Зарядное устройство для шуруповерта, переделанного под литий

Очередные очумелые ручки :) Осторожно, трафик! Много картинок! И много букв :)
Если кто помнит, я довольно давно уже переделал аккумулятор своего шуруповерта на литий. Но вот с нормальной зарядкой для него все тянул. Да и заряжать его теперь нужно не раз в несколько дней, а раз в месяц :) Когда было не лень — ставил заряжаться от лабораторного БП с ограничением напряжения и тока, когда было лень — втыкал в старое родное зарядное устройство, которое для лития ну совсем не рассчитано и выдавало что-то около 18 вольт и под три ампера. Надежду возлагал на плату защиты внутри аккумулятора.
Но все же мысль о нормальной зарядке меня не покидала.

И даже блок питания с регулятором напряжения и тока купил уже давно:
— БП — https://aliexpress.com/item/item/Power-Supply-Module-AC-110v-220v-to-DC-24V-6A-AC-DC-Switching-Power-Supply-Board/32827334983.html
— регулятор — https://aliexpress.com/item/item/DC-DC-Step-Down-Adjustable-Constant-Voltage-Current-Power-Supply-Module-Drop-shipping/32787533675.html
Выбирал с запасом по мощности и с расчетом давать на регулятор 20-24 вольта и на нем ограничивать до 16.7 вольт и до 1 ампера. Забегая вперед — с БП меня ждал небольшой облом, но об этом будет дальше в обзоре.

Кроме этого, все крепежи рассчитывал под болтики (нержавейка) и шурупчики, которыми тоже давно уже затарился на Али. Брал сразу по несколько диаметров — от М1 до М3 :)
Болтики — https://aliexpress.com/item/item/500pcs-lot-DIN7985-Stainless-Steel-304-M2-Phillips-Pan-Round-Head-Machine-Screw-kit-m2x4-5/32765362652.html и у этого же продавца много других размеров
Шурупчики — https://aliexpress.com/item/item/400pcs-M2-Cross-pan-Head-Self-Tapping-Screws-Black-Oxide-Assortment-Kit-M2-4-5-6/32580525848.html и тоже у этого же продавца есть и другие размеры.
Не раз уже пригодились :)

Вот так выглядела родная зарядка шуруповерта и сам аккумулятор:


Аккумулятор вставлялся в нее вверх ногами:


Внутри гнезда три контакта — два питания и один на термопредохранитель внутри аккумулятора:

(тут контакты уже вытащены)

В зарядке трансформатор и плата с несложной аналоговой электроникой:



Блок питания с регулятором ни в какую не влазили в родной корпус зарядки, так что корпус нужно было делать новый.
Сначала была мысль сделать отдельно «колпачок» с контактами, одевающийся на аккумулятор, и отдельно саму зарядку. Но потом подумал, что никакого выигрыша это не дает, только лишние провода будут путаться под ногами. И решил повторить конструкцию родной зарядки — БП с регулятором внутри, и тут же в корпусе гнездо для аккумулятора.

В последнее время все, что я собираюсь сделать, я сначала моделирую. Особенно такие вещи, которые должны совмещаться с уже готовыми — например с аккумулятором шуруповерта. И чтобы в моделировании корпуса было от чего отталкиваться, я начал с модели «ножки» аккумулятора. Форма у нее несложная, хватило только штангенциркуля для снятия всех размеров, первая же напечатанная модель идеально совместилась с оригиналом:


Ну или мне так показалось :)
После этого я приступил к моделированию гнезда, опираясь на уже сделанную модель ножки. Распечатал гнездо — распечатанная ранее ножка входит идеально:



А вот ножка реального аккумулятора как-то не очень уютно себя чувствует в напечатанном гнезде:

Перепроверяю все размеры — все верно, но контакты немного не попадают, чуток болтается и вообще как-то кривовато сидит. В конце концов я доглядел, что ножка, оказывается, сужается кверху не по всем граням. Плоская передняя грань идет ровно, без сужения. Перепечатал с учетом этого ножку и гнездо и все встало на свои места :)
Потом еще несколько раз слегка менял и печатал гнездо, подбирая точный размер. Причем несколько раз это было по моей невнимательности — в модели менял один размер — внешний, а после печати смотрел на другой — внутренний. И удивлялся что как-то ничего не меняется :)

После пробных двух ножек и четырех гнезд я был полностью доволен результатом. Добавил к гнезду верхнюю поверхность, ребра жесткости и крепление для платы с контактами:

И перешел к следующему этапу — моделирование самого корпуса. Сразу решил, что корпус будет из верхней и нижней половин, только нужно было определиться как внутри разместить БП и регулятор. Для этого я потратил еще пол-вечера и сделал их модели. И начал виртуально прикладывать их друг к другу и к гнезду в разных вариантах. В конце концов остановился вот на такой компоновке:


Ну а когда понятна компоновка, тогда уже становится более-менее понятен и размер корпуса, так что можно приступать к его окончательной отрисовке. Начал с верхней крышки. Ничего сложного — расширить верхнюю плоскость до размеров корпуса, поднять стенки, добавить стойки для крепления стабилизатора. К небольшим вертикальным элементам — стойкам, например, для 3D-печати лучше добавлять ребра для усиления. И к основанию всех вертикальных элементов — особенно тонких, например стенок — полезно добавить фаски, чтобы площадь основания увеличилась, это даст дополнительную прочность.
Не забыл и об охлаждении — на верхней стороне сделал два ряда узких прорезей, как раз над радиаторами регулятора. Поскруглял углы корпуса, причем около гнезда скруглил посильнее — чисто для дизайна :) Добавил отверстия для двух индикаторных светодиодов. И сделал кромку по периметру. На нижней половине будет ответная кромка, чтобы половины слегка входили друг в друга. Получилось так:


Примеряю регулятор и плату с контактами:

И другая сторона, с вставленными светодиодами:


Кстати, модель контакта я тоже отдельно сделал :)

Позже я еще добавил небольшой вырез под сетевой шнур и крепления для стягивания двух половинок корпусов:


С нижней половиной корпуса все было еще проще — скопировать контур верхней половины, вытянуть стенки, добавить стойки для БП, крепления для стягивания половинок, вентиляционные отверстия и ответную кромку:

Примеряем БП:

И можно посмотреть как там все себя чувствует по высоте:

Замечательно все себя чувствует :)

А вот так по задумке скрепляются половинки корпусов:


Ну и можно посмотреть как все это будет выглядеть в сборе:



Вроде бы все готово, можно начинать печатать. Использовать для печати я решил новый для меня пластик — PETG. Несколько пробных небольших деталек мне очень понравились — и как печатается и как выглядит и по прочности.

Ну а так как эксперименты с разными цветами этого пластика у меня все еще продолжались, то половинки было решено печатать разными цветами. Для нижней был выбран черный пластик, а для верхней — прозрачный.

Начал с нижней половины, печаталось около 5 часов. Черный пластик был непросушенный, что и отразилось на результате:


Благо, этот пластик довольно легко обрабатывается и срезать эти «сопли» не составило труда. Внешняя часть корпуса вышла очень хорошо:



И БП встал на свое место идеально. Крепится болтиками М3х5, вкручиваемыми внатяг прямо в отверстия в пластике стоек.

Только одна загвоздка была — не смог нормально удалить поддержки изнутри межкорпусных креплений (куда вставляются болтики, стягивающие половины корпуса), пришлось аккуратно высверливать их. PETG вообще очень активно слипается между слоями, в том числе и между поддержками и слоями, даже с оставленным промежутком в один слой между поддержками и следующим слоем.

На следующий день поставил на печать верхнюю половину из прозрачного пластика:

Этот был уже предварительно просушен, поэтому таких безобразий как в первой половинке тут не было:


Регулятор тоже встал на свое место без каприз, крепится, как и БП, болтиками М3х5:

Половинки совместились идеально:

Ну и конечно же попробовал как оно выглядит с аккумулятором :)


Оставалось только сделать плату для контактов и спаять все в кучу. Плату за 10 минут вырезал на станке. Хотя ее без всяких проблем и не намного дольше можно сделать и руками:

Выпаял из родной зарядки контакты и впаял их в плату:


Ну и примерил в корпус :)

Вот тут вылез косяк модели — я на одном из этапов увеличивал толщину стенок гнезда, в результате чего сместились некоторые элементы. И я совсем упустил из виду, что среди прочих сместился и вырез под центральный контакт. И теперь контакт пытался быть на 2 мм в стороне от правильного места. Пришлось применить силу, разогретый паяльник и такую-то мать, чтобы вернуть его на место. Получилось немного кривовато, но вполне работоспособно :) Может быть когда-нибудь и перепечатаю эту половину в правильном виде. Плата прикручена шурупчиками М2х4.


Пришло время паять :)
Для начала я соединил прямо на столе БП и регулятор, чтобы настроить напряжение и ток. И вот тут меня ждал облом — блок питания оказался не на 24 вольта как обещал продавец, а на 12. Это теперь ждать еще месяц пока придет другой БП? И переделывать корпус под него? Да ну его куда… Методом тыка я изменил сопротивления в обратной связи БП так, что он стал выдавать 17.2 вольта. Честно говоря, я в импульсных БП дуб дубом, поэтому даже не знаю насколько это правильно или вредно :) Но работает. Кстати, выходные конденсаторы в БП стоят 35-вольтовые…
Сначала настроил на регуляторе холостое напряжение 16.7 вольта — на 0.1 вольта меньше, чем в теории требуется сборке лития. Сделал это для того, чтобы плате защиты было проще балансировать банки ближе к окончанию зарядки.
Потом, прицепив к выходу регулятора автомобильную лампу в качестве нагрузки, выставил ограничение тока в 1 ампер. И выпаял родной двухцветный светодиод, припаяв на проводках два отдельных RGB-светодиода. Ну нет у меня красных или зеленых, зато есть RGB с матовой линзой :) Да и смотрятся они в этом корпусе неплохо :)
В процессе:


Однако аккумулятор почему-то отказался нормально заряжаться на 1 ампере. Индикаторы регулятора начинали мерцать с частотой около 5 Герц, поочередно показывая ограничение то по току, то по напряжению, то есть аккумулятор явно обрубал заряд сразу как только начинал его. Снизив ограничение по току до 890 мА, все пошло как должно. Не стал уже с этим разбираться, мне хватит и такого зарядного тока.
Собрал все в кучу, светодиоды закрепил термоклеем:



И вот оно наконец-то готово! :))


Ставлю аккум на зарядку — работает:


Ну и как бонус (только непонятно где он может пригодиться, но все равно...) — зарядка шуруповерта теперь весит на почти 700 грамм меньше :)



Теперь этот девайс поселится на старое место оригинальной зарядки — в глубине стеллажа, и никто его там видеть не будет, почему я и отнесся так легко к странному выбору цветов пластика :)

Всем спасибо кто осилил вот это все :)

ЗЫ: CAD-система, в которой проводилось моделирование и рендеринг — SolidWorks 2014.