют аккумуляторы для работы в автономном режиме. И зачастую стоимость этих аккумуляторов составляет больше половины цены самого шуруповёрта. Чаще всего в качестве элементов таких батарей используются никель-металлогидридные или никель-кадмиевые аккумуляторы. В некоторых случаях их можно восстановить и отремонтировать аккумулятор шуруповёрта. В настоящем материале мы разберём, как это делается.
Конструкция и разновидности аккумуляторов для шуруповёртов
Практически все производители во всех странах мира выпускают одинаковые по конструкции и принципу действия аккумуляторы для шуруповёртов. Многие производители выпускают аккумуляторы сразу для нескольких производителей шуруповёртов. Аккумуляторная батарея выполняется съёмным и выглядит следующим образом.
Аккумулятор от шуруповёрта Bosch PSR 14,4 В
Разобрать аккумулятор несложно. Крышка держится на четырёх винтах. Отворачиваем их, разбираем корпус и внутри видим гирлянду из последовательно соединённых батареек.
В нашем случае это аккумулятор для шуруповёрта Bosch PSR 14,4 В. В нём изначально один саморез закрыт пластиком. В случае вскрытия теряется гарантия.
Аккумулятор в сборе
Чаще всего используются Ni─Cd аккумуляторы для шуруповёрта, но есть и другие разновидности. Ниже представлены типы элементов, используемых в аккумуляторах для шуруповёртов:
- Ni─Cd. Никель–кадмиевые аккумуляторы. Номинальное напряжение одного элемента 1,2 вольта;
- Ni─MH. Никель-металлогидридный. Номинальное напряжение одного элемента 1,2 вольта;
- Li─Ion. Литий-ионный. Номинальное напряжение 3,6 вольта.
Разновидности элементов для аккумулятора шуруповёрта
Никель-кадмиевые аккумуляторы для шуруповёртов являются наиболее распространёнными на сегодняшний день. Они имеют доступную цену, сохраняют работоспособность при отрицательных температурах, могут храниться в разряженном состоянии, не теряя свои характеристики.
Никель─металлогидридные аккумуляторы распространены меньше, чем никель кадмиевые аккумуляторы для шуруповёртов. К их преимуществам стоит отнести отсутствие токсичных компонентов, экологически чистое производство, незначительный «эффект памяти» и меньший саморазряд, чем у никель-кадмиевых батарей. Кроме того, если сравнивать с Ni─Cd аккумуляторными батареями, никель─металлогидридные имеют большую ёмкость и выдерживают большее число циклов заряд-разряд. Дополнительно советуем прочитать о том, как заряжать Ni─MH аккумуляторы.
К недостаткам следует отнести высокую стоимость, чувствительность к отрицательным температурам. Кроме того, Ni─MH батареи при хранении в разряженном состоянии утрачивают часть своих характеристик.
Li─Ion
Литий─ионные аккумуляторы в шуруповёртах встречаются реже. Среди плюсов стоит отметить отсутствие «эффекта памяти» и саморазряда. Ёмкость литий─ионных аккумуляторов выше и в разы больше число циклов заряд-разряд, чем у оксидно─никелевых. К тому же у элемента большее номинальное напряжение. Поэтому требуется меньшее число элементов, а значит, такие аккумуляторы имеют меньший вес и размеры.
Среди недостатков следует отметить большую стоимость. Если сравнивать с Ni─Cd аккумуляторами для шуруповёрта, то цена Li─Ion практически в три раза больше. Стоит отметить, что за 2─3 года интенсивного использования Li─Ion аккумулятор существенно теряет ёмкость из-за разложения лития.
Вернуться к содержанию
Конструкция аккумулятора для шуруповёрта
Ничего сложного в конструкции аккумулятора нет. Его разбор был показан выше. Стоит только добавить информацию о контактах на корпусе. У аккумулятора для шуруповёрта их четыре (рассматривается модель Bosch PSR 14,4 В).
Контакты аккумулятора шуруповёрта
На изображении отмечены следующие контакты:
- 1 – плюс;
- 2 – минус;
- 3 ─ контакт термистора (датчик температуры). Термистор нужен для ограничения или отключения тока заряда. Он срабатывает при увеличении температуры аккумуляторных элементов до определённого значения. При ускоренной зарядке через элемент идёт большой ток, и он нагревается, а термистор предотвращает его выход из строя;
- 4 ─ этот контакт подключается через сопротивление и называется сервисным. Его используют сложные зарядные устройства, предназначенные для выравнивания заряда на аккумуляторных элементах.
Неисправности аккумуляторов для шуруповёртов
Как правило, при неисправности Ni─Cd аккумулятора для шуруповёрта выходит из строя один или несколько элементов аккумуляторной батареи. Поэтому первоочередная задача при ремонте аккумулятора шуруповёрта – это определение вышедших из строя элементов.
При диагностике элементов потребуется мультиметр для замера напряжения. На Ni─Cd и Ni─MH аккумуляторах напряжение находится в пределах 1,2─1,4 вольта, а Li─Ion – 3,6─3,8 вольта.
Общее напряжение последовательной сборки
Напряжение одного элемента
- Полностью зарядите аккумулятор шуруповёрта;
- Разберите корпус;
- Измерьте напряжения всех элементов и отметьте те, у которых напряжение ниже номинального. Номинальное напряжение нанесено на корпусе каждой банки. Как правило, они обёрнуты в бумажную оболочку;
- Затем подайте нагрузку на аккумуляторную батарею (включите шуруповёрт). Если не хочется опять собирать, то подключите к выводам «гирлянды» нагрузку в виде лампочки 12 вольт;
- Через некоторое время снова делайте замеры напряжения на элементах. Те банки, у которых напряжение отличается от среднего на 0,5─0,7 вольта, подлежат восстановлению или замене. При визуальном осмотре особое внимание следует уделить банкам со следами коррозии и подтёков.
Разрядка аккумулятора шуруповёрта лампочкой
Затем уже ведётся работа с элементами, которые диагностируются, как неисправные. Об этом ниже. А здесь ещё стоит сказать о таких неисправностях, как нарушение пайки в местах соединения элементов, выход из строя температурного датчика и т. п. Но эти виды поломок очень редкие и не заслуживают внимания.
Восстановление и ремонт Ni─MH, Ni─Cd аккумуляторов
Что касается литиевых аккумуляторов, то их восстановление невозможно. В процессе эксплуатации в них разлагается литий и через 2─3 года восстанавливать будет уже нечего. В этом случае нужно просто заменить вышедшие из строя элементы.
А вот над Ni─MH и Ni─Cd аккумуляторами ещё можно поработать. Если кратко, то методика восстановления этого типа аккумуляторных батарей сводится к пропусканию через них тока короткими импульсами. Ток должен быть в десятки раз выше ёмкости Ni─Cd элемента. При этом разрушаются дендриты и аккумулятор как бы «перезапускается». Далее проводится его тренировка в виде нескольких циклов заряд-разряд.
Однако вышеописанный метод часто не помогает, и через некоторое время батареи снова отказываются работать. Проблема заключается в том, что в процессе работы в Ni─Cd аккумуляторах уменьшается объем электролита. Поэтому используется метод доливкой дистиллированной воды внутрь элемента. Подробнее читайте в отдельной статье «Ni─Cd аккумуляторы восстановление и ремонт».
Вернуться к содержанию
Замена Ni─MH, Li─Ion, Ni─Cd элементов в аккумуляторе шуруповёрта
После того, как вы восстановили элементы, их следует впаять обратно. Если вы решили не восстанавливать, а заменить элементы батареи, то их можно поискать в соответствующих интернет-магазинах. Цена на никель─кадмиевые аккумуляторы номиналом 1,2 В, 2000 мА-ч лежит в пределах 200 рублей. В любом случае в сборке их нужно будет заменить, а значит, придется паять.
- Паяльник 25─30 ватт;
- Паяльная кислота;
- Кусачки.
Сначала вы откусываете или отпаиваете элемент от соединительной пластины. Затем проводите восстановление или просто заменяете. Далее припаиваете рабочий элемент к пластине для объединения в гирлянду. Советуем пайку осуществлять быстро, чтобы внутренности батарейки не повредились от нагрева корпуса.
В идеале нужно сохранить все соединительные пластины и паять элементы к ним. Если это не получается, то замените их на медные пластины соответствующего сечения. Это важно, поскольку если сечение не будет соответствовать штатному, при зарядке эти места будут греться. В результате может срабатывать термистор. Само собой, что паять элементы нужно с соблюдением полярности.
Если у вас шуруповёрт на металлогидридных батарейках, то читайте как восстановить Ni─MH аккумуляторы.
На этом по ремонту аккумуляторов шуруповёртов всё. Если у вас есть дополнения, исправления или вы хотите поделиться опытом, то можно это сделать в комментариях ниже.
Вернуться к содержанию
