Ecco la procedura passo passo per effettuare la sostituzione del pacco batterie di un trapano avvitatore, originariamente equipaggiato con celle Ni-Cd, convertendolo a batterie agli ioni di litio (Li-Ion). Illustro tutti i passaggi eseguiti, le scelte tecniche adottate ed eventuali idee per futuri miglioramenti.
L’intervento nasce dall’esigenza di recuperare un utensile economico per il quale non era più disponibile un pacco batterie originale efficiente, evitando la sostituzione dell’intero trapano.
Valutazione iniziale e scelta della tecnologia
Il pacco batterie originale era composto da celle Ni-Cd da 1,2 V, per una capacità reale di circa 0,8 Ah, con evidenti limiti in termini di autonomia e degrado nel tempo. Tra l'altro, sul pacco batterie era indicata una capacità di 1 Ah... evidentemente 0,2 Ah si sono persi per strada!
La stessa procedura di sostituzione delle batterie del trapano avvitatore, descritta in questo articolo, è valida anche per pacchi Ni-MH, mentre nel caso di pacchi Li-Ion esistenti è spesso possibile mantenere il caricabatterie originale, a patto di verificare con attenzione la compatibilità. Invece, cambiando la tecnologia delle batterie, è anche necessario sostituire il caricabatterie e modificare la base di ricarica.
La scelta di passare alle Li-Ion consente un incremento netto della capacità (circa 3 Ah) a parità di tensione nominale, migliorando autonomia, peso e disponibilità delle celle di ricambio.
Il primo passo consiste nell’apertura del contenitore del pacco batterie e nella rimozione completa delle vecchie celle Ni-Cd, avendo cura di non danneggiare il connettore originale con le lamelle di contatto.
Le nuove celle Li-Ion hanno tensione diversa da quelle Ni-Cd, quindi bisogna effettuare il calcolo del numero di celle necessarie a partire dalla tensione nominale e non dal numero di celle precedenti.
Essendo il pacco delle mie batterie da 18V, in precedenza c'erano 15 celle Ni-Cd in serie (1,2 V x 15 celle). Ora ho inserito 5 celle agli ioni di litio da 3,7V ciascuna, di tipo 18650, in serie. Le batterie sono già equipaggiate di lamelle e fili elettrici, così da semplificare al massimo le operazioni di cablaggio.
Ho dovuto acquistare un caricabatterie opportuno, adatto alla ricarica di 5 celle Li-Ion in serie (5S, 18.5 V, 21 V). La scelta del caricabatterie non è stata casuale: ho acquistato un caricabatterie che fosse compatibile con il numero e la tipologia di nuove celle e che avesse un connettore che si infilasse senza troppi problemi nella base di ricarica.
Modifica della base di ricarica per la sostituzione delle batterie del trapano avvitatore
La base di ricarica originale del trapano era progettata per funzionare esclusivamente con il caricabatterie Ni-Cd / Ni-MH in dotazione e non consentiva l’uso diretto di un caricatore esterno per batterie agli ioni di litio. Per questo motivo si deve eseguire una semplice modifica elettrica.
All’interno della base di ricarica, ho provveduto a collegare l’ingresso proveniente dal connettore di alimentazione direttamente in parallelo ai contatti di uscita verso il pacco batterie, rispettando la polarità e bypassando l’elettronica originale non più necessaria. In questo modo, la base diventa un supporto meccanico e un adattatore di contatto, permettendo al caricabatterie Li-Ion esterno di alimentare correttamente il pacco batterie.
Relativamente ai led, li ho collegati per una funzione tanto particolare quanto inutile. Quando la batteria (o il caricabatterie) sono collegati con la polarità corretta, si accende il led verde. Qualora si collegasse la batteria (o il caricabatterie) con la polarità invertita (impossibile comunque per via delle chiavi meccaniche), si accenderebbe il led rosso.
Disposizione meccanica delle celle e collegamento in serie
Si procede inizialmente ad accoppiare meccanicamente le cinque celle 18650 (tre inferiori e due superiori), mantenendo tutti i poli positivi da un lato e tutti i negativi dall’altro. Questa disposizione facilita sia il cablaggio sia l’inserimento nel contenitore.
Il collegamento elettrico è realizzato in serie (5S): il negativo di ogni cella (filo nero) viene collegato al positivo della successiva (filo rosso), il positivo della prima cella (rosso) e il negativo dell’ultima (nero) rimangono liberi e costituiscono i terminali del pacco.
Per fare le prime prove di tensione, è possibile inizialmente attorcigliare i fili. Poi, si può procedere con la saldatura a stagno e con l'isolamento accurato con nastro isolante, che riduce il rischio di contatti accidentali.
Adattamento e fissaggio del connettore originale
I fili rosso e nero vengono dapprima avvolti all’interno delle lamelle, serrati meccanicamente piegando la lamella con una pinza e successivamente stagnati (la saldatura ha funzione principalmente di stabilizzazione).
Questo garantisce un contatto elettrico affidabile pur essendo le lamelle di materiale poco adatto alla saldatura tradizionale.
Il connettore con lamelle, precedentemente spinto in posizione dalle celle Ni-Cd, non è più sostenuto meccanicamente. Per questo motivo va incollato alla base del contenitore con colla cianoacrilica.
Ovviamente, bisogna rispettare la polarità originale della batteria.
Una volta collegato il connettore al pacco batterie (rosso con rosso, nero con nero), si procede a saldare ed isolare i collegamenti.
Un’attenzione particolare è rivolta all’isolamento dei poli positivi e negativi delle celle, per evitare qualsiasi possibilità di corto circuito nel caso di contatti con parti metalliche interne al contenitore (nel mio caso sono solo le mollette delle clip di bloccaggio della batteria nell'avvitatore).
Fissaggio interno nel contenitore
Le celle Li-Ion risultano sensibilmente più compatte rispetto alle Ni-Cd originali, lasciando ampi spazi vuoti. Per evitare movimenti interni, si deve bloccare il pacco batterie con materiale di riempimento. Consiglio di utilizzare della gommapiuma, meglio se autoestinguente ed isolante per uso elettronico.
L’obiettivo è impedire vibrazioni e urti interni durante l’uso del trapano.
Chiusura del pacco e verifica di ricarica
Completato il fissaggio, si può chiudere ed avvitare il contenitore. Finalmente possiamo provare la nuova batteria con il trapano avvitatore e con la base di ricarica.
La prova sulla base di ricarica ha esito positivo. Il led verde sulla base di ricarica indica la corretta polarità (e non c'era dubbio su questo fatto).
Il led del caricabatterie indica lo stato di carica: rosso quando è in ricarica, verde quando il pacco batterie è carico.
Considerazioni su sicurezza e alternative
La soluzione descritta è volontariamente semplice e non prevede l’uso di un BMS con monitoraggio termico. In applicazioni più evolute, oppure per lavorazioni in conto terzi, è possibile integrare un BMS 5S con controllo di tensione, bilanciamento e temperatura, collegando ogni punto intermedio delle celle.
L’intervento qui eseguito dimostra come, in molti casi, sia più sensato sostituire il pacco batterie anziché l’intero trapano, soprattutto per modelli economici: un nuovo utensile di fascia bassa tenderebbe infatti a presentare gli stessi problemi di degrado in tempi brevi. Riparare e riutilizzare riduce sprechi, costi e impatto ambientale.