Зарядное для никель кадмиевых аккумуляторов шуруповерта

Электрический аккумуляторный инструмент оснащается заводским зарядным приспособлением, позволяющим восполнить емкость батареи. При утере и поломке блока у владельца возникает вопрос о том, как зарядить шуруповерт без зарядного устройства. Помимо приобретения оригинального блока, существует несколько методик подзарядки источника тока от бытового или автомобильного оборудования.

Техника безопасности и меры предосторожности

Основные требования по технике безопасности во время зарядки источников питания инструмента от нестандартных зарядных блоков:

Для зарядки аккумуляторов инструмента используется постоянный ток.
Подключение выполняется кабелями с защитным изолятором, необходимо предусмотреть надежную фиксацию электропроводки на контактных штекерах батарей.
При восполнении емкости элементов происходит нагрев, сопровождаемый выделением газов. Элементы аккумуляторных банок оборудованы аварийными клапанами, но потекший компонент не пригоден к дальнейшей эксплуатации.
Рекомендуется выполнять работы в проветриваемом помещении, глаза и руки предохраняются с помощью средств индивидуальной защиты. При перегреве корпуса, появлении дыма или следов электролита на корпусе банки зарядка немедленно прекращается. Повторное подключение выполняется после выяснения причин неисправности.
Подсоединение адаптеров питания, не предназначенных для зарядки батареи шуруповерта, является крайней мерой. Из-за несоответствия токовых параметров компоненты цепи работают с перегрузкой, что вызывает повышенный нагрев и возгорание. Постоянное использование неоригинальных зарядных блоков не рекомендуется.

Как заряжать аккумулятор шуруповерта без зарядного устройства

В конструкции электрического инструмента используется 3 типа источников питания:

Никель-кадмиевые элементы, отличающиеся способностью выдерживать высокую нагрузку и работать при отрицательной температуре воздуха.
Батареи отличаются выраженным эффектом памяти и ускоренным саморазрядом. Перед подключением аккумулятора к зарядной станции необходима полная разрядка банки.
Допускается кратковременное подключение аккумуляторной банки к неоригинальному зарядному блоку.
Никель-металлогидридные элементы отличаются сниженным эффектом памяти и увеличенной емкостью. Подключать батареи к неоригинальным зарядным устройствам не рекомендуется.
Литий-ионные источники питания, не допускающие глубокого разряда и перегрева. Для зарядки используются специальные блоки с микропроцессорным управлением, контролирующим состояние элементов. Использовать зарядные блоки от автомобильных батарей или иных источников питания запрещается.

Перед подключением внешнего блока необходимо выяснить тип, емкость и зарядный ток источника питания. Информация указывается на заводской этикетке, расположенной на корпусе аккумуляторной банки. Если наклейка утрачена, то потребуется вскрыть кожух и выяснить рабочие параметры по маркировке на элементах.

С помощью USB

Для восполнения емкости возможно подключение внешнего зарядного блока через самостоятельно установленный порт USB. Рекомендуется применять адаптеры, рассчитанные на ток 5-7 А. Использовать для подачи тока компьютеры или ноутбуки не рекомендуется, поскольку повышенный ток в цепи перегревает контроллер и выводит узел из строя.

Алгоритм оснащения аккумулятора шуруповерта разъемом USB:

Демонтировать аккумуляторную банку, а затем разделить секции корпуса (элементы держатся на винтах и дополнительных пластиковых фиксаторах).
Прорезать в секции корпуса отверстие для установки разъема USB. Место установки порта не должно препятствовать размещению источника питания в рукоятке инструмента или в штатной зарядной станции. Конфигурация канала зависит от внешнего вида подготовленного штекера. Колодка устанавливается в полученном гнезде и фиксируется при помощи специального термоклея.
Разместить в цепи, соединяющей штатный контроллер зарядки и разъем типа USB, плавкий предохранитель номиналом 10 А. Для крепления защитного элемента и электропроводки используется термоклей. Кабели соединяются пайкой свинцово-оловянным припоем, места фиксации защищаются изоляционными материалами.
Соединить секции корпуса при помощи штатных винтов. Если производилась резка неразъемной конструкции, то линия стыка покрывается полоской ткани или малярного скотча с нанесенной жидкой эпоксидной смолой. После застывания материала поверхность шлифуется и окрашивается в цвет корпуса аккумуляторной банки.
Провести тестовую зарядку источника постоянного тока. Поскольку напряжение в цепи зарядки составляет 5 В, то восполнение емкости занимает до 6-8 часов для батарей емкостью 1-2 А*ч.

Использование автомобильного зарядного устройства

Применение зарядного блока, предназначенного для обслуживания автомобильного аккумулятора напряжением 12 Вольт, может необратимо повредить источник питания для электроинструмента.

Перед соединением устройств необходимо привести рабочие параметры зарядки к необходимым требованиям.

Если оборудование оснащается бесступенчатыми регуляторами напряжения и силы тока, то требуется выставить параметры, идентичные штатному блоку. Для снижения токовой нагрузки используется балластное сопротивление (например, автомобильная лампа габаритных огней).

Если информация о рабочих параметрах штатной зарядки неизвестна, то для никель-кадмиевой батареи емкостью 1,3 А*ч устанавливается ток зарядки в пределах 50-100% от номинальной емкости. Напряжение устанавливается на минимальный уровень. Затем определяется полярность аккумуляторной банки (по заводской маркировке), расположение минуса и плюса при необходимости уточняется тестовым прибором.

Для замеров необходимо просверлить пластиковый кожух банки и установить внутри датчик (например, от бытового тестового прибора). В зависимости от параметров тока зарядка продолжается от 30 минут до 2 часов, при достижении пороговой температуры внешний блок отключается.

Универсальные ЗУ

Универсальное оборудование для зарядки аккумуляторов поддерживает ступенчатую или плавную регулировку напряжения и силы тока в выходной цепи. Блок оборудован приборами и индикаторами, позволяющими контролировать ход зарядки.

Если в конструкции устройства предусмотрен переключатель типа батареи, то необходимо выбрать соответствующее значение. Универсальное зарядное оборудование рекомендуется использовать для обслуживания изношенных элементов.

Использование внешнего источника тока

Методика подразумевает подключение инструмента к автомобильному аккумулятору или зарядной станции при помощи кабелей. Напряжение внешнего источника питания должно соответствовать параметрам электрического двигателя. При работе инструмента нагрузка на мотор меняется, что приводит к изменению силы тока в цепи. Внешний блок питания должен обеспечить работоспособность двигателя и не перегреваться при длительной эксплуатации.

В цепи питания предусматривается предохранитель, номинал зависит от мощности мотора и рабочего напряжения. Например, при установке двигателя мощностью 200 Вт и напряжении в цепи питания 18 В потребуется установка плавкой вставки номиналом не менее 200/18=11 А. Применение предохранителя с завышенными параметрами приводит к перегреву и разрушению обмоток двигателя. При изготовлении соединительной проводки учитывается сила тока в цепи питания.

Кабели оснащаются коммутационной колодкой, изготовленной самостоятельно или снятой со штатной неисправной аккумуляторной банки. Предусматривается фиксация штекера при помощи клейкой ленты. Приклеивать колодку не рекомендуется, поскольку возникнут сложности с размыканием деталей.

Неизбежное наступило – аккумуляторы в моём стареньком Hitachi DS 12DVF3 окончательно сдохли. Отвратительно держать заряд они стали уже очень давно, но для мелких бытовых нужд имеющейся ёмкости хватало, поэтому я никогда и не думал над решением этой проблемы. До того момента, когда мне понадобилось просверлить отверстие в кухонной мойке из нержавейки, на что у меня ушло минут сорок! На одно отверстие! Один аккумулятор раскачать вообще не удалось, а другой так и работал, двадцать секунд крутит, около десяти минут заряжается. Вот тут то я и понял, что пришло время подарить новую жизнь моему любимому инструменту.
Понятно, что для начала необходимо было немного ознакомиться с теорией, чтобы понять, что вообще мне предстоит сделать. Конечно, тема эта совсем не новая и переводом шуруповёртов на литий занимаются все, кому не лень. Но каждый делает это по своему в зависимости от своей образованности, количества лени и понятия о красоте. Мне же нужно было, чтоб с технической стороны всё было сделано абсолютно правильно, чтоб снаружи выглядело не страшно и чтоб аккумуляторами можно было удобно пользоваться. Перечитав и пересмотрев огромное количество материала, я взял за основу проект от AlexGyver.

Определившись с необходимыми элементами, я полез на Ali тратить деньги. Литиевые аккумуляторы заказал с уже наваренными никелевыми пластинами, чтоб не мучить пайкой ни себя, ни их. Оказалось, что доставляются аккумуляторы действительно долго и, пока я ждал одних из Китая, купил в местном магазине ещё и другие, но уже без пластинок, ведь у меня два корпуса для переделки. Спустя полтора месяца после заказа, я наконец-то свои посылки получил и уже можно было приступать к работе. Для начала разбираю один старый корпус и знакомлюсь с его содержимым.

Тут надо аккуратно отломать верхнюю контактную площадочку, она будет необходима позднее. Ещё понадобятся никелевые перемычки для припаивания к аккумуляторам второго блока, поэтому этот хлам отодвигаю пока в сторону. Далее примеряю новые компоненты, чтоб понять фронт предстоящих работ.

Сегодня Ni─Cd аккумуляторы используются в большинстве портативных инструментов и различных электронных устройствах (фотоаппараты, плееры и т. п.). Правда, в последнее время наблюдается тенденция замещения их литий─ионными аккумуляторами. Для того чтобы аккумулятор вашей аппаратуры служил долго, никель─кадмиевые батареи нужно правильно эксплуатировать, вовремя и своевременно заряжать и время от времени проводить циклы разряда-заряда. Тогда Ni─Cd аккумулятор будет служить вам долго. Сегодня мы поговорим о том, как заряжать никель─кадмиевые аккумуляторы по всем правилам.

Особенности Ni-Cd эксплуатации аккумуляторов

Для того чтобы никель-кадмиевые аккумуляторы работали продолжительное время, нужно их полностью разряжать.

Ni─Cd аккумуляторные батареи имеют ярко выраженный эффект памяти. Если разрядка в процессе эксплуатации будет неполной, то эффективная площадь электродов аккумулятора будет постоянно снижаться.

Поэтому, перед тем как зарядить никель кадмиевый аккумулятор нужно полностью разрядить элементы батареи до напряжения 0,9─1 вольт. Это позволить как можно дольше сохранить параметры батареи и увеличить срок службы Ni─Cd аккумуляторных батарей. Стоит отметить, что слишком сильный разряд, ниже порогового значения также не рекомендуется.

Процесс «тренировки» или циклирования также нужно выполнять после длительного (более 6 месяцев) хранения Ni─Cd аккумуляторов. Но сильно усердствовать также не стоит, поскольку излишнее циклирование снижает ресурс аккумулятора. Стоит отметить ещё один момент. Если вы не собираетесь использовать никель─кадмиевые батарейки, то не нужно их заряжать. Этот тип батарей может вполне нормально храниться в разряженном состоянии. В заряженном состоянии никель─кадмиевый аккумулятор постепенно теряет первоначальные характеристики.

Теперь несколько слов о том, какие есть зарядные устройства для Ni─Cd аккумуляторов.
Вернуться к содержанию

Разновидности зарядных устройств для никель─кадмиевых аккумуляторов

Сегодня на рынке можно выделить две основные группы устройств, предназначенных для заряда никель кадмиевых аккумуляторов:

Автоматические ЗУ;
Реверсивные импульсные ЗУ.

Автоматические зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторных батарей. Это простые и доступные по цене устройства. Они менее сложные и выпускаются в конструкции, которая позволяет заряжать по два или 4 батарейки одновременно. Чтобы запустить заряд никель кадмиевых аккумуляторов, вставьте в батарейки в зарядное устройство. Переключателем ЗУ нужно установить количество заряжаемых батареек и подключить устройство к сети.

Как правило, автоматическое зарядное устройство для никель─кадмиевых аккумуляторов имеет следующую цветовую индикацию. Красный цвет индикатора показывает, что идёт процесс заряда батареек. Чтобы сделать разряд аккумуляторов, на устройстве имеется переключатель «разряд». В процессе разряда индикатор будет иметь жёлтый цвет. После того, как пройдёт разряд, зарядное устройство для Ni─Cd аккумуляторов само запустит зарядку. Зелёный цвет индикатора говорит о том, что цикл разряд-заряд закончен.

Пример зарядного устройства для Ni-Cd аккумуляторов

Дополнительно можете прочитать отдельную статью о про восстановление Ni─Cd аккумулятора для шуруповерта.

Реверсивное импульсное ЗУ. Эти устройства более сложные и стоят дороже, чем модели первого типа. Обычно производители позиционируют их как профессиональные. Такое зарядное устройство для Ni─Cd аккумуляторов циклически проводит разряд-заряд с разным временным интервалом.

Устанавливается аккумулятор, выставляется режим и запускается работа. Индикатор даст сигнал об окончании зарядки. С помощью таких ЗУ можно не только выполнять заряд никель─кадмиевых аккумуляторов, но и поддерживать их в рабочем состоянии. В качестве примера можно привести широко распространённое универсальное зарядное устройство iMAX B6.

Никель─кадмиевые АКБ менее требовательны к характеристикам зарядного устройства, чем Ni-MH аккумуляторы. Но экономить на нём нельзя, поскольку дешевые устройства сокращают срок эксплуатации батарей. Теперь, давайте, разберёмся, как зарядить никель кадмиевый аккумулятор.

Процесс разряда и заряда Ni─Cd аккумуляторов

Процесс разряда никель─кадмиевых батарей

Для этого типа батарей (как впрочем, и для других) разрядные характеристики зависят от особенностей аккумуляторов, которые определяют его внутреннее сопротивление. Среди таких особенностей можно отметить структуру и толщину электродов. На разрядные характеристики влияют:

толщина сепаратора и его структура;
плотность сборки;
объём электролита;
некоторые характеристики конструкции.

При работе в условиях продолжительного разряда используются дисковые батарейки с прессованными электродами большой толщины. Для них разрядная кривая показывает постоянное медленное снижение напряжения до величины 1,1 вольта. Разрядная ёмкость в случае дальнейшего разряда до 1 вольта равна от 5 до 10 процентов от номинального значения. Особенностью этого типа батарей является существенно падение разрядной ёмкости и напряжения при увеличении тока до 0,2*С. Объяснение этому достаточно простое ─ невозможность разряда активной массы равномерно по всей электрода.

Дисковые Ni-Cd аккумуляторы

Если уменьшить толщину электродов и увеличить их количество до четырёх, то ток разряда для дискового аккумулятора может быть увеличен до величины 0,6*С.

Аккумуляторные батареи с электродами из металлокерамики имеют малое внутреннее сопротивление и высокие энергетические характеристики. На их разрядных характеристиках заметно меньшее падение напряжения. У этого типа аккумуляторов величина напряжения держится выше 1,2 вольта до отдачи 0,9 от номинальной ёмкости. При дальнейшем разряде и падении напряжения с 1,1 до 1 вольта отдаётся около 3 процентов номинальной ёмкости. Допускается разряжать этот тип аккумуляторов разрядными токами величиной до 3─5*С.

Ni─Cd аккумуляторы цилиндрической формы можно разряжать более высокими токами. В них используются рулонные электроды, что позволяет разряжать их максимальным током 7─10*С.

Цилиндрические Ni─Cd аккумуляторы

На изображениях ниже можно видеть влияние тока разряда и температуры на значение разрядной ёмкости.

Разрядная характеристика никель─кадмиевого аккумулятора в зависимости от тока разряда

Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора в зависимости от температуры ОС

Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора в зависимости от тока разряда при различных температурах

Увеличение сопротивления объясняется ограниченным объёмом электролита в герметичной батарейке. Состав и концентрация электролита сильно отражаются на характеристиках. От них напрямую зависит температура образования твёрдой фазы. Это могут кристаллогидраты, лёд, соли и т. п. При замёрзшем электролите разряд вообще отсутствует. Работоспособность Ni─Cd в большинстве случае ограничена температурой минус 20 градусов Цельсия. В некоторых случаях при корректировке состава электролита и его концентрации производители выпускают модели Ni─Cd батарей работоспособных при минус 40.

Если у вас электроинструмент или электронный гаджет работает на металлогидридных батарейках, вам будет интересно прочитать о том, как восстановить Ni─MH аккумуляторы.
Вернуться к содержанию

Процесс заряда никель─кадмиевых батарей

В процессе зарядки никель─кадмиевых аккумуляторов важным моментом является ограничение излишнего заряда. Это важный момент, поскольку при заряде никель─кадмиевых аккумуляторов внутри них растёт давление. В процессе зарядки выделяется кислород и постепенно снижается коэффициент использования тока. На графике ниже можно видеть зависимость разрядной ёмкости от скорости заряда. Данные приводятся для цилиндрических батарей.

Эффективность заряда никель-кадмиевого аккумулятора при различной скорости зарядки

Чтобы аккумулятор полностью зарядился, ему требуется сообщить до 160 процентов от номинальной ёмкости. Зарядка никель кадмиевых аккумуляторов должна вестись в интервале температур 0─40 С. Рекомендуемый интервал 10─30 С. При понижении температуры на отрицательном электроде снижается поглощение кислорода и растёт давление. В результате при сильном перезаряде из-за увеличения давления может открыться аварийный клапан. При увеличении температуры потенциал растёт и на положительном электроде очень рано выделяется кислород, что сокращает процесс зарядки в штатном режиме.

Если температура поддерживается стабильной, то на процесс заряда сильно влияет ток. Его увеличение вызывает рост скорости выделения кислорода. А скорость его поглощения при этом не меняется, поскольку зависит от особенностей конструкции аккумуляторной батареи. Влияние на газопоглощение оказывает компоновка, структура, толщина электродов, материал сепаратора, объем электролита.

Стандартный режим зарядки считается следующий. Никель─кадмиевый аккумулятор с напряжением 1 вольт заряжается примерно 14─16 часов током 0,1С. Детали процесса зарядки оговариваются производителями аккумуляторов. Они могут отличаться из-за особенностей конструкции или увеличенной закладки активной массы (это делается для наращивания ёмкости). Для Ni-Cd аккумуляторов может использоваться зарядка постоянным током в течение всего времени. А может использоваться схема ступенчатого или плавного снижения тока зарядки во время процесса. Это позволяет проводить длительную зарядку без риска повредить аккумулятор. При таких режимах ток зарядки на первой стадии может значительно превышать значение 0,1*С.

Часто есть необходимость в увеличении скорости зарядки. Производители решают эту проблему выпуском батарей, которые способны эффективно заряжаться большими токами. При этом используются различные системы контроля, охраняющие никель─кадмиевый аккумулятор от сильного перезаряда. Эти системы контроля могут содержать, как сами аккумуляторы, так и зарядное устройство для никель─кадмиевых аккумуляторов.

Для цилиндрических Ni-Cd аккумуляторов рекомендуется выполнять зарядку постоянным током величиной 0,2 С в течение 6─7 часов. Также используется режим током 0,3 С в течение 3─4 часов. В последнем случае контроль по времени заряда обязателен. Если ведётся ускоренный заряд, то перезаряд должен составлять до 120─140 процентов от ёмкости и не более. В этом случае Ni─Cd аккумулятор набирает разрядную ёмкость не меньше номинальной. Для работы в ускоренных режимах производители даже предлагают аккумуляторы, которые могут заряжаться за один час. В таком режиме используются различные средства контроля за температурой и напряжением, чтобы никель─кадмиевые батарейки не деградировали в результате резкого роста давления.

После того, как заряд прекращается давление внутри аккумуляторной батареи ещё продолжает расти, поскольку окисление гидроксильных ионов на оксидно─никелевых электродах продолжается. Постепенно скорость выделения кислорода на положительном электроде сравнивается с поглощением на отрицательном (кадмиевом) электроде. Поэтому давление в батарее постепенно понижается. Если был существенный перезаряд, то давление будет снижаться медленнее. Рекомендуем также прочитать о том, как заряжать Ni─MH аккумуляторы.

Режим заряда Ni─Cd аккумулятора

Давайте, суммируем, что нужно знать о режиме зарядки Ni─Cd аккумуляторов. Речь, естественно, о тех случаях, когда у вас есть возможность выставить параметры. Как вы уже поняли, при заряде никель─кадмиевого аккумулятора его напряжение растёт до определённого значения, а затем стабилизируется. Когда батарея полностью заряжается, то напряжение понижается. По этому падению зарядные устройства чаще всего отслеживают окончание заряда. Это падение напряжения ещё называется Delta Peak. Чем точнее отслеживается эта дельта, тем батарейка заряжается более качественно и не будет перезаряда.

Итак, рекомендуется следующий режим. Ток заряда до 2С (номинальная ёмкость батарейки). Если доступен, то выбирается вид импульса (Re-Flex, Flex, Normal). Delta Peak должна составлять 7─10 мВ на один элемент батареи. Ток подкачки (ещё называемый trickle) составляет 50─100 мА-ч.

Следует помнить, что нельзя допускать перегрев аккумулятора выше 50 градусов Цельсия. Для того, чтобы продлить срок службы Ni─Cd аккумулятора, то выставляйте Delta Peak по минимуму. Недозарядка составит примерно 50 мА-ч. Стоит отметить и ещё ряд деталей процесса зарядки. Советуем также прочитать материал о восстановлении и ремонте Ni─Cd аккумуляторов.

Для полноценного использования мощности аккумулятора его следует заряжать большим током зарядки. Если важно использовать его мощность по максимуму, то нужно заряжать в нормальном режиме малым током. Величина тока около 0,1С. При этом время заряда составит 14─16 часов. С помощью ступенчатой подачи тока можно зарядить Ni─Cd аккумуляторную батарею в ускоренном режиме. Для этого 10 процентов ёмкости батареи набирается током 1С, затем до 80 процентов током 1,5С, а остаток добивается током 0,5С.