Как проверить никель кадмиевые аккумуляторы

Работоспособность Ni─Cd аккумуляторов (как и любых других) со временем ухудшается и через некоторое время они могут прийти к состоянию разряда «в ноль». При этом зарядка ни это состояние никак повлиять не может. Они просто отказываются принимать заряд. При этом аккумуляторы имеют ещё достаточно ресурсов для дальнейшей эксплуатации. Поэтому со временем появились некоторые способы их восстановления. Покупать новый никель-кадмиевый аккумулятор или восстанавливать старый, решать вам. Мы лишь постарались обобщить данные, которые удалось найти в интернете о восстановлении и ремонте Ni─Cd аккумуляторов.

В чём проблема при эксплуатации Ni─Cd аккумуляторов?

При эксплуатации Ni─Cd постепенно происходит снижение напряжения и разрядной ёмкости. Ниже приводятся основные факторы, обуславливающие эти процессы:

уменьшение рабочей поверхности положительных и отрицательных электродов;
потеря активной массы, а также её перераспределение по электродам;
возникновение утечек тока из-за образования дендритов металлического Cd;
процессы, в результате которых происходит необратимое потребление воды и кислорода;
изменение состава и объёма электролита.

Подобные процессы происходят, когда эксплуатируются Ni-MH аккумуляторы. Разница только в используемых материалах электродов.

Все эти изменения оксидно─никелевого электрода вызываются постоянными перезарядами, при которых в пространстве положительного электрода идёт процесс выделения кислорода. Чем больше аккумуляторов проходит циклов заряд-разряд, тем больше наблюдается укрупнение кристаллов активной массы положительного электрода. Поэтому уменьшается рабочая поверхность, а, значит, и ёмкость батареи.

На кадмиевом электроде процесс деградации определяется в основном миграцией активной массы. В результате происходит некоторая её потеря. Кроме того, активная масса забивает поры в поверхностном слое отрицательного электрода. Из-за этого затрудняется доступ электролита в глубинные слои. Результатом миграции активной массы становится рост дендритных мостиков сквозь сепаратор до положительного электрода. Эти приводит к многочисленным коротким микрозамыканиям и увеличивает саморазряд. На кадмиевом электроде при эксплуатации также происходит рост кристаллов и увеличение объёма активной массы.

Кроме вышеописанных процессов, в Ni─Cd аккумуляторах протекают процессы окисления различных добавок, которые присутствуют в аккумуляторе. Металлокерамика положительного электрода постепенно окисляется с потреблением воды. И ещё один неприятный процесс, который приводит к потере работоспособности Ni─Cd аккумулятора, это отбор электролита из сепаратора. Это происходит из-за изменения пористой структуры электродов и приводит к росту внутреннего сопротивления никель-кадмиевого аккумулятора.
Состав электролита также меняется при эксплуатации. В частности, растёт объем карбонатов. Уменьшается электропроводность электролита и падают все параметры Ni─Cd аккумулятора при разряде. Картина становится особенно заметной при низких температурах. Что же делать в таких случаях?

Распространённый метод восстановления Ni─Cd аккумуляторов?

На тему восстановления Ni─Cd аккумуляторов есть достаточно много статей и видеороликов в интернете. Большинство из них касается восстановления аккумуляторов от шуруповёртов и другого портативного инструмента. Это неудивительно, поскольку такие батареи стоят достаточно дорого и зачастую их ещё нужно поискать. В основном при восстановлении никель─кадмиевых аккумуляторов используется одна методика, которую мы сейчас опишем.

На изображении ниже представлен аккумулятор от шуруповёрта в сборе и его начинка.

Аккумулятор от шуруповёрта

Одна Ni-Cd батарейка из аккумулятора

Если сказать коротко, то метод восстановления заключается Ni─Cd аккумулятора высоким током короткими импульсами в течение нескольких секунд. При этом ток должен быть гораздо больше ёмкости батареи (в десятки раз).

Методика восстановления пригодна для никель─кадмиевых аккумуляторов. Не путать с никель─металлогидридными. Опробована она была на моделях рулонного типа. В принципе подходит для батареек любого возраста и даже потёкших. Конечно, чем старше будет аккумулятор, тем меньше шансов будет его восстановить.
Что понадобиться при проведении процедуры восстановления:

другая рабочая аккумуляторная батарея с сильным током. Это может быть аккумулятор от источника бесперебойного питания, автомобильный аккумулятор и т. п.;
крокодилы, куски провода. Куски провода должны иметь длину около 10 сантиметров и сечение не менее 1,5 мм 2 ;
мультиметр для контроля напряжения;
средства защиты (перчатки, очки).

Внимание! Не пренебрегайте средствами защиты. Обязательно надевайте защитные очки и перчатки, чтобы защитить глаза и руки.

В идеале следует проводить процедуру на каждой батарейке (1,2 вольта) по отдельности, а не на все сборке сразу. В этом случае процедура восстановления будет проходить эффективнее и вторую батарею можно будет использовать меньшей мощности (вполне хватит стандартной автомобильной АКБ или аккумулятора из источника бесперебойного питания).

Итак, по порядку, что нужно делать:

Находите у восстанавливаемой батарейки (или у всего блока шуруповёрта, если восстанавливаете целиком) плюс и минус;
Затем при помощи куска провода и крокодилов соединяете минусы;
Потом к одному из плюсовых контактов крепится второй кусок провода;
После этого нужно свободным концом провода быстро касаться оставшегося свободным плюсового контакта. Здесь важно делать касания быстро и кратковременно (2─3 касания в секунду). Эта процедура продолжается 3─4 секунды. Важно не допускать приварки провода в месте касания.

После проведения одного цикла таких касаний делается замер напряжения на восстанавливаемой батарее. Если не появилось, то делаете ещё один цикл. После того, как на батарейке появится напряжение, она ставится на зарядку до набора своей ёмкости. Скорее всего, она будет меньше номинала. Рекомендуется ещё сделать несколько циклов заряд-разряд для тренировки аккумулятора. Подробно о том, как заряжать Ni-Cd аккумуляторы читайте по указанной ссылке.

Почитав отзывы об этом методе восстановления, стало ясно, что он дает лишь кратковременное улучшение состояния батареи. Аккумулятор действительно начинал работать, заряжаться, разряжаться, набирать ёмкость, но впадал некоторое время, «что в кому». Я так понимаю, что это происходит по причине того, что не устранялся источник проблемы. В результате прожига устранялись дендриты, вызывавшие микрозамыкания, и батарейка оживала. Но поскольку состав и объём электролита нарушены, всё возвращалось в исходное состояние.

После поисков в интернете был найден ещё один, более совершенный метод восстановления Ni─Cd аккумуляторных батарей. Советуем также прочитать материал про то, как восстановить Ni─MH аккумуляторы.
Вернуться к содержанию

Улучшенный метод восстановления шуруповёрта аккумуляторов

Автор метода разобрал несколько банок аккумулятора в ходе и обратил внимание на разрыв положительного контакта с отрицательным корпусом. Он предположил, что это вызвано деградацией электролита и оказался прав. Как говорилось выше, в ходе эксплуатации идёт процесс окисления с расходом воды. В результате уменьшения воды в составе щелочного электролита менялись и его эксплуатационные характеристики.

Что было предложено:

перед тем, как проводить какие-либо манипуляции с подачей импульсного тока и зарядкой, автор метода отобрал из сборки элементы, напряжение на которых было нулевым;
в их корпусе микродрелью и тоненьким сверлом было сделано отверстие;
в отверстие каждого элемента был закачан кубический сантиметр дистиллированной воды;
после этого батарейки отстоялись некоторое время и было измерено их напряжение. Элементы с нулевым напряжением «взбодрили» импульсным током;
затем была произведена зарядка элементов;
после этого рекомендуется оставить их на несколько дней, а затем снова проверить напряжение;
если элементы живы, то отверстия заделываются герметиком или запаиваются. Батарея собирается, заряжается и шуруповёрт готов к работе;
если напряжение опять нулевое, то добавляется еще «кубик» дистиллированной воды, и процесс повторяется до успешного завершения.

Возможно, вас заинтересует статья о том, как проверить ёмкость аккумулятора телефона.

В чём проблема при эксплуатации Ni─Cd аккумуляторов?

уменьшение рабочей поверхности положительных и отрицательных электродов;
потеря активной массы, а также её перераспределение по электродам;
возникновение утечек тока из-за образования дендритов металлического Cd;
процессы, в результате которых происходит необратимое потребление воды и кислорода;
изменение состава и объёма электролита.

Все эти изменения оксидно─никелевого электрода вызываются постоянными перезарядами, при которых в пространстве положительного электрода идёт процесс выделения кислорода. Чем больше аккумуляторов проходит циклов заряд-разряд, тем больше наблюдается укрупнение кристаллов активной массы положительного электрода. Поэтому уменьшается рабочая поверхность, а, значит, и ёмкость батареи.

Распространённый метод восстановления Ni─Cd аккумуляторов?

На изображении ниже представлен аккумулятор от шуруповёрта в сборе и его начинка.

Аккумулятор от шуруповёрта

Одна Ni-Cd батарейка из аккумулятора

другая рабочая аккумуляторная батарея с сильным током. Это может быть аккумулятор от источника бесперебойного питания, автомобильный аккумулятор и т. п.;
крокодилы, куски провода. Куски провода должны иметь длину около 10 сантиметров и сечение не менее 1,5 мм 2 ;
мультиметр для контроля напряжения;
средства защиты (перчатки, очки).

Внимание! Не пренебрегайте средствами защиты. Обязательно надевайте защитные очки и перчатки, чтобы защитить глаза и руки.

Итак, по порядку, что нужно делать:

Находите у восстанавливаемой батарейки (или у всего блока шуруповёрта, если восстанавливаете целиком) плюс и минус;
Затем при помощи куска провода и крокодилов соединяете минусы;
Потом к одному из плюсовых контактов крепится второй кусок провода;
После этого нужно свободным концом провода быстро касаться оставшегося свободным плюсового контакта. Здесь важно делать касания быстро и кратковременно (2─3 касания в секунду). Эта процедура продолжается 3─4 секунды. Важно не допускать приварки провода в месте касания.

Улучшенный метод восстановления шуруповёрта аккумуляторов

Что было предложено:

перед тем, как проводить какие-либо манипуляции с подачей импульсного тока и зарядкой, автор метода отобрал из сборки элементы, напряжение на которых было нулевым;
в их корпусе микродрелью и тоненьким сверлом было сделано отверстие;
в отверстие каждого элемента был закачан кубический сантиметр дистиллированной воды;
после этого батарейки отстоялись некоторое время и было измерено их напряжение. Элементы с нулевым напряжением «взбодрили» импульсным током;
затем была произведена зарядка элементов;
после этого рекомендуется оставить их на несколько дней, а затем снова проверить напряжение;
если элементы живы, то отверстия заделываются герметиком или запаиваются. Батарея собирается, заряжается и шуруповёрт готов к работе;
если напряжение опять нулевое, то добавляется еще «кубик» дистиллированной воды, и процесс повторяется до успешного завершения.

Возможно, вас заинтересует статья о том, как проверить ёмкость аккумулятора телефона.

Неисправности блока аккумуляторов, это самая частая проблема у владельцев ручного электроинструмента. Механика ломается реже. В результате спешки и небрежности при использовании инструмента нарушается режим заряда и разряда аккумуляторов. В результате получается снижение срока эксплуатации батарей в два-три раза. Приходится покупать новую. Но перед покупкой стоит проверить состояние батареи, чтобы убедиться, что неисправность действительно в ней.

Конструкция АКБ и виды банок

Аккумулятор для шуруповертов выполняется как небольшой блок, стыкуемый с инструментом с задней части, обычно с нижней стороны рукоятки. Это делается для оптимального расположения центра тяжести и удобного удержания в руке. Блок легко снимается и фиксируется в своем гнезде. Все сделано для удобной и быстрой работы.

Сам блок представляет пластиковый корпус с элементами питания внутри. Так как существующие химические источники тока не обеспечивают типового напряжения питания шуруповерта (12-18 В), то их набирают в последовательную батарею. Выводы элементов соединяют металлической плоской шиной, которая приваривается к ним контактной сваркой. Этот способ меньше всего нагревает элементы при сборке.

Таким образом, батарея является неремонтопригодной. В развитых странах они утилизируются без ремонта. Элементы, или как их просто называют, “банки”, тоже выполнены неразборными, к тому же иногда содержат вредные вещества. По форме элементы бывают цилиндрическими или прямоугольными.

Виды аккумуляторов

У цилиндрических элементов, – обычно это Ni-Cd или Ni-MH, – электроды вместе с активной массой и сепаратором свернуты в рулон, а у прямоугольных – набираются в пакет, или иногда тоже выполняются в рулоне. Цель любого из способов: максимально увеличить площадь электродов, что дает максимум отбираемого тока при минимуме нагрева. Это обеспечивает высокую удельную мощность элемента.

Литий-ионные элементы выпускают как в цилиндрических корпусах, так и в плоских, а литий-полимерные с ленточными или проводными выводами – в плоских.

В общем, конструкция подобна масляным конденсаторам, только там электроды называют обкладками, и их разделяет непроводящий диэлектрик – масло. В случае аккумуляторов, наоборот, заполнитель проводит ток, это раствор электролита.

Работа аккумулятора связана с коррозией электродов, и другими необратимыми химическими процессами. Постепенно он теряет эффективность и приходит в негодность. Неправильный режим заряда-разряда ускоряет эти события.

ПОМНИТЕ: Никель-кадмиевые аккумуляторы нужно разряжать до минимального напряжения, и только потом ставить на зарядку. А литий-ионные – наоборот, подзаряжать чаще. Это продлевает срок их службы.

Коррозия нарушает форму электродов, приводит к разрывам и проколам сепаратора и дальнейшему замыканию катода и анода. Это повышает саморазряд. Образование малорастворимых соединений в больших количествах приводит к необратимому росту внутреннего сопротивления. Такие соединения получаются в ходе побочных химических реакций, которые неизбежны и ограничивают срок службы.

Руководство к действию

Перед тем как признать аккумулятор непригодным к использованию, нужно его проверить на работоспособность.

Инструменты для проверки

Для проверки батареи потребуется иметь вольтметр, амперметр, соединительные провода и приспособления для захвата контактов: зажимы типа крокодилов или струбцинок. Иногда конструкция контактов блока батарей не позволяет подключать приборы без разборки корпуса. Очень возможно, что придется заниматься пайкой. Вот список необходимого:

Зарядное устройство (оригинальное или совместимое);
Мультиметр (или лучше два);
Сопротивление 4,7 … 10 Ом на мощность от 5 Вт и больше;
Лампы автомобильные на 12 В, несколько штук;
Провода монтажные, сечение 0,5 мм.кв, 1,5-2 м;
Отвертка;
Острый нож;
Скотч;
Паяльник с припоем и флюсом.

Вместо родного зарядного устройства был бы очень подходящим лабораторный блок питания, с вольтметром и амперметром на ток несколько ампер и напряжением на несколько вольт выше номинала проверяемого аккумулятора. Например, ЗРУ от автомобиля, если оно имеет хорошие встроенные приборы для измерения тока и напряжения.

Для проверки батареи шуруповерта чаще всего используют мультиметр, также он подходит и для измерения емкости АКБ.

Кроме всего остального нужно подготовить удобное рабочее место с хорошим освещением, убрать подальше легковоспламеняющиеся жидкости и предметы.

Первый этап

Сначала потребуется установить тип батареи. Он написан на ее корпусе. Там же должно быть указано номинальное напряжение и емкость в Ампер-часах или иногда Ватт-часах. Используемые напряжения могут быть из ряда: 9,6, 10,8, 12, 14,4, 18, 24, 36 В. Тип аккумуляторов и номинал напряжения дают возможность определить число банок внутри блока:

Электрохимическая система	Максимальное напряжение, В	Номинальное напряжение, В	Минимальное напряжение, В
Ni – Cd	1,37	1,2	1,0
Ni – MH	1,25	1,2	1,1
Li – ion	4,2	3,7	2,7

Также полезным будет типичный график разряда батареи:

Исправная батарея после заряда показывает максимальное напряжение U_max. Через некоторое время оно понижается до номинального U_nom. Затем батарея длительное время отдает ток, на промежутке t … t₁. В этот период, как правило, номинальное напряжение медленно понижается до до минимального U_min. В конце разряда батарея начинает плохо отдавать ток, а напряжение быстро начинает падать.

Вольтметр без нагрузки у нормальной батареи должен показывать напряжение, близкое к номиналу. Если напряжение меньше на величину кратную номиналу используемых банок, то значит, коротнуло одну или несколько. Это может означать и глубокий разряд, и даже обрыв цепи. Поэтому настоящей проверкой будет проверка под нагрузкой. Перед такой проверкой следует сначала полностью зарядить аккумулятор в обычном режиме, так как это делается перед продолжительной работой батареи.

При проверке литий-ионных батарей шуруповерта нужно помнить, что они могут загореться при разборке или перезаряде. Лучше не вмешиваться в их внутреннее устройство. Вздувшиеся элементы необходимо заменять без всяких сожалений, они уже просто опасны, если останутся в эксплуатации. Также ни в коем случае нельзя заряжать литий-ионные элементы и батареи от случайных зарядных устройств. Не все они имеют встроенные контроллеры заряда и могут взорваться при перезаряде.

Проверка под нагрузкой

Такую проверку имеет смысл делать на полностью заряженной АКБ. В домашних условиях приборов мало, поэтому придется немного заняться расчетами. Самым лучшим способом проверки будет нагрузка той мощности, которая есть у самого шуруповерта. Конечно, использовать для этого сам шуруповерт вряд ли удобно. Но для начала необходимо узнать его мощность.

Иногда мощность пишут на шильдике или в руководстве на инструмент. Но бывает так, что указан только крутящий момент и число оборотов. Вместе с известным напряжением батареи это дает достаточно данных для вычислений мощности в Ваттах по формуле:

где момент M выражается в Ньютонах на метр, а угловая скорость ω – в радианах в секунду. Более просто вычислить можно после перевода ньютонов в кг и радиан в обороты, округлив поправки на потери:

Например, пусть частота вращения у шуруповерта 1500 об/мин, а крутящий момент 2 Н*м. Тогда P = 35 Вт. По известному номинальному напряжению батареи, например 14 В, можно найти ток, разделив мощность на напряжение: 35/14 = 2,5 Ампер. Также найдем сопротивление нагрузки, разделив напряжение на ток: 14/2,5 = 5,6 Ом.

На батареях также пишут емкость в Ампер/часах или Ватт/часах. Теперь зная, все данные, мы можем оценить ожидаемое время разряда. Пусть емкость банки 1200 mA/h = 1,2 А/ч. Разделив емкость на ток получаем ожидаемое время (t1 по графику выше): 1,2/2,5 = 0,48 часов, или 29 минут. В общем, полчаса работы заряженному, исправному аккумулятору, качество которого мы примем за 100%.

Для выполнения проверки потребуется:

Мультиметр или вольтметр;
Провод, как выше;
Лампочки от фар на 12 В;
Часы.

Вместо лампочек можно использовать нихромовый провод “спираль” от электронагревательных приборов, его как и в прежние времена, продают в магазинах. Так как этот провод сильно нагревается проходящим током, то отрезок с нужным сопротивлением следует намотать на подходящий изолятор (можно взять даже кусок деревяшки) и погрузить в воду в литровой банке. Еще вариант: собрать несложную схему электронной нагрузки, но здесь, к сожалению, нет места для подробностей.

Результат проверки – это график, подобный показанному выше, но построенный по реальным показаниям и наложенный на расчетный график. Он исключительно наглядно покажет качество проверяемой батареи.

Проверка элементов питания накопителя

Если проверка под нагрузкой показывает что емкость батареи шуруповерта снижена, либо есть подозрение на короткое замыкание банок, то придется вскрывать блок аккумуляторов для детального обследования элементов. Для этого понадобится перечень инструмента из первого раздела статьи, а порядок действий будет следующим:

Открыть корпус блока, вывинтив винты и освободив защелки;
Вынуть элементы и контакты или откусить провода, если это не удается;
Снять скотч с банок и разложить цепочку;
Внимательно осмотреть банки на дефекты и подтеки;
Проверить каждый элемент.

Проверка элемента по сути дела повторяет то, что было в предыдущем разделе. Если банка течет, имеет характерные пятна или вздутие, она меняется без дальнейшей проверки. Также, если элемент показывает напряжение, близкое к нулю, его нужно заменять. Он закорочен.

В результате проверки выявляются неповрежденные элементы, напряжение на которых соответствует норме. Их подвергают дальнейшей проверке на внутреннее сопротивление.

ВНИМАНИЕ! Никогда не измеряйте ток банки аккумулятора амперметром, если в цепи нет никакого сопротивления. Иначе вы просто сожжете прибор. Начинайте измерение тока с максимального предела.

Проверка по величине сопротивления

Наконец, нужно проверить элемент, показывающий нормальное напряжение, на отдачу тока. Такой элемент может быть в батарее всего один, но из-за последовательного включения этого достаточно, чтобы ток прервался во всей батарее. Для проверки нужно взять известное сопротивление, назовем его R, обозначенное величиной в несколько Ом с погрешностью не хуже 1% и мощностью 5 Вт или больше. Ни в коем случае никакую не лампочку, у которой сопротивление сильно зависит от протекающего тока. Затем выполняется следующее (результат каждого измерения желательно записывать):

Измерение тока I, протекающего через R, амперметром;
Измерение холостого напряжения U₁ на элементе;
Подключение R к элементу и измерение напряжения U₂;
Расчет внутреннего сопротивления.

Внутреннее сопротивление банки рассчитывается по известному току I и разнице напряжений: U₁ – U₂.

Элементы, у которых внутреннее сопротивление меньше 0,5 Ом, можно считать хорошими. Если оно больше, то такой элемент лучше заменить на исправный.

Проверка остальных параметров

Кроме напряжения и токовой отдачи батарея может быть проверена на продолжительность отдачи тока. В некоторых случаях, в начале подключения нагрузки ток может быть достаточным, но вскоре начнет заметно снижаться. Если, не заряжая батарею шуруповерта, через некоторое время снова подключить нагрузку, то описанное явление повторяется снова.

Чем больше ток, тем короче оказываются промежутки нормальной отдачи тока. Это происходит из-за поляризации электродов, выделения газов, изменения состава электролита и указывает на старение батареи. Возможно, тут поможет восстановление, если это Ni-Cd аккумулятор, но гарантировать это нельзя из-за сложности химических процессов внутри элемента.

Еще один параметр – температура. Ее значение при заряде никель-металлгидридных батарей имеет ограничивающее влияние. Она не должна превышать +60 градусов Цельсия. Для литий-ионных аккумуляторов шуруповерта повышенная температура тоже нежелательна, но за этим следят контроллеры заряда и балансировки тока.

Лучше всего ведут себя в отношении температуры Ni-Cd аккумуляторы. Химические реакции при их заряде идут с поглощением тепла, что позволяет заряжать их большим током.

Заключение

Проверка аккумуляторов для шуруповерта является не очень простым, но вполне посильным делом для владельцев инструмента. При подозрении на неисправности, начинать надо с измерения напряжения батареи. После этого необходимо измерить ток, который можно получить от батареи. Если этот ток недостаточен, проверку можно продолжить на уровне отдельных элементов. Это связано уже с необходимостью разбирать батарею.