СмартПульс - держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций

     Главная - DIY (Сделай сам!) - Заменяем никель-кадмиевые аккумуляторы в электромеханических игрушках на литий-ионные

Заменяем никель-кадмиевые аккумуляторы в электромеханических игрушках на литий-ионные (три варианта)

Предисловие

В этой статье будет рассмотрен вопрос о замене в электромеханических игрушках морально устаревающих никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов на современные литиевые аккумуляторы.

Игрушки с никелевыми аккумуляторами аккумуляторами до сих пор выпускаются; но в случае исчерпания их ресурса есть прямой смысл замены аккумуляторов на литий-ионные. Делается это несложно; для такой замены есть несколько вариантов, но, как водится, есть некоторые тонкости, которым и будет посвящен последующий материал.
 

Оглавление
 

1. Зарядное устройство для никелевых аккумуляторов электромеханических игрушек и его особенности
 

2. Простейший случай - заменяем никелевый аккумулятор на полностью готовый к употреблению литиевый
 

3. Дёшево и сердито - применяем аккумулятор от использованного вейпа
 

4. Литиевый аккумулятор со встроенной платой защиты
 

5. Итоги и выводы
 

Так выглядит один из вариантов Ni-Ca аккумуляторной батареи для электромеханических игрушек (аккумуляторы собраны "кубиком"):

Второй распространённый вариант - это аккумуляторы "в рядочек". Но для наших дальнейших изысканий это не имеет значения.

Приведённый на фото выше аккумулятор был извлечён из радиоуправляемой игрушки "Пожарная машина":

Естественно, сразу после покупки заменять "родной" никелевый аккумулятор игрушки на литиевый никакого смысла нет. Замену следует производить только тогда, когда аккумулятор уже подаёт явные признаки приближающейся "кончины", в первую очередь - если сильно снизилось время, в течение которого аккумулятор держит заряд.

Проблемой при замене никелевых аккумуляторов на литиевые является то, что номинальное напряжение одного литиевого аккумулятора (3.7 В) - ниже, чем напряжение четырёх последовательно соединённых никелевых аккумуляторов (4.8 В, чаще всего именно такой вариант встречается в игрушках). Типоразмер каждого из 4-х аккумуляторов - 14500 (диаметр 14 мм, длина 50 мм).

Тем не менее, несмотря на пониженное напряжение, практически всегда при работе от литиевого аккумулятора игрушка успешно включается, так как напряжение полностью заряженного литиевого аккумулятора на 0.5 В выше номинального и составляет 4.2 В, что близко к номинальному напряжению 4-х последовательных никелевых аккумуляторов. Но следует иметь ввиду, что возможно недоиспользование заряда литиевого аккумулятора, когда игрушка из-за падения напряжения питания выключится или перестанет корректно работать раньше, чем закончится заряд в аккумуляторе. Процент "недоиспользования" заряда зависит от схемотехники и потребления игрушки по току, и может составлять в типовых случаях 10-30%.

Перед тем, как перейти к основной части повествования, кратко разберём устройство зарядного адаптера для аккумуляторов электромеханических игрушек - оно совсем не такое, как, например, для телефонов.
 

Зарядное устройство для никелевых аккумуляторов электромеханических игрушек и его особенности

Зарядные устройства для никелевых аккумуляторов бывают двух типов: полностью функциональные в виде адаптеров, подключаемых к сети питания; и ЗУ в виде USB-переходников, подключаемых к стандартным телефонным зарядникам.

Зарядное устройство в виде USB-переходника было разобрано, а также была проанализирована его работа и сделаны полезные выводы. Собственно, от этого и будем дальше "плясать" в наших изысканиях.

Итак, вот как выглядит ЗУ для никелевых аккумуляторов в виде USB-переходника:

Хвостовик данного устройства, к сожалению, отломан: устройство уже было в употреблении, и не всегда с ним аккуратно обращались. :) Но внутренняя начинка не повреждена и находится в полной исправности.

Разбираем устройство и изучаем начинку:

Основа устройства - чип DC-DC преобразователя 34063 с инверсией полярности и возможностью ограничения тока, отдаваемого в нагрузку. Благодаря такой схемотехнике устройство может выдавать на выход напряжение как ниже исходного источника питания (5 В), так и выше него.

Но самая важная функция - это ограничение тока выхода, что позволяет избежать как собственной перегрузки адаптера, так и превышения допустимого зарядного тока подключенного аккумулятора. Такой принцип работы по-научному называется "CC-CV" (constant current - constant voltage), т.е. сначала - зарядка стабилизированным током, а затем - переход к поддержанию заряда стабилизированным напряжением.

На плате расположен также светодиод индикации. Когда идёт зарядка, он светится (это видно даже сквозь корпус); а по окончании зарядки, когда зарядный ток падает до нуля, он гаснет.

Тем не менее, измерения показали, что ЗУ настроено не идеально. Хотя на корпусе указан номинал зарядного тока 250 мА, реальный ток составил 310 мА (при напряжении на заряжаемом аккумуляторе 4 В).

Напряжение холостого хода на выходе составило 7.2 В при рекомендуемом для 4-секционных никелевых аккумуляторов напряжении 6 В. Из этого проистекает, что аккумулятор при длительном подключении на заряд может быть перезаряжен. Для никелевых аккумуляторов перезаряд не столь вреден, как литиевых (которые могут даже взорваться), но тоже не желателен.

Отсюда делаем два вывода.

Первый: при зарядке штатного никель-кадмиевого аккумулятора следует ограничить длительность заряда продолжительностью примерно 2.5 часа.

Второй: при зарядке этим устройством литий-ионных аккумуляторов последние обязательно должны использоваться с платой защиты, останавливающей заряд при достижении аккумулятором максимально-допустимого напряжения (4.2 В). Иначе - бабах и другие крайне нехорошие последствия!
 

Простейший случай - заменяем никелевый аккумулятор на полностью готовый к употреблению литиевый

Проблема кратковременности жизненного цикла никелевых аккумуляторов широко известна, и, естественно, наши китайские товарищи, следуя запросам рынка, выпустили готовое решение на основе литиевого аккумулятора в стиле "plug and play" - наливай и пей подключай и пользуйся:

Если повернуть аккумулятор на другой бок, то заметно утолщение в том месте, где расположена плата защиты и к ней припаяны провода, идущие к разъёму для подключения к игрушке:

Здесь на замену целого блока из 4-х никелевых аккумуляторов предлагается всего лишь один литиевый аккумулятор, но гораздо более продвинутый: его номинальная ёмкость 800 мАч, а номинальная ёмкость никелевого аккумулятора - 700 мАч. Так что, в принципе, литиевый аккумулятор даже должен был бы даже превосходить по ёмкости превышающий его вчетверо по объёму никелевый, если бы его ёмкость была "честной"!

И вот именно в этом отношении аккумулятор оказался проблемным. Замер его ёмкости на разряд показал, что она составляет только 470 мАч - чуть менее 60% от номинала!

Надо сказать, что это - ещё не предел обмана. Автору попадался экземпляр литиевого аккумулятора 14500, на котором номинал был указан 2300 мАч, а реальная ёмкость - около 300 мАч. Вот как!

Сей аккумулятор легко был размещён в аккумуляторном отсеке игрушки:

Несмотря на "халтурную" ёмкость, игрушка с таким аккумулятором включилась и каталась довольно резво. Пониженную ёмкость можно компенсировать более частыми зарядками - для литиевых аккумуляторов они вреда не представляют.

Купить такой аккумулятор можно, например, у этого продавца на Алиэкспресс. Цена - около $2.5 - 3 на дату публикации. Если ссылку не видно, отключите, пожалуйста, блокировщик рекламы для этого сайта!

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
 

Дёшево и сердито - применяем аккумулятор от использованного вейпа

Для замены "родного" аккумулятора игрушки на литиевый, теоретически, подходит любой литиевый аккумулятор, который подходит по габаритам для установки в игрушку. Надо только решить две мелкие проблемы: добавить к аккумулятору плату защиты (если её нет в составе самого аккумулятора) и припаять кабель с разъёмом, применяемым в игрушке.

С кабелем проблема решается легко и просто: отпаиваем его от "убитого" кадмиевого аккумулятора и используем для литиевого.

А вот с платой защиты - сложнее. Иногда её можно снять с выработавшего ресурс другого литиевого аккумулятора, но далеко не всегда они бывают под рукой в нужный момент. Тогда её можно купить на том же Алиэкспресс.

Требования к плате защиты - минимальные: достаточно, чтобы она была рассчитана на ток не менее 1 А (обычно пусковой ток моторчиков в игрушках не превосходит этой величины).

Но у меня случайно завалялась плата с явно избыточными параметрами - ток до 15 А. Но и такая тоже подойдёт (обзор).

Аккумуляторами от вейпов меня исправно снабжают знакомые курильщики этой гадости. В данном случае мне крупно повезло, и в мои руки попал жирненький "бочонок" ёмкостью 1400 мАч!

После выполнения пайки всех трёх компонент получилась такая конструкция:

Эта конструкция тоже легко установилась в аккумуляторный отсек игрушки:

И, естественно, игрушка легко завелась и поехала!

Теперь - самое интересное. Замер ёмкости такого аккумулятора на разряд показал величину 1360 мАч - почти точное соответствие номиналу без "халтуры"!

Почему так оказалось, что "фирменный" аккумулятор для игрушек из предыдущей главы оказался таким "халтурным", а аккумулятор из такого не слишком ответственного изделия, как вейп, оказался вполне соответствующим номиналу?!

Дело в том, что корпус аккумулятора стандартного типоразмера 14500 из предыдущей главы - металлический, и сколько там на самом деле вложили лития, не видно. Не в столь дальние времена покупателям даже попадались аккумуляторы, в которых ничего, кроме песка, не было!

А аккумулятор вейпа - безоболочный (упакован только в тонкий слой прозрачной плёнки), и, по существу, весь целиком состоит только из активных компонент. Здесь производителю аккумулятора намного сложнее схалтурить, жульство сразу будет видно "невооруженным глазом". Да и сборка вейпа с ошибочными размерами аккумулятора вряд ли будет возможна.

Купить плату защиты для применения совместно с аккумулятором из вейпа можно на Алиэкспресс, например, у этого продавца. Цена - около $1 за пяток (!) на дату публикации. Внимание - не путать с платами на напряжение 3.2 В - они предназначены для литий-фосфатных аккумуляторов! Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Теперь приступаем к "факультативному" варианту - покупке на Алиэкспресс готового аккумулятора с интегрированной платой защиты.
 

Литиевый аккумулятор со встроенной платой защиты

Литиевые аккумуляторы могут продаваться как в "голом" варианте (только аккумулятор), так и в варианте со встроенной платой защиты - только такой вариант подойдёт для нашей цели.

Плата защиты обычно бывает видна в верхней части аккумулятора:

Именно этот аккумулятор я купил для других целей, но для пробы решил его временно использовать для питания игрушки.

Его типоразмер - 103450 (толщина 10 мм, ширина 34 мм, длина 50 мм). В данном случае важно, что длина не должна превосходить 50 мм, иначе аккумулятор не поместится в отсек, рассчитанный на аккумуляторы 14500. Ширина аккумулятора - менее критичный параметр; подойдёт и такой аккумулятор, который можно поместить в аккумуляторный отсек по диагонали.

При выборе аккумулятора есть тонкость - плата защиты может быть внешне похожа просто на плату с контактными площадками без всякой защиты. Поэтому перед покупкой аккумулятора надо внимательно посмотреть на странице продавца, заявлено ли там наличие защиты.

А после получения аккумулятора внимательно его осматриваем. Признаки реального наличия платы защиты - видимость на плате небольших чипов или характерной для таких плат маркировки контактных площадок "B+" и "B-" (для подключения аккумулятора) и/или "P+" и "P-" для внешних подключений аккумулятора.

Единственное, чего не хватает этому аккумулятору - кабеля с разъёмом для подключения к игрушке. Его, как обычно, снимаем с "убитого" никелевого аккумулятора и припаиваем к литиевому (не забыв хорошо заизолировать места пайки):

Получается такая конструкция:

В аккумуляторном отсеке игрушки эту конструкцию удалось разместить только слегка по диагонали:

Игрушка завелась и каталась хорошо; аккумулятор до первой зарядки проработал долго (хотя и затрудняюсь сказать, сколько именно). Правда, затем я вернулся к предыдущей конструкции с аккумулятором из вейпа; так как этот аккумулятор нужен был для других целей.

Купить подобный аккумулятор формата 103450 можно, например, у этого продавца на Алиэкспресс (и у многих других). Цена - около $3.5. Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
 

Итоги и выводы

Итак, замена никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов в игрушках на литий-ионные делается легко  и просто. Главное правило состоит в том, что литиевый аккумулятор обязательно должен быть с платой защиты - встроенной или внешней. Иначе - куча неприятностей.

Что касается экономической выгоды, то она тоже есть. И основная выгода не столько в цене литиевых аккумуляторов (а аккумулятор из вейпа вообще можно считать условно-бесплатным), сколько в их значительно более высоком сроке службы.

Кстати, небольшие аккумуляторы из вейпов можно соединять по нескольку штук параллельно; только надо перед этим выровнять напряжения на них, соединив их на несколько часов через резисторы с номиналом в несколько Ом (примерно до 20 Ом, иначе слишком долго придётся ждать выравнивания потенциалов).

Единственный недостаток при описанном применении литиевых аккумуляторов вместо никелевых - недоиспользование заряда литиевых аккумуляторов из-за их пониженного напряжения. Возможно, их чаще придётся подзаряжать, особенно аккумуляторы с небольшой ёмкостью.

За сим позвольте всех поблагодарить за внимание!
 

Весь раздел DIY (Сделай сам!)
 

Перейти на Главную

Дзен-канал Smartpuls.ru - интересно о технике (подписывайтесь, будет много интересного!)

 Ваш Доктор.
     12 декабря 2025 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов или использовании изображений ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!  Доктора! (Администрация сайта - контакты и информация)
  Группа SmartPuls.Ru  Контакте - анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них