Hier beschreibe ich meinen Umbau eines BOSCH PSR 14,4 VE-2 NimH ( NiCD ) Akkuschraubers auf Li-Ion Akkus ( im gleichen Zug einen BOSCH PSR 12v VE-2 )

Der Umbau stellt wie immer meine Tätigkeit dar und ist natürlich ausschließlich auf eigenes Risiko nach zu bauen.

Vorüberlegung:

Der Bosch Akkuschrauber PSR 14,4 ( gilt gleichermaßen für die 12V Version die hier nicht jedes Mal mit genannt wird) ist ein leistungsfähiger semiprofessioneller Akkuschrauber mit kräftigem Motor, zweistufigem Metallgetriebe und Drehmomenteinstellung.
Dieser Akkuschrauber hat mich bei der Renovierung meiner Wohnung kraftvoll unterstützt und seine Zuverlässigkeit unter Beweis gestellt.
Er dürfte vor ca 10 Jahren auf den Markt gekommen sein. Allerdings mit der damals üblichen Nickel Cadmium Akkutechnologie bzw. später mit Nickel Metall Hydrid Akkus.

Bekanntermaßen haben diese beiden Akkutypen Vor und Nachteile. Nicd Akkus sind äußerst hochstromfest und einsetzbar bis -20°C . Als herausragendsten Nachteil darf wohl die außerordentlich hohe Selbstentladung genannt werden.


Auf den Punkt gebracht - wenn man den Schrauber braucht ist er leer.

Da der Akkuschrauber ziemlich gut ist habe ich eine Abneigung ihn wegzuwerfen weil der Akkupack unbrauchbar und die Akkutechnologie veraltet ist.

Die Neuanschaffung eines aktuellen Akkuschraubers der gleichen Marke würde mit ca 120€ zu Buche schlagen. Somit kam mir der Gedanke den vorhandenen PSR 14,4 selbst auf Li-Ion Zellenchemie umzubauen.

Die Li-Ion Akkus zeichnen sich durch äußerst geringe Selbstentladung, hohe Leistungsdichte und geringes Gewicht aus. Die Hochstromfähigkeit ist deutlich geringer als bei NiCd Akkus

Weitere Vor und Nachteile können bei Bedarf hier nachgelesen werden.

Da mir ein Freund sein junges defektes Notebook überlies hatte ich 4 Stück 18650 Doppelzellen zu Verfügung. Da mehr als 2 Li-Ion Zellen auf jeden Fall mit einem Balancer Ladegerät geladen werden müssen verwende ich meinen intelligenten Microprozessorlader iMax B6 aus dem Modellbaubereich. ( Ab 18€ aus der Bucht direkt aus HongKong)

Das alte Nicd Akkupack hat 12 Zellen mit einer Ladeschlussspannung von 1,4V pro Zelle - also 16,8V

Da eine Li-Ion Zelle 4,1Volt Ladeschlussspannung hat steigt die Spannung des Akkupacks , das als 4S 2P konfiguriert ist auf 16,4Volt. Perfekt. Somit ist keine Überspannungsgefahr gegeben.

Leider verhalten sich die Akkuzellen - egal ob NiCd ,NiMH oder Li-Ion bei Unterschreitung der Entladeschlussspannung gleich. Sie sind beleidigt. Erstgenannte verlieren drastisch Kapazität, LiIOn sind nahezu sofort unbrauchbar.

Somit ist eine elektronische Unterspannnungsabschaltung sehr empfehlenswert. Ich beabsichtige noch eine nachzurüsten. Auf dem Foto ist eine Temperatursicherung zu erkennen. Die soll bei Überhitzung von 80°den Strom abschalten.

Nun hier einige Fotos mit Beschreibung

Um diesen Akkuschrauber geht es bei dieser Umbauanleitung

 

Hier der (fast) originale Akkupack mit 12 Nicd Zellen mit je 1,2 ah (also 14,4V Nominalspannung)

 

 
 

Unten das bereits vorbereitete Akkupack. Bestehend aus 18650 Doppelzellen. Übereinander verbunden zwei Zellen mit jeweils 2200 mAh also 4400mAh bei 3,6 Volt.
Vier dieser Doppelpacks sind in Reihe verbunden. also 4 x 3,6V Nominalspannung sind 14,4 V




Auf dem Foto unten ist auf der rechten Seite die Temperatursicherung zu erkennen. Sie trennt bei einer Akkupack Temperatur von 80°C den Stromkreis.

Die weiteren dünneren Kabel werden für den Balanceranschluss benötigt.



Unten ist die Änderung am Gehäuse abgebildet. Die seitlichen Befestigungspunkte für die serienmäßigen Schrauben verhindern den Einbau der vierten Zellenreihe. Diese müssen dazu versetzt werden.

Dazu habe ich beide Befestigungspunkte weggebrochen und einen der beiden mit dem Zusatzmaterial des zweiten auf der linken Seite mittig angeschweißt. Einfach mit dem Lötkolben das Kunststoff aufgeschmolzen und verstrichen.



Hier das ganze deutlicher von oben.

 

Unten liegt der Akkupack bereits im Gehäuseunterteil. Hier noch darauf achten das keine Balancerkabel beim Zusammenschrauben eingeklemmt werden.

 

Unten ist das Gehäuse des Akkupacks wieder zusammengeschraubt. Am oberen Ende ist der Balancer Stecker gut erkennbar. Ich habe die ungenutzte Vertiefung zum durchführen der Balancerkabel gewählt, da der Anschluss im eingesteckten Zustand im Griff bzw. Gehäuse des Akkuschraubers verschwindet und somit vom Arbeitsschmutz geschützt ist. Rechts mittig ist die neue Schraube erkennbar, die die zwei ursprünglichen oben und unten ersetzt.

 

Hier unten ist das Akkupack am Lipolader mit dem Balancerkabel verbunden. Das Akkupack wird ordnungsgemäß als 4S erkannt.

 

Hier werden die vier einzelnen Zellenspannungen angezeigt.
 

Abschließend noch eine Zusammenfassung bzw. Einschätzung zu den neuen Akkutypen 18650.
 

Es ist mir natürlich bekannt das diese Standart Akkus Typ 18650 aus einem Notebook kommen. Ich habe mir auch das Sony Datenblatt im Internet besorgt. Daher ist mir durchaus bewusst das dieser Akku eigentlich nur mit bis zu 5A pro Zelle (10A Pro 2 Zellen) nominal belastet werden sollte. Eine höhere Strombelastung verkürzt die Lebensdauer und wird u.U. zu Erwärmung und einem schnelleren Ausfall von Zellen führen. Bei einer Probemessung des Maximalstroms des Schrauber Motors bin ich auf über 20A gekommen.

Anderseits bekommt man diese Standartzellen inzwischen so billig ( um 1€ / Stck) das ich nicht auf eine Lebensdauer von über 1000 lade / entladezyklen spekuliere.

Wenn man sich vor Augen hält das die gleichen Zellentypen in E-Bikes mit 300W Brushlessmotoren und auch im Elektroauto Tesla verbaut werden, kann man sich das Leistungspotential dieser Zellentypen vorstellen.

Mein Motivationsschwerpunkt war , das die Selbstentladungsrate nach Umbau deutlich geringer ist und ein leichterer Akku mehr Kapazität hat. Das ist mir ,denke ich, gelungen.( 100gramm weniger Gewicht, mehr als Doppelt so viel mAh)

Nach wochenlanger Lagerung ist der Akkuschrauber immer noch verwendbar und muss nicht vor dem Einsatz geladen werden!

Als Nachteil des Umbaus wären zu nennen, verringerte Spitzenkräfte des Motors ( Spitzenströme des Nicd bis über 35A ) nun nur noch 10 bis 20A. Geringere Leistungsfähigkeit bei Arbeiten bei kalter Witterung draußen bzw im Winter garnichtmehr.

Das erscheint mir vernachlässigbar. Der Ladeaufwand hat sich vergrößert da nur noch mit Balancer geladen werden kann.

Am Rande möchte ich noch anmerken das der PSR der neuen Generation lediglich 1500mah hat, während mein umgebauter 4400mAh hat.

 

Unten noch die Fotos vom 12V Typ Umbau.


Das Alte 12V NiMa Akkupack.




Unten auch wieder die Doppelzellen übereinander zur Erhöhung der Kapazität auf ca. 4400 mAh. Ebenfalls zwingend die balanceranschlüsse.
Hier sind im Gegensatz zu oben nur drei Doppelzellen in Reihe geschaltet. Also 3 x 3,6v sind 10,8V Nominalspannung. Etwas weniger als die NiCd mit 10 mal 1,2V Nominal.

 

 

Da hier etwas Abstand zu den Seiten des Gehäuses vorhanden ist, habe ich den mit Schaumfolie ausgefüllt. Damit sitzt der Akkupack fest im Gehäuse.

 

Hier ein zweites umgebautes 12V Akkupack. Schön wie problemlos die neuen Li-Ion in die Gehäuse hineinpassen. Als hätte Bosch das damals so geplant...



Auch hier wieder der Balancherstecker der in die Vertiefung hineingeschoben werden kann.

 
 

Der Lipo Lader hat die drei Zellen korrekt erkannt. Die Ladung wurde bei 12,3V beendet Der Akku ist voll.
 
 
Akku Voll!

 

Umbau durchgeführt im April 2014
Der letzte umgebaute Akkusatz NiCd wurde Okt. 2009 durchgeführt. 4 Weitere 14,4V Nicd Typen sind noch funktionsfähig. Werden allerdings auch selten genutzt.

September 2014.

Nachdem sich die beiden Akkuschrauber mit der neuen Akkutechnologie bewährt haben, habe ich noch eine weitere Verbesserungsmaßnahme durchgeführt.

Aktuell habe ich noch keine zufriedenstellende Lösung gefunden um eine Entladung unter die Entladeschlussspannung zu vermeiden. In diesem Zusammenhang war mir diese weitgehend nutzlose serienmäßig verbaute LCD Anzeige ein Dorn im Auge.

Display nach dem Akku einstecken. Reset mit Anzeige aller LCD Segmente und Aufleuchten des roten LED das einen überhitzten Motor anzeigen soll. Oben links das Symbol einer Batterie. Dieses Batteriesymbol zeigt einen erschöpften NiCd Akku an. Ist natürlich mit der LiPo Nachrüstung völlig unsinnig.

Auf Tastendruck kann diese LCD Display Empfehlungen zur Drehmomentvoreinstellung und Getriebestufe bei entsprechender Materialwahl anzeigen.
Das ist vielleicht für Frauen nützlich, ich als gelernter Handwerker brauche so etwas sicher nicht !

Daher habe ich dieses "Sinnlos LCD - Made by Bosch" rausgeschmissen und gegen ein Präzisions- LED Voltmeter ersetzt. Dieses grüne LED Voltmeter soll die aktuelle Spannung des LiPo Akkus anzeigen und mir somit helfen das ich den Akkuschrauber bei unterschreiten der Entladeschlussspannung nicht weiter verwende sondern zum Laden anstecke.

 

Produktdetails Voltmeter:
 
  • Update-Frequenz: ca. 200ms
  • Messgenauigkeit: 0,1%
  • Betriebsstrom: <8 mA (min.)
  • Messbereich: 0-30V
  • 3 Kabel.(Masse, Stromversorgung, Messeingang)
  • Lagertemperatur: -10 ° C ~ +65 ° C
  • Luftfeuchtigkeit: 10 ~ 80% (keine Kondensation)
  • Display-Größe: 22mm * 14mm * 7mm

 

 

  Preis 3,40 €

Da mir die Einzelzellenüberwachung wichtig ist, habe ich nun in den 12V Akku Pack einen Lipo Wächter aus dem Modellbau eingefügt. Er signalisiert akustisch und auch optisch.

 

Beschreibung:

• Mini Tester für LiPo-Akkus
• 2 S-Akku (2-Zellen) / 7,2V: 2 grüne LED's

• 3 S-Akku (3-Zellen) / 10,8V: 3 grüne LED's
• 4 S-Akku (4-Zellen) / 14,4V: 4 grüne LED's
• Sinkt die Spannung unter 3,3V, wird akustischer Alarm ausgelöst, die rote LED leuchtet auf
• Messgenauigkeit: 0,01V
• Abmessungen (LxBxH): 36 x 25 x 12mm

 

 

 

Um zu verhindern das der Lipowächter währen der Lagerzeit den Akku leersaugt, habe ich einen Taster auf der Oberseite des Akkus montiert. Sobald der Akku in die Maschine gesteckt wird, wir der gemeinsame Minuspol geschlossen und der Lopowächter aktiviert. Da er im Gehäuse eingebaut ist, kann man aktuell die LED nicht sehen. Sollte einer der drei Doppelzellen 3,3 Volt unterschreiten beginnt der akustische Signalgeber laute akustische Signale abzugeben.
Da man die Taste auch mit dem Finger betätigen kann, kann man sich auch ohne Zuhilfenahme des Akkuschraubers vom ausreichenden Ladestand des Akkus überzeugen.
Auf der Unterseite des Akkuschraubers habe ich eine Moosgummiplatte festgeklebt, die bei eingestecktem Akkuschrauber die auf dem Akku befindliche Taste niederdrückt. Das bedeutet das der Lipo Wächer aktiv ist sobald der Akku in der Maschine steckt.
Als nächstes möchte ich noch eine weitere Sicherheitsmaßnahme einbauen. Das Ladegerät Imax B6 unterstützt externe Temperatursensoren die man zwischen die Zellen platzieren kann. Sollte in Folge eines zu hoch gewählten Ladestromes die Zellen sich erwärmen, kann man einen Temperaturgrenzwert definieren bei dem der Ladevorgang abgebrochen, und eine Warnung am Display angezeigt wird. Diese LM35 Temperatursensoren möchte ich in jedes Akkupack integrieren.

 
Die LED's leuchten ein wenig beim Systemtest durch den roten Kunststoff. Aber leider nur beim 14,4V Akku. Beim 12V Akku ist das Oberteil Schwarz und nicht lichtdurchlässig.

Bis jetzt hab ich jeweils zwei 12Volt und zwei 14,4Volt Akkupacks auf Lipo umgebaut. Die ausgebauten NiCd Akkus wurden natürlich nicht weggeworfen. Sie sind als Starterakkus in meinen Roller gewandert. :-)
In der Zwischenzeit hab ich auf ebay eine Schutzschaltung gefunden, die den Akku vor Tiefenentladung und Überstrom schützen soll. Es wird jede einzelne Zelle überwacht. Die maximale Belastbarkeit liegt bei 30A
Es hat sich leider herausgestellt, das wohl einzelne Zellen bei hoher Belastung die 2,5V kurzzeitig unterschreiten. Unmittelbar nach dieser Spitzenbelastung schaltet sich das Akkupack nun ab. Eigentlich unbrauchbar.

Module: 4S  Li-ion Lithium Battery Protection Board
Protections: Short circuit protection, Overcharge protection, Over-discharge protection, Overcurrent protection
overcharge detection voltage :4.25±0.025V
overcharge Lift the voltage:4.15±0.05V
over discharge detection voltage :2.50±0.08V
over discharge Lift the voltage:3.00±0.1V
overcurrent current:20-30A
working current:15A(Natural cooling 10.A, add heat sink 15A, the maximum instantaneous current 30A)
Remove protection condition automatic recovery, without activation.
operating temperature:-40 - +85°Size:50*22*4mm

 


Kommerzielle Anbieter hatten bereits den gleichen Lösungsansatz und bieten ein Komplettprodukt mit Ladegerät für etwa 50 Eur oder mehr an. Wie die Abschaltung bei Unterspannung realisiert ist geht aus der Produktbeschreibung leider nicht hervor

Hier haben's auch schon einige Bastler probiert

Der Hier hat eine Makita repariert. Allerdings auch in Verbindung mit einem iMax B6 als externer Blancer Lader