Как восстановить Ni-Cd аккумулятор от шуруповерта?

Никель-кадмиевые аккумуляторы, как и ХИТ с остальными типами химии, имеют определенный ресурс. В зависимости от конструкции, чистоты используемых материалов, условий работы и соблюдения правил эксплуатации, их жизнь длится от 100 до 900 рабочих циклов. Современные Ni-Cd батареи ламельного типа (используемые в промышленности) имеют увеличенный срок службы – до 25 лет.

Часто при использовании Ni-Cd аккумуляторов наблюдается ухудшение рабочих характеристик. Элементы питания теряют запас емкости, не держат и не принимают заряд. Но такие симптомы не всегда означают, что АКБ пора сдавать на утилизацию. Чтобы выяснить, есть ли шансы на восстановление и ремонт Ni-Cd аккумуляторов, необходимо выполнить их диагностику и определить причину неисправности.

Причины ухудшения характеристик

К снижению напряжения и восстанавливаемой емкости Ni-Cd ячеек часто приводят изменения в их внутренней структуре:

сокращение рабочей поверхности электродов;
утрата активной массы и нарушения в ее распределении по электродам;
как результат – снижение прочностных характеристик и объема катода;
нарушенное взаимодействие электрода и активной массы;
как результат – уменьшение проводимости и емкости;
в запущенном случае – разрыв контакта;
процессы, вызывающие необратимое водопотребление;
изменения в формуле и объемном содержании электролита;
рост дендритных мостиков из металлического кадмия, приводящий к утечкам тока и микрозамыканиям.

Влияние структурных изменений на работоспособность АКБ

К деградации внутренней структуры Ni-Cd «банок» часто приводят перезаряды, вследствие которых в пространстве анода происходит образование кислорода. Чем больше выработан циклический ресурс элементов питания, тем крупнее становятся кристаллы активной массы анода. Из-за этого происходит сокращение рабочей поверхности и падение восстанавливаемого емкостного запаса АКБ.

Перемещение активной массы вызывает ее нехватку на аноде и забивание в поры верхнего слоя катода. В итоге становится проблематичным проникновение электролита в глубокие слои катода. К тому же, сбои в распределении активной массы провоцируют рост дендритов через сепаратор к аноду. Следствием этих процессов становятся короткие микрозамыкания в структуре аккума и возрастающий саморазряд. На аноде аналогично наблюдается рост кристаллов и прирост активной массы.

Наряду с доминирующими процессами деградации происходит окисление добавок, например, металлокерамика анода постепенно окисляется, и этот процесс сопровождается водопотреблением. Из-за нарушений в структуре электродов расходуется электролит, из-за чего растет внутреннее сопротивление, а значит – снижаются допустимые токовые нагрузки. Неизбежно меняется и формула электролита. Так, из-за выросшего содержания карбонатов снижается электропроводность электролита, а вместе с ней и все рабочие параметры, особенно при использовании АКБ на морозе.

Проверка аккумуляторного блока

Чтобы убедиться, что корень проблемы кроется именно в аккумуляторном блоке, а не в механике самого шуруповерта, воспользуйтесь запасной АКБ и проверьте, как инструмент работает от нее. Если неисправность батареи не вызывает сомнений, не спешите разбирать ее. Вначале выполните проверку с помощью мультиметра и нагрузки.

Проверка батареи мультиметром

Вместо мультиметра можно использовать вольтметр и амперметр. Измерьте напряжение на батарее и сопоставьте его с номинальным значением. Вольтаж каждого Ni-Cd элемента составляет 1,2 В, а для получения большего напряжения их соединяют последовательно. Например, никель-кадмиевая батарея на 18 В собрана из 15 элементов. Соответственно, если измеренное холостое напряжение заряженной батареи оказалось равным 16,8 В, это признак короткого замыкания одной из ячеек сборки. Для восстановления АКБ нужно заменить неисправную «банку».

Если при подключении к зарядному устройству АКБ пропускает ток более 1 А и напряжение постепенно увеличивается (на 0,1 В за каждые 5–10 минут), а по завершении процесса зарядки немного превышает номинальное значение, батарея исправна. Если же пропускаемый через АКБ зарядный ток намного меньше 1 А, один из элементов может быть неисправным. Его нужно выявить и заменить.

Проверка АКБ под нагрузкой

Для ее реализации приготовьте автомобильные лампочки, проводки, мультиметр или вольтметр, паяльник и принадлежности к нему. На заряженную батарею нужно подать номинальную нагрузку, параллельно соединив лампочки. Чтобы рассчитать значение номинальной нагрузки, разделите потребляемую мощность шуруповерта на его напряжение (номинал). К примеру, 50 Вт : 18 В ≈ 2,8 А.

Если батарея на протяжении нескольких минут отдает номинальный ток, лампочки горят ярко, а вольтметр показывает число чуть меньше номинального значения, АКБ в порядке. Если же токоотдача со временем ослабевает, это может говорить о сработавшем эффекте памяти. У Ni-Cd аккумуляторов он очень выражен, и если не использовать батарею в режиме «100% заряд – 100% разряд», это приводит к сокращению восстанавливаемой емкости.

Устранение эффекта памяти

Для борьбы с проявившимся эффектом памяти Ni-Cd батарею нужно полностью разрядить, а затем – полностью зарядить. Цикл необходимо повторить 3 раза. Если проблема заключается только в эффекте памяти, после такой тренировки батарея полностью восстановится.

Проверка элементов

Для проверки состояния каждого элемента сборки нужно разобрать корпус аккумуляторного блока. Для выявления неисправной «банки» определяется внутреннее сопротивление. При проверке на токоотдачу применяется закон Ома. Возьмите амперметр и сопротивление на 10 Ом, которое рассчитано на 25 Вт. Закоротите анализируемую ячейку на резистор, включив его последовательно с амперметром.

Затем замерьте холостое напряжение на «банке» и выясните, насколько снижается напряжение с подключенным резистором. Рассчитайте внутреннее сопротивление. Чем ниже его значение, тем лучше, т.к. аккумулятор способен проводить большие токи. Конечно же, если его вольтаж примерно равен номинальному значению. Если же напряжение около нуля, в элементе произошло короткое замыкание. Ячейки с внутренним сопротивлением ˃3 Ом подлежат замене.

Способ восстановления Ni-Cd аккумуляторов шуруповертов

Популярный метод, как восстановить Ni-Cd аккумулятор от шуруповерта, заключается в кратковременном импульсном воздействии на ячейки высоким током. Воздействие длится несколько секунд, а ток на порядок превышает емкость аккумулятора. Для этой процедуры нужны рабочая АКБ с высокой токоотдачей, мультиметр для отслеживания напряжения, зажимы-крокодилы, проводки длиной порядка 10 см и сечением хотя бы 1,5 мм², перчатки для защиты рук и очки.

Процедуру восстановления желательно проводить отдельно на каждом элементе сборки. Алгоритм действий таков:

Используя проводок и зажим, соединить отрицательные контакты восстанавливаемой «банки» и рабочей батареи с большими токами разряда.
К одному из положительных контактов присоединить второй провод.
Ко второму плюсовому контакту прикрепить зажим или пластину.
Оставшимся концом провода с частотой 3 касания в секунду аккуратно касаться прикрепленного зажима или пластины на свободном положительном контакте на протяжении 3–4 секунд.
Измерить вольтаж восстанавливаемого аккумулятора. Если признаков жизни не появилось, повторить воздействия импульсами тока.
С появлением напряжения – полностью зарядить аккумулятор. Восстановленная емкость, скорее всего, окажется меньше номинального значения.
Для тренировки восстановленного элемента питания – несколько раз полностью разрядить и зарядить его.

Иногда этот метод восстановления Ni-Cd аккумуляторов производит кратковременный эффект. Если со временем восстановленные элементы питания перестают подавать признаки жизни, это говорит о серьезных нарушениях в их внутренней структуре. Например, прожиг высокими токами мог устранить дендриты и решить проблему микрозамыканий, но из-за нарушенной формулы и объема электролита эффект может оказаться кратковременным.

Альтернативный способ

Этот метод нацелен на решение проблемы, спровоцированной высыханием электролита. Из-за окислительных процессов с необратимым водопотреблением щелочной электролит теряет воду и его технические параметры меняются. В итоге происходит разрыв плюсового контакта с минусовым корпусом. В устранении этой проблемы может помочь такой алгоритм:

Отобрать ячейки с нулевым напряжением.
С применением микродрели и миниатюрного сверла выполнить в корпусе каждого отобранного аккумулятора маленькое отверстие, глубиной до 3–4 мм.
Закачать через него по 1 см³ дистиллированной воды в каждый аккум.
Дать элементам отстояться около суток, чтобы водой пропитался весь объем, и измерить их напряжение.
Аккумы с нулевым вольтажом попробовать восстановить импульсным током, как описано в предыдущем методе.
Зарядить элементы и оставить их на 2–3 дня, после чего заново измерить напряжение.
В аккумах, которые удалось восстановить, выполненные ранее отверстия запаять или загерметизировать.
Соединить восстановленные «банки» в батарею, зарядить ее и протестировать в работе.
Элементы с нулевым напряжением утилизировать или попробовать восстановить, добавив еще по 1 см³ дистиллированной воды, с повторением процесса до получения желаемого результата.

Обычно этот метод обеспечивает более эффективное восстановление и долгосрочный эффект.

Метод замораживания

Этот способ восстановления щелочных аккумуляторов используется для разрушения дендритных мостиков – основной причины микрозамыканий и ускоренного саморазряда элементов. Аккумуляторы рекомендуется подержать несколько часов в морозильной камере, после чего интенсивно постучать по корпусу.

Теоретически дендриты, которые при заморозке стали хрупкими, разрушаются при ударном воздействии на корпус. Но, как и в случае с методом импульсных токов, эффект может оказаться кратковременным. Если в структуре произошли существенные нарушения с изменением состава и объема электролита, неизбежен рост новых дендритов и повторение проблемы.

Замена элементов АКБ

При использовании аккумуляторной батареи любого типа – Li-ion, LiFePO4, Ni-Cd, Ni-MH – неисправность может быть связана с выходом из строя отдельных элементов питания. Такое «слабое звено» делает неработоспособной всю сборку. Для устранения неполадок нужно определить неисправные элементы и выполнить их замену. Это наиболее грамотный и эффективный вид восстановления аккумуляторной батареи.

Выводы

Чтобы реанимировать никель-кадмиевую АКБ для шуруповерта или другого беспроводного инструмента, лучше всего выявить неисправные ячейки и заменить их исправными «банками». Восстанавливать сами элементы нежелательно, т.к. они считаются неразборными и, строго говоря, ремонту не подлежат. При выработке ресурса и потере работоспособности их положено утилизировать.

Что касается восстановления «банок» импульсными токами, введением дистиллированной воды или постукиванием после заморозки – эти методы обычно дают временный эффект. Если аккумуляторы выработали свой циклический ресурс, восстановить их до состояния новых элементов невозможно.

В нашей мастерской производится точная диагностика и грамотное восстановление аккумуляторных батарей Ni-Cd и других типов. В большинстве случаев неисправность устраняется с помощью замены нерабочих элементов.

Ранее в блоге Shura Master вышла статья о том, как правильно хранить Li-ion аккумуляторы.