Как выполняется восстановление и ремонт Ni─Cd аккумуляторов

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. В процессе эксплуатации Ni─Cd аккумуляторов из-за перераспределения активной массы по электродам происходит изменение механической прочности и объёма оксидно-никелевого (положительного) электрода. В результате ухудшается контакт м/у активной массой и электродом. Все это вызывает снижение проводимости и падению ёмкости. В запущенном варианте просто разрывается контакт между положительным и отрицательным электродами. В результате аккумулятор перестаёт подавать признаки жизни.

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?

Особенности переделки

В большинстве моделей, по крайней мере «Интерскол», «Макита», «Хитачи» представлены универсальные механизмы. Это означает, что зарядник предназначен для питания батарей Ni-Mh и Li-Ion типа.

Особенности связаны с мощностью аккумуляторов. Новые и заменяемые изделия должны соответствовать друг другу. В противном случае возникнет сбой или разрыв цепи, о чем сигнализирует индикатор. При перегрузках или разрыве одновременно мигают красная и зеленая лампочка.

В ситуации, когда зарядное устройство не универсальное, ему потребуется переделка, также как и блоку питания. Процесс зависит от типа ЗУ и производителя, подразумевая практически полное выпаивание элементов платы, установку конденсатора, резисторов и их последующую настройку.

Наряду с этим существует универсальный способ трансформации ЗУ. Он связан с использованием платы BMS, стабилизирующей входное напряжение и ток. На рынке она имеет обозначение DC-DC StepDown, а непосредственно на плате присутствуют подстроечные резисторы. Модуль впаивают в схему зарядного устройства, используя соединения P+ и P- на плате и старые клеммы зарядки.

Переделка на литиевые аккумуляторы 12 вольт

Приведенный выше способ применяется для всех аккумуляторов. Вольтаж определяется параметрами блока питания. Отличия связаны с количеством батарей. Основная масса руководств по трансформации относится к 14 В агрегатам, где для замены используют 4 литиевых батареи 18650. Для 12 В устройства такого количества многовато. Здесь будет достаточно 3-х батарей 18650.

Переделка на литиевые аккумуляторы 18 вольт

Аналогичный подход применяется к 18 вольтовым изделиям. Здесь отличия, также связаны с численностью аккумуляторов. Батарея состоит из 5 единиц 18650, что обеспечивает ей сверх эффективную работу. Если процесс работы слишком интенсивен, шуруповерт даже отдает горелым. Поэтому впоследствии 5-й аккумулятор нередко удаляют.

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

А на следующем фото представлена одна батарейка этой сборки.

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 мм2;
• 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.

Перезапуск аккумулятора

Вообще, рекомендуется касаться проводом не самого вывода батареи, а сначала прикрепить к нему крокодил или пластину. И уже касаться их.

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.

Как устранить эффект памяти

Когда аккумуляторная батарея очень часто испытывает недостаточную зарядку и последующую разрядку, у нее возникает так называемый эффект памяти. То есть, аккумулятор постепенно как бы запоминает минимальную границу зарядки и разрядки, в результате его емкость используется не полностью и постепенно снижается еще и еще.

Данная проблема характерна в основном для никель-кадмиевых батарей и в меньшей степени затрагивает никель-металлгидридные. В любом случае требуется восстановить емкость аккумулятора. Эффект памяти совершенно не касается литий-ионных батарей.

Для того чтобы решить проблему можно ли отремонтировать элемент, рекомендуется выполнить полную разрядку и зарядку батареи при помощи лампочки на 12 вольт. К ней припаиваются плюсовой и минусовой провода, которые соединяются с контактами аккумулятора. Данная процедура повторяется пять раз и более.

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. Ниже можно посмотреть, как выглядел процесс:

Сверлится отверстие

Заливается дистиллированная вода

Отверстие запаивается
При таком способе восстановление Ni─Cd аккумулятора более эффективное и долгосрочное. Можете прочитать отдельную статью про восстановление Ni─Cd аккумулятора для шуруповерта. В интернете также можно встретить рекомендации по восстановлению никель─кадмиевых аккумуляторов путем заморозки. В этом случае щелочные аккумуляторы помещаются в морозилку на пару часов, а затем быстро и резко стучат по корпусу батареи. Смысл здесь в том, что дендриты в замороженном состоянии становятся хрупкими и разрушаются от ударного воздействия. В комментариях к этому способу восстановления говорится, что он рекомендуется, если не помог метод с воздействием током. Однако отзывов о результатах его использования мне найти не удалось.

Первый этап тестирования

Проверка аккумулятора шуруповерта на первом этапе является самой простой, показатели тока и напряжения снимаются с АКБ в то время, когда она стоит на зарядке.

Снятие показаний осуществляется несколько раз, через определенные временные промежутки:

• через 30 минут после того, как началась зарядка, U будет около 13 вольт ;
• еще спустя 30 минут U увеличится до 13,5 вольт ;
• спустя два часа после начала процесса — 14 вольт ;
• полностью заряженный аккумулятор выдаст напряжение в 17 вольт .

Что касается роста тока (ампеража) во время зарядки, если рабочее состояние АКБ в порядке, то сила тока стабильно возрастает в течение первого часа. Кроме вольтажа измерьте силу тока спустя час после начала процесса. Если показатель прошел «отметку» в 1 ампер, ваш аккумулятор находится в добром здравии и не нуждается в разборке и починке.

Проверка функций автоматического выключателя

На производстве дифференциальные автоматы проверяются специализированными лабораториями, которые и дают в итоге вывод о том, можно ли обслуживать данный аппарат или нет. Проверить дифференциальный автомат на перегрузочные характеристики или защиту от коротких замыканий, а тем более на время срабатывания этих защит, при покупке вряд ли удаться, для этого нужны специальные лабораторные приборы. О том, как проверить автоматический выключатель, мы подробно рассказывали в отдельной статье. К сожалению в домашних условиях осуществить испытания вряд ли удастся, тем более домашним мастерам.

Однако, основное отличие обычного автомата от дифференциального, это устройство защитного отключения, реагирующее на ухудшение сопротивления изоляции. Именно эту уникальную способность устройства и рекомендуется проверять перед установкой в электрических распределительный щиток. Делать это нужно с регулярной периодичностью, так как именно срабатывание механизма направлено на сохранность жизни и здоровья человека.

Что необходимо знать перед переделкой

Перед тем как переделать шуруповерт с никель-кадмиевых на литий-ионные аккумуляторы, нужно знать ответы на некоторые вопросы.

Например, точно знать напряжение, которое выдавал старый АКБ. Обычно эти сведения можно прочитать по наклейке на батарее. Если там нет таких данных или они стерлись, придется разбирать аккумуляторный блок и по количеству установленных в шуруповерте элементов определять величину напряжения.

Также нужно знать, что, кроме положительных качеств, таких как высокая удельная емкость, низкий саморазряд, отсутствие эффекта памяти, есть ряд особенностей. Они боятся перезарядки, глубокой разрядки, перепада температур — их нельзя нагревать выше 45 градусов. Опасны и низкие температуры, на морозе емкость приборов падает.

Любую ли аккумуляторную батарею можно починить

Это первый вопрос, который возникает у домашнего мастера, столкнувшегося с подобной проблемой. Для начала рассмотрим, какими они вообще могут быть.

На шуруповёрты устанавливаются разные батареи, среди которых:

• Ni-Cd – никель-кадмиевые;
• Ni-MH – никель-металлгидридные;
• li-ion – литий-ионные;
• Li-pol – литий-полимерные.