一個老的雜牌充電鑽，18V鎳镉電池的，可連續調速，可多檔調節扭矩。這個電鑽本身其實一直沒怎麼用，和新的一樣，但是電池早就完蛋了，充滿電用不到兩分鐘。扔掉的話感覺有點可惜，于是把它改成強大的锂電，鳥槍換炮升級後滿血複活。

電鑽是這個樣子的，基本就沒用過，但是因為短壽的鎳镉電池而已經死翹翹了：

電池盒體積很大，因為是低電壓鎳镉的電芯。但是容量卻很低（不到800mAh），壽命也不行：

電池拆開裡面是15節短粗型的紙殼鎳镉電芯串聯，很壯觀！每節電芯的直徑2cm，長度4cm，标稱容量也隻有800mAh，實際容量可能更低，但是重量卻不小，所以這種老技術很雞肋：

先改造電池，把裡面的電芯全部摳出，看了下電池盒的尺寸，隻能放進5節18650锂電芯串聯還能保持18V的額定電壓不變：3.7V x 5 = 18.5V。而且5節18650電芯隻能卧倒縱向排列成上下兩排才能放進去。

所以找來5節拆機的三洋大紅袍動力18650锂電，外面包一層厚膠帶加強絕緣，避免外皮磨破導緻短路。然後按兩層排好，底層3節，上層2節，用膠粘合并用膠帶固定。因為是自己拆的拆機電芯，電極上已焊有鎳片，把鎳片用錫焊連接起來就行，連點焊都不用了：

使用大功率锂電的話充放電保護闆是必須的，否則後果可能很嚴重！從網上買來這種最常見的單層排列5電芯锂電保護闆，雖然和其電芯的排列不同，但是電池盒裡面5節18650之外的剩餘空間很富裕，可以很容易放進去：

這種保護闆用5個保護芯片分别檢測5個電芯，然後通過幾個小晶體管驅動4隻大功率MOS管來控制充放電，做到過充過放過流和短路保護：

使用的保護芯片是最簡單的5腳DW01芯片：

賣家提供的連線圖中保護電路闆一共有6條線需要和電池組相連：

除了輸入輸出需要用大電流的粗線之外，還需要4根隻提供電壓信号的小電流線，電池組和保護闆有一段距離，需要較長的一段線，于是用一截USB線來接，4根芯正好：

電池組和保護闆接好，電線接頭用膠帶固定和絕緣，現在看起來有點亂，放進電池盒蓋起來就看不到亂了：

然後放進電池盒裡用膠固定好，并在保護電路闆與電池組之間加一張硬卡紙保證絕緣，避免震動導緻意外接觸短路（這個忘記拍照片了），重新用螺絲封好電池盒即可。把電池盒安裝到電鑽上試一下，轉得嗷嗷的，轉速和扭矩都比原來的鎳镉電池好多了，容量就更不用說，大了好幾倍：

電池弄好了，但是還需要充電器。下面來DIY制作锂電池組的充電器。原配的充電器是用來充鎳镉電池的，是結構非常簡單的傻充、野蠻充，由一個24V400mA的電源适配器加一個簡單的充電座組成，充電座裡面幾乎沒有什麼電路，隻有兩個指示燈和一個限流電阻，直接用它來充升級後的锂電池組顯然是非常不安全的：

充電沒有買成品的充電闆，因為成品的充電闆的電流和這個電鑽的電源适配器不匹配，下面會解釋。

我這個锂電池充電電路是用的LM317來DIY制作，LM317本身既同時是恒壓的标準源也是功率輸出器件，所以電路非常簡潔元件非常少。

這個電路我是根據LM317的datasheet參考網上的資料加以具體的計算和改進而成（畫圖軟件是開源的KiCAD，畫出的電路圖效果還是相當專業的，在此向大家推薦。我用正版我光榮！），可以算原創：

圖中LM317首先和R4、R5、R6構成一個典型的可調穩壓電路，穩壓值可以通過可變電阻R6來調節，這裡調節的目标穩壓值是21V即4.2V x 5 = 21V，就是5節串聯锂離子電池的終點充電電壓，幾個電阻也是根據這個電壓來計算設計的。

在10K可調電阻R6上并聯一個6.8K固定電阻R5的目的是為了使R6的電壓調節曲線不再是線性，而在電阻高端（即電壓高端）時等效電阻變化較慢，從而可以在接近21V時緩慢精細地調節，使充電終止電壓更精确。

而且在終止電壓附近變化慢也保證了即使可調電阻在使用過程中因震動等原因發生阻值輕微改變的時候對終止電壓的影響也很小。如果隻是用恒壓充電的話，初始充電時由于電池電壓低内阻小，充電電流會過大而損壞锂電池，所以标準的锂電池充電電路都是先恒流然後恒壓的雙階段充電過程，我這個充電電路也是。

這在我這個電路中是通過Q2實現的。Q2可以選用任何小功率NPN三極管，這裡用2N3904隻是手頭碰巧有很多這個管子，用其他的9014、8050什麼的都是可以的。它的原理是：充電電流在電阻R7上形成一個電壓降，其大小等于電流乘以R7的阻值。

在圖中R7的實際選值（1.5歐）下，電流小于400mA的時候，R7上的壓降小于0.6V，這個電壓在基極上不足以使三極管Q2導通，所以Q2是截止關斷的，不起作用，此時LM317的輸出電壓完全由R4、R5、R6決定，穩定在21V，這相當于最後的恒壓階段，保證锂電池不會被超壓過充。

而在充電開始階段直接充電電流比較大，在大于400mA的時候，R7上的壓降大于0.6V，這個電壓在基極上會使三極管Q2的發射結開始正向導通從而在集電極和發射極之間形成放大的電流，這個電流使得LM317的調整端（1腳）的電壓被拉低，繼而導緻其輸出腳（2腳）的輸出電壓下降，不再保持21V，因而锂電池上的充電電流也會相應下降。

這個負反饋過程會自動維持锂電池上的充電電流恒定在400mA，也就是恒流充電，直到電池逐漸充起來電池電壓升高到一定程度，21V的最高充電電壓也不能提供400mA的充電電流，此時Q2就因為沒有足夠的基極電壓而不再導通工作，LM317就轉換到工作在穩壓狀态實現充電終段的恒壓充電過程一直到完全充滿。

選定400mA的充電電流是因為原配的充電适配器的電流容量就是400mA，這裡要把充電電流設計在适配器的容量之内，不用成品充電闆也是這個原因，成品充電闆的電流都比這大，适配器帶不動或者不安全。雖然400mA的充電速度比較慢但是更安全，因為和專門的锂電電池盒不同，這原配的鎳镉電池盒隻有正負兩個觸點電極，沒有溫度信号輸出電極，所以充電器無法實現電池超溫自動停充，因此小電流充電更安全些，充電電流小了過熱的可能性就小多了。

用400mA充電電流也不必換電源适配器，可以盡量充分利用原配的部件，改動最少。

R7上會通過全部的充電電流所以會發熱必須考慮其功率，由于這裡的設計充電電流隻有400mA，所以R7上隻有0.4x0.4x1.5=0.24W的功率，1/4W的普通碳膜電阻就能勝任，為安全考慮，在制作中實際使用了兩個3歐姆的電阻并聯增加安全餘量。

三極管Q1則組成充電指示電路，這裡也是任何NPN三極管都可以。

其工作原理是：當充電電流比較大時，大部分電流會從二極管D2上通過，從而維持一個0.7V左右的恒定正向壓降給三極管Q1的基極結使其導通，充電指示二極管D3因而發光。而随着電池逐漸充滿，當充電電流降到小于20-30mA時，大部分電流會從電阻R3流過，二極管D2上電流很小不足以維持其額定的正向壓降，因此三極管Q1将因基極電壓不足以維持導通而慢慢截止使D3熄滅，指示充電過程基本結束，電池已經充滿。

此時如果繼續充電的話仍會有很小的涓流補充充電，但是不會過充損壞電池，因為LM317的穩定恒壓保證了最終充電電壓無論如何也不會超過21V的截止電壓。

D1和R1就是一個簡單的電源指示電路，隻要接通電源就會發光指示。

原配充電座本來就有兩個指示LED，我的DIY電路的設計和其狀态是完全一樣的，所以電源和充電這兩個LED發光二極管都正好可以直接使用原配充電座上的元件、機械開孔和使用說明标簽，不需要做任何改變，充分利用和保留原設計，完全保持原充電座的外觀和使用方法不變。

下面就是DIY充電器的具體過程了。

先把原充電座的電路闆上不需要的零件（兩個電阻和一個二極管）都取下，保留兩個LED，加焊兩個濾波電容C1和C2，以及LED限流電阻R1、R2，原電路闆仍然裝回充電座原位，這樣電源适配器插座和LED孔位以及機械固定方式都不用擔心：

然後把增加的電路做在一塊洞洞闆上，因為電路簡單元件不多，所以很小一塊洞洞闆就可以了，正好能夠放進原充電座内狹窄的空間裡：

LM317是大功率器件，工作時會大量發熱，所以不直接焊在洞洞闆上，而是另外安裝在一個散熱器上。散熱器是從廢舊電腦主闆拆下來的：

散熱器體積比較大，尺寸和形狀需要切割一下才能放進充電座中，比對畫線後随便用角磨機切了大概的形狀隻用幾秒鐘：

放進充電座中正好合适，完美卡在一側的剩餘空間中，不會亂動：

然後在LM317上塗點散熱矽脂，用螺絲擰緊在散熱器上，接好引線，套上熱縮管絕緣。LM317的散熱片是和2腳輸出端相連的，所以大電流的輸出線直接和螺絲擰在散熱片上。這裡LM317和散熱器之間不需要加絕緣墊片，因為散熱器是固定在塑料充電座裡，不會和任何其他部件有電氣接觸，沒有短路的問題：

最後把洞洞闆和LM317連同散熱器都放進充電座裡，與原電路闆連接好，裡面的空間剛剛夠：

洞洞闆和原配電路闆之間加了一張硬紙殼來保證絕緣，以免震動移位後發生短路：

然後進行調試，充電座輸出懸空，調節R6使充電座的輸出電壓為精确的21V，輸出端接一個56歐以上的電阻，電壓應該仍然恒定在21V，說明恒壓電路工作正常。

然後在充電座的輸出電極上依次接幾個5-30歐姆左右不同阻值的大功率電阻并且串聯一個電流表（萬用表10A檔），此時電流應該固定在400-500mA（大概差不多就行，這個電流不需要精确，隻要恒定就行），說明恒流電路工作正常。這一步隻是為了驗證恒流電路工作情況，也可以略過不做。

最後把充電座的外殼螺絲安裝好，測試一下充電情況：

充電座插上适配器，電源指示燈應該亮，充電燈應該不亮。充電座的輸出電極電壓應該是恒定的21V。插上缺電的電池，充電燈應該立即亮起，充電幾小時後（具體時間和電池的剩餘容量有關）充電燈應該自動熄滅，此時測量電池電壓，應該是21V。

測試完成，鎳镉-锂電改造升級即大功告成。一個廢棄的老鎳镉電鑽又重新煥發青春了，和新的20V锂電鑽相比無論是轉速扭矩還是一次充電的續航時間都一點也不遜色！而且外觀和使用方法與原來完全一樣，沒有任何改變。

這個電鑽的電池盒比較窄，如果寬一點能橫着放進18650電池的話則能用10節電芯，2并5串，那就更是爽到要飛起了！

謝謝觀看！

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作者：hongo

本文來源：數碼之家

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