Переделка налобного фонаря на батарейкам в аккумуляторный. Модернизация светодиодного фонаря как заменить свинцовый аккумулятор литий-ионным Переделка фонарика космос под аккумуляторы 18650

В статье «Ремонт и модернизация светодиодных фонарей» подробно рассмотрен вопрос ремонта и доработки электрических схем китайских светодиодных фонарей, замены вышедшего из строя кислотного аккумулятора аналогом.

Но есть еще один вариант замены аккумулятора при ремонте фонаря – замена его литий-ионным аккумулятором от неисправных электронных устройств. Например, сотового телефона, фотоаппарата, ноутбука или шуруповерта. Подойдут также аккумуляторы, которые уже не обеспечивают необходимую продолжительность работы устройства, но еще работоспособны.

Первый литий-ионный аккумулятор был выпущен в 1991 году японской корпорацией Sony. Номинальное напряжение одного элемента аккумулятора составляет 3,7 В. Минимально-допустимое – 2,75 В. Напряжение заряда не должно превышать 4,2 В при токе заряда от 0,1 до 1 емкости аккумулятора (С). Литий-ионные аккумуляторы практически не обладают эффектом памяти и имеют малый ток саморазряда, при комнатной температуре не более 20% за год. На текущий момент по техническим характеристикам являются самыми лучшими.

Ранее мне пришлось ремонтировать и модернизировать LED фонарь , в котором перегорели все светодиоды. После ремонта через несколько лет работы он перестал светить по причине выхода из строя свинцового аккумулятора. Как видно на фотографии корпус его вздулся.

Так фонарь и пылился на полке, пока не вышел из строя литий-ионный аккумулятор от фотоаппарата. Анализ показал, что в аккумуляторе отказал контроллер балансировки и заряда. Два элемента аккумулятора были в хорошем техническом состоянии, которые я и решил установить в фонарь вместо кислотного аккумулятора.

Штатное зарядное устройство фонаря для зарядки литий-ионного аккумулятора не подходило, так как оно обеспечивало постоянство тока заряда с неконтролируемым напряжением. А для литий-ионного аккумулятора при зарядке необходимо обеспечить ток зарядки величиной 0,1-1С при напряжении, не превышающем 4,2 В на один элемент.

Выбор контроллера
для зарядки литий-ионного аккумулятора

Можно изготовить контроллер самостоятельно, но в продаже, например, на Алиэкспресс, продаются готовые по цене 0,2-0,3 цента, собранные на микросхеме TP4056 или ее аналогах (ACE4054, BL4054, CX9058, CYT5026, EC49016, MCP73831, LTC4054, LC6000, LP4054, LN5060, TP4054, SGM4054, U4054, WPM4054, IT4504, PT6102, PT6181, Y1880, VS6102, HX6001, Q7051).

На Алиэкспресс был куплен самый простой модуль контроллера, технические характеристики которого полностью удовлетворяют требованиям для зарядки литий-ионного аккумулятора, установленного в фонаре. Его внешний вид представлен на фотографии.

Контроллер собран по приведенной выше электрической схеме. Изменяя номинал резистора, идущего со второго вывода микросхемы на общий провод можно ограничить максимальный ток зарядки.

Выбор величины тока зарядки Li-ion аккумулятора определяется исходя из двух ограничений. Величина тока должна находиться в пределах 0,1-1 от емкости аккумулятора (принято обозначать буквой С). Например, для аккумулятора емкостью 600 мА×час ток не должен превышать 0,6 А. Следовательно, нужно, чтобы номинал токозадающего резистора составил 2 кОм (на резисторе должна стоять маркировка 202). И не превышать величины тока, который способно обеспечить зарядное устройство. Для данного случая ток должен быть более 0,6 А. Ток всегда указывается на этикетке ЗУ.

Стоит заметить, что если попутать полярность подключения аккумулятора к выходу контроллера, то чип сразу пробьется и на выводы аккумулятора начинает поступать подводимое к контроллеру напряжение, что может вывести его из строя.

После зарядки Li-ion аккумулятор от контроллера отключать не обязательно. В режиме сна или когда на контроллер не подается напряжение, он аккумулятор не разряжает.

В данной схеме контроллера не задействована функция отключения при нагреве аккумулятора выше допустимой температуры. Но ее можно включить, если вывод 1 микросхемы отсоединить от общего провода и подключить к выводу датчика температуры аккумулятора (такие есть в аккумуляторах всех сотовых телефонов).

Если есть необходимость использовать контроллер, имеющий защиту от переполюсовки при подключении аккумулятора и короткого замыкания выхода, то можно применить контроллер, изображенный на фотографии.

В дополнение к микросхеме TP4056 установлена DW01A (схема защиты) и чип с двумя ключевыми полевыми транзисторами SF8205A. Время защиты составляет несколько минут при токе 3А. Остальные технические характеристики не изменились.

В фонаре аккумуляторы с контроллером соединяются с помощью пайки. Поэтому был выбран контроллер без схемы защиты, представленный в статье первым.

Установка литий-ионного аккумулятора
в LEL фонарь

Прежде, чем приступать к работе нужно проверить работоспособность контроллера и аккумулятора.

На контроллер можно подавать напряжение без нагрузки. В таком случае на выходе устанавливается напряжение 4,2 В и на плате светит синий светодиод. Далее нужно проверить аккумулятор, подключив его к выходу контроллера и зарядив полностью. Во время зарядки будет светить красный светодиод, а когда аккумулятор зарядится – синий.

Целесообразно после зарядки провести ходовые испытания аккумулятора, подключить его вместо кислотного и посмотреть сколько времени просветит фонарь. У меня проработал 10 часов и продолжал светить. Больше не стал ждать, так как этого времени для моих задач вполне достаточно.

Новая электрическая схема LED фонаря

На следующем шаге разрабатывается новая электрическая принципиальна схема фонаря. Отрицательный провод является общим для всех узлов и аккумулятора. В левом положении переключателя SA1 общий его контакт соединяет аккумулятор с положительным выводом контроллера. При соединении среднего вывода с выводом 3 напряжение подается на плату узкого луча, а с выводом 4 на планку светодиодов рассеянного света.

Переключатель типа тумблер SA2 служит для выбора аккумулятора, от которого будут работать светодиоды. Так как в наличии имелось два аккумулятора, то решил в фонарь установить оба. На вопрос о допустимости параллельного включения литий-ионных аккумуляторов без специального контроллера однозначного ответа нет. Поэтому я решил пойти проверенным путем и предусмотрел возможность подключать аккумуляторы по отдельности.

Отдельное подключение каждого аккумулятора позволило не только обеспечить их работу и зарядку в оптимальных условиях, но и в процессе эксплуатации фонаря знать сколько времени он еще проработает. Зная сколько времени хватило для работы от одного аккумулятора, будет известно, сколько еще сможет просветить фонарь.

В дополнение, если выйдет из строя один из аккумуляторов, то это не приведет к потере работоспособности фонаря. Два отдельных блока светодиодов и два аккумулятора гарантируют, что вы никогда не останетесь в темноте.

Сборка фонаря на литий-ионном аккумуляторе

Теперь все подготовлено и можно приступать к модернизации фонаря – переделке его схемы для работы с литий-ионным аккумулятором.

Сначала от переключателя отпаиваются все провода и удаляется прежняя плата зарядного устройства.

В корпусе модернизируемого фонаря имелся отсек, предназначенный для короткого сетевого шнура, который закрывается откидной планкой со светодиодами рассеянного света. В него и был выведен рычаг тумблера SA2 выбора аккумулятора.

Для фиксации аккумуляторов был использован двух сторонний скотч, в виде двух полосок. Закрепить аккумуляторы можно и с помощь силикона.

Перед закреплением аккумуляторов и платы контроллера к ним были предварительно припаяны паяльником провода требуемой длины. В связи с тем, что два аккумулятора в одной половинке корпуса фонаря удобно не размещались, установил их по одному в каждой половинке корпуса. Плата контроллера к корпусу была закреплена с помощью двух винтов с гайками М2.

При припайке проводов к выводам аккумулятору нужно соблюдать осторожность, чтобы свободные концы проводов случайно не соприкоснулись и не закоротили его выводы.

На фото показан фонарь после окончания монтажа. Осталось проверить его работу узлов и собирать.

Измерять ток зарядки включением амперметра в разрыв цепи после контроллера невозможно, так как внутреннее сопротивление прибора большое и результаты измерения будут не верными. У меня в наличии имеется USB тестер, с помощью которого можно узнать напряжение, подаваемое с зарядного устройства, текущий ток заряд, время заряда и емкость энергии, которую принял аккумулятор. Тестер показал, что контроллер заряжает аккумулятор током 0,42 А. Следовательно, контроллер заряжает аккумулятор нормально.

После сборки фонаря оказалось, что его красный корпус не пропускает свет синего цвета и узнать об окончании зарядки невозможно.

Пришлось фонарь разобрать и в зоне расположения индикаторных светодиодов сделать щелевое отверстие.

Теперь, когда аккумулятор зарядился, хорошо стало видно свечение светодиода синего цвета.

О выборе литий-ионного аккумулятора для фонаря

Для модернизации фонаря подойдет любой литий-ионный аккумулятор в независимости от материала, из которого изготовлен его положительный электрод и форм-фактора (формы и геометрических размеров). Емкость аккумулятора (выражается в А×час) тоже не имеет значения, просто чем она больше, тем дольше будет светить фонарь.

Следует заметить, что если в фонарь устанавливается аккумулятор, бывший в употреблении длительное время, то его фактическая емкость, как правило, значительно меньше, чем указано на его этикетке.

Проверить целесообразность установки старого аккумулятора в фонарь можно измеряв его емкость при зарядке, что потребует наличие измерительных приборов, хотя бы USB тестера. Или зарядить аккумулятор полностью, подключить его к плате светодиодов фонаря и проверить достаточность времени его работы.

В случае, если аккумулятор оказался недостаточным по емкости, то придется приобрести новый. Наиболее подходящим для фонаря является популярный Li-ion аккумулятор типа 18650.

О встроенной схеме защиты в Li-ion аккумуляторах

Встречаются литий-ионные аккумуляторы, в которые встроена плата схемы защиты (PCB - power control board) от короткого замыкания, перезаряда и глубокого разряда. Такая защита в обязательном порядке устанавливается в аккумуляторы дорогостоящей аппаратуры, например, сотовые телефоны, фотоаппараты, ноутбуки.

Плата защиты круглой формы может быть установлена и на торце пальчикового аккумулятора. В таком случае аккумулятор несколько длиннее и на его корпусе имеется надпись «Protected».

На фотографии показан вскрытый корпус аккумулятора сотового телефона. В нем имеется печатная плата схема защиты. При использовании для установки в фонарь аккумулятора от сотового телефона эта схема будет служить дополнительной защитой, поэтому, если она исправна, то ее удалять не следует.

Припаивать провода, соблюдая полярность, нужно к крайним контактам, рядом с которыми нанесена маркировка полярности.

Схема защиты, в отличии от контроллера, не ограничивает ток зарядки, а только защищает аккумулятор. В этом и заключается отличие этих узлов.

Как восстановить Li-ion аккумулятор
после глубокого разряда

Если Li-ion аккумулятор быстро заряжается и разряжается, то значит он исчерпал свой ресурс и восстановлению не подлежит.

Если в аккумуляторе нет схемы защиты и напряжение на его выводах равно нулю, то аккумулятор тоже восстановлению не подлежит.

Если в аккумулятор встроена схема защиты и он не принимает заряд, а напряжение на его выводах равно нулю, то его можно попробовать восстановить.

Причина такого поведения может быть глубокий разряд в результате длительного хранения аккумулятора в разряженном состоянии. Если напряжение на выводах банки становится меньше 2,8 В, то система защиты расценивает это как внутреннее короткое замыкание и для безопасности блокирует возможность его зарядки.

Чтобы разобраться в причине, нужно вольтметром измерять напряжение на выводах аккумулятора. Если величина менее 2,8 В, то подать с контроллера, соблюдая полярность, напряжение 4,2 В непосредственно на выводы аккумулятора. Схему защиты от аккумулятора отключать не нужно, для нее это безопасно.

Если ток зарядки пошел, то нужно, минут через десять, отключить контроллер от аккумулятора и опять измерять напряжение на его выводах. Если оно стало более 2,8 В, то попробовать зарядку через схему защиты. В случае, если напряжение близко к нулю и не увеличивается, то аккумулятор не исправен и дальнейшей эксплуатации не подлежит. Если напряжение увеличилось, но не достигло 2,8 В, то продолжить зарядку на прямую.

Если через схему защиты аккумулятор стал заряжаться, значит она исправна. В противном случае схему нужно удалить. Для применения аккумулятора для фонаря схема защиты не обязательна.

Таким несложным способом можно протестировать LI-ion аккумулятор и в случае возможности, восстановить его работоспособность.

Заключение

Замена кислотного аккумулятора в светодиодном фонаре литий-ионным позволяет решить главный вопрос – работоспособность фонаря в течении длительного времени при редком его использовании, так как саморазряд аккумулятора не превышает 2% его емкости в месяц.

В дополнение, при наличии литий-ионного аккумулятора от любого вышедшего из строя электронного устройства, можно сэкономить и фонарь станет на много легче.

В современное время все больше техники, в роли элементов питания используют литий-ионные аккумуляторы. Они не имеют "эффекта памяти", в отличие от Ni-Cd. Могут отдавать большой ток.

Я решил переделать два старых фонарика под литий-ионные аккумуляторы 18650, благо у меня их большое количество. Да и достать их не составляет труда в ремонтных фирмах, занимающихся ремонтом ноутбуков.

Для переделки нам понадобится некоторое количество комплектующих:
- собственно фонарики;
- ;
- ;
- оргстекло;
- кусок тонкого пластика;
- ;
- провода, термоклей, инструменты.

Фонари удобного размера для установки в них аккумуляторов 18650, в количестве двух штук. В принципе можно описать доработку одного фонарика.

Платы контроллеров заряда у меня разные. На одной Mini-USB, на второй Micro-USB.
Данные платы можно приобрести в Китае за 15-20 рублей за единицу. Так же продаются в магазинах радиотоваров и радио рынках. У меня платы без защиты (BMS), но с этим справимся.

Разбираем фонарики и вынимаем все из них, кроме переключателей, светодиодов.

Теперь берем тонкий пластик, у меня это ABS от старого аккумулятора. Получилось что он черного цвета, но не страшно, на синем фонарике тоже будет смотреться отлично.

Вырезаем окошки так, чтоб плотно входили в место, где раньше выдвигалась вилка для заряда.

Вырезаем нужного размера под окошко и отверстия под разъемы наших плат заряда. Клеить их не обязательно, они должны плотно входить и я их потом укреплю.

Так как наши платы не имеют защиты от разряда, применяемы в данной ситуации платы из аккумуляторов мобильного телефона. Можно и купить с защитой, но у меня таких сейчас нет в наличии. Поэтому прибегаю к чуть трудоемкому решению.

Распаиваем провода от наших BMS к аккумуляторам. Платы контроллеров заряда ставим на место и подпираем. В роли распорки применил отрезки винной пробки. Все укрепляем термоклеем, но можно и без него.

Распаиваем выключатели, у меня выключатели разрывают плюс. На черном фонарике есть плата со светодиодом. Переключатель имеет два включенных положения, одно из которых я завел на одиночный светодиод, а второе положение включает основные светодиоды. На синем фонарике одно положение выключателя.

Собираем фонарики и подпаиваем отражатели и переходим к следующему этапу.

Следующим этапом, вырезаем две пластинки из прозрачного пластика, у меня это пластик из коробки компакт-диска. Шкурим наждачной бумагой до матовости поверхности, так приятней свет от светодиода.

Приклеиваем на место, где раньше находился движок, которым выдвигалась сетевая вилка. Клеить нужно на одну половину фонарика. Вдруг нужно будет разобрать фонарик.

Сейчас на прилавках магазинов появилось множество светодиодных фонариков, разных видов, размеров но они в основном питаются от минимум 3-х батареек, Так и я одного раза купил домой очередной фонарик, за цену которая меньше стоимости буханки хлеба. Хоть он дешёвенький но у него стоит достаточно яркий светодиод и плюс хорошая линза, которой можно управлять делая пятно света от очень узкого до довольно широкого, плюс за такую цену батарейки уже идут в комплекте.

Понятное дело, что за такую цену у него должен быть какой-то весомый недостаток и он нашёлся очень быстро — это его батарейки, это три мелкие и очень тонкие батарейки (LR1130), от которых фонарик светит хоть и очень ярко но очень недолго. Можно пойти по пути потребительства и купить новый такой же фонарик, так как 3 таких батарейки (причём довольно непопулярных размеров) будут стоить как ни странно больше чем готовый подобный фонарик с батарейками в комплекте. Но я решил, что лучше переделать этот фонарик, что я купил ранее и запитать его от других типов батареек, а ещё лучше от одной. Для такого решения, то есть для переделки фонарика под питание от одной батарейки 1,5 Вольта предстоит сделать преобразователь напряжения, так называемый «Джоуль Вор» , который уже не однократно выкладывался на этом сайте.

Когда я разобрал фонарик то обнаружил, что он внутри наполовину пустой и внутрь как раз вместится обыкновенная батарейка АА, эта пустота у фонарика словно сама кричит «переделай меня под эту батарейку и будет тебе счастье!», так и решил поступить и надеюсь сподвигнет ещё кого-то вместо того, чтобы выбросить такой фонарик и купить новый, просто вставить в него Джоуль вор и долго пользоваться этим фонариком меняя время от времени всего одну батарейку вместо трёх.

Итак приступим, что нам понадобится чтобы переделать фонарик под одну батарейку:

• Транзистор МП38А;
• Резистор 1 кОм;
• Ферритовое кольцо, его можно достать от старой люминесцентной лампы-экономки. Подойдёт практически любых размеров, главное, чтобы можно было намотать провод.
• Намоточный провод в лаковой изоляции;
• Жесть от консервной банки;
• Провода в изоляции;
• Скальпель или канцелярский нож;
• Дремель;
• Паяльник, флюс, припой.

Как переделать фонарик для питания от одной батарейки, пошаговая инструкция:

Я разобрал свой фонарик, как видим у него достаточно места под батарейку ААА, теперь снимаем с него всю электронику и будем подготавливать для установки в него новой электронной начинки. Для этого я в отсеке, где стояли батарейки проделал углубление, чтобы в него заходил плюсовой контакт батарейки ААА. Также с другой стороны я проделал 2 узких углубления для выводов транзистора, так как в этом отсеке теперь поселится транзистор МП38А. На другом конце фонарика есть пластиковая перегородка, в ней нужно скальпелем или дремелем с фрезерной насадкой сделать полукруглый вырез под батарейку.

Мотаем трансформатор для преобразователя, для этого берём два провода в лаковой изоляции и начинаем мотать обмотку сразу двумя, так, чтобы они шли рядом с друг другом, ровно и не переплетались, у меня получилось 23 витка (двойного провода). Теперь начало одной одного провода нужно скрутить и спаять с концом другого провода обмотки, для этого надо прозвонить мультиметром, чтобы это были разные провода и не звонились накоротко.

Перед пайкой я расположил все детали в фонарике, позже я всё распаял по такой схеме:

Транзистор в отсеке батарейки служит ещё и фиксатором прижимной пластины для батарейки, которая выполнена из консервной банки (у меня хорошо подошла от ананасов), она хорошо пружинит и паяется, лак на внутренней стороны банки надо зачистить наждачной бумагой. У этой пластины я сделал два надреза внутри и сделал язычок-контакт который выгнул в форме «С», он будет контактировать с батарейкой и пружинить, также за этой пластинкой идёт ещё одна пластинка из жести но сплошная без выреза, а затем такой же по форме кусочек оргстекла, вырезанный от крышки аудиокассеты, он добавляет толщины в отсек батареек до транзистора и изолирует одновременно его металлический корпус от плюсового контакта батарейки. Затем между жестяной пластинкой и пластинкой из оргстекла засовывается пружинящий контакт выключателя самого фонарика, он благодаря всему тому бутерброду из транзистора, оргстекла и двум жестяным пластинкам входит с большим натягом и хорошо там фиксируется.

Теперь всё распаиваем по схеме выше, скрученный центральный провод трансформатора как раз хорошо ложится на место, где раньше была расположена ножка светодиода, которая замыкалась при включении фонарика с помощью пружинящего контакта к плюсу батареек.

Теперь осталось сделать крышку для быстрой замены батарейки. Благодаря тому, что две части фонарика держаться на шипах и пазах, плюс в передней части ещё фиксируется фокусирующем колпачком с линзой то удалось отрезать заднюю часть верхней крышки которая может закрываться и более-менее надёжно фиксироваться благодаря этим пазам и шипам входящим в них и дополнительно ничем прижимать или прикручивать не требуется.

Да, герметичность у этого фонарика при этом никакая, да в прочем и первозданном виде тоже она такой была, всё-таки как никак стоимость у него копеечная, но если не пользоваться в дождевых и мокрых условиях то он послужит ещё очень долгое время, причём благодаря Джоуль вору фонарик будет работать до тех пор пока батарейка не разрядится практически в ноль, что увеличит время работы от одной батарейки. Для этого и был взят советский германиевый транзистор МП38А, так как с ним данный преобразователь начинает работать начиная от 0,2 вольта! Если взять кремниевый современный то преобразователь запускается только от 0,5 – 0,6 В.

На фото Вы видите переделанный фонарик на питание от одной батарейки который работает от старенькой батареи, которая меньше 1 вольта, поэтому фонарик светит не на всю мощность, к сожалению под рукой не было свежей батарейки, но позже я проверил и с ней светит фонарь очень ярко.

Подбор и приобретение карманного фонарика – занятие непростое и нудное. По крайней мере, для меня. Подхожу к этому делу со всей дотошностью и ответственностью. Необходимо учесть все достоинства и недочёты изделия. Тип и ёмкость элементов питания, параметры, вес, степень водонепроницаемости и многое другое. Чтобы он не подвёл в самый неподходящий момент. Хотел приобрести маленький карманный фонарик, водонепроницаемый, работающий на одном аккумуляторе 18650. Однако, желаемого товара не нашёл в местных магазинах. Подумывал уже было заказать в интернет-магазине и, подождав 2-4 недели, получить требуемое... Но неожиданно наткнулся на почти подходящую мне вещь. Почти. Фонарик имел нужные мне размеры, и все необходимые качества, но было одно «но» – работал он от трёх аккумуляторов типа ААА (мизинчиковые).

Понадобится

• Бор-машинка с режущим диском (или наждачный станок).
• Паяльник, олово и флюс.
• Пластмассовая трубка (для вкладыша в корпус).
• Алюминиевая самоклеящаяся фольга.
• Ножницы.
• Канцелярский нож.
• Напильник.
• Наждачная бумага (или наждачная ткань).
• Секундный клей.

Переделка фонарика

Буквально "на коленке" был разобран фонарь, удален сетевой разъем (заряд был от 220 в оригинале) и «мешающие провода» - их можно было и не трогать на самом деле:)
Вместо родного аккумулятора приколхозил повербанк с банкой на 2600, родной чехол с повербанка удалил (металл ни к чему рядом с печатной платой), закрепил изолентой, чтобы не рассыпалась конструкция при вибрациях или возможных падениях фоная.


На самом деле можно все сделать ГОРАЗДО аккуратнее, но интересовало простота и быстрота решения на момент переделки.




Примерно ТАК получилось (проводки можно было не вытаскивать сквозь повербанк, но сначала была идея несколько иного расположения, переделывать не стал).
Сам повербанк закрепил вставив в бывший сетевой разъем, даже без доп. крепления довольно прочно «сидит»




Главные плюсы:
Фонарь жив!
Довольно не сложно и недорого!
Легко сменить батарею (в случае выхода из строя)- они распространены и недороги.
Можно заряжать от любого USB (в том числе в авто), а так же, при необходимости использовать сам фонарь как повербанк. Есть контроль заряда фонаря.

Фонарик светит нормально. По времени не пробовал засекать - но ВЕСЬМА долго светит, несколько часов точно, не пробовал разряжать одномоментно.