Переносной аккумуляторный электроинструмент используется как в быту, так и на производстве. Основное его достоинство – мобильность при достаточной мощности и производительности. Слабым местом такого инструмента являются аккумуляторные батареи. В большинстве случаев они выходят из строя задолго до выработки ресурса механической части. В итоге вполне исправный аппарат зачастую не может эксплуатироваться дальше – приобретать АКБ заново недешево, а в некоторых случаях невозможно. Приходиться изобретать разные способы питания электроинструмента от сети 220 вольт и т.д. Но рабочий ресурс батарей можно продлить, правильно эксплуатируя АКБ.
Типы аккумуляторов и их особенности
Аккумуляторный электроинструмент комплектуется батареями, выполненными на различной основе. Эти АКБ в эксплуатации и при зарядке ведут себя по-разному, и к ним нужен дифференцированный подход, основанный на знании свойств электрохимических источников питания.
Никель-кадмиевый
Классика жанра для переносного электроинструмента. Многие батареи для шуруповертов напряжением от 12 в до 14 в построены на таких элементах. Недорогие, достаточно емкие аккумуляторы получили широкое распространение, долгое время были единственным бытовым типом источников питания с возможностью возобновления энергии. К их плюсам относят:
- способность работать при низких (до минус 40 град.С) температурах;
- отсутствие склонности к самовозгоранию;
- высокую надежность.
К недостаткам, прежде всего, относят проблемы с утилизацией (кадмий токсичен), а также относительный проигрыш по электрическим параметрам батареям, созданным по более поздним технологиям. Однако есть области, где альтернативы Ni Cd элементам нет, и они еще долго не сойдут со сцены.
Металлогидридный
Аккумуляторы структуры NiMH разработаны на смену никель-кадмиевым электрохимическим источникам тока. Батареи предыдущего поколения обладают хорошими характеристиками, но содержат кадмий – токсичный элемент, создающий проблемы с утилизацией АКБ. Более новые источники имеют несколько большую удельную емкость, но выдерживают меньшее количество циклов заряда-разряда. Также для них характерна большая токоотдача (до 1,5 крат по сравнению с Ni Cd) и меньший ток саморазряда. Никель-металлогидридные элементы можно хранить на холоде (но не при температурах ниже нуля!) до месяца без необходимости последующей подзарядки. Хранение элементов стало безопасным – авиакомпании принимают Ni-MH батареи к перевозке.
По сравнению с никель-кадмиевыми моделями NiMH батареи имеют полное превосходство почти по всем электрическим параметрам, но при низких температурах они работают плохо. В этой категории устаревшая концепция NiCd конкуренции не имеет.
Литий-ионный
Самый популярный тип аккумуляторов. Считается лучшим и передовым по совокупности свойств. К плюсам таких батарей относят:
- высокую удельную емкость;
- низкий ток саморазряда;
- высокую токоотдачу;
- повышенное напряжение единичного элемента имеет преимущество при построении относительно «высоковольтных» батарей (18 в или 20 в) – так как элементов надо меньше, то при том же геометрическом объеме общая емкость будет выше;
- микроскопический эффект памяти (долгое время считалось, что он отсутствует полностью);
- относительно долгий срок службы.
На практике не все так радужно, и у литий-ионных батарей есть существенные недостатки:
- литий-ионные элементы выходят из строя при перезаряде, требуется тщательный контроль под управлением микропроцессоров;
- выходят из строя при глубокой разрядке;
- теряют свойства при хранении (даже без заряда-разряда);
- плохо работают при низких температурах.
Для контроля глубины разряда под нагрузкой и предотвращения перезаряда литий-ионные батареи часто оснащаются встроенным контроллером. Он помогает правильно зарядить Li-ion аккумулятор шуруповерта В этом случае батарея работает в более благоприятных режимах и срок ее службы увеличивается. Но не все производители устанавливают в свою продукцию такие платы, несмотря на декларации об их наличии.
Также недостатком аккумуляторов Li-ion считается их склонность к самовозгоранию и к взрыву. Проблема усугубляется тем, что в результате химических реакций для поддержания горения им не нужен приток кислорода извне. А с водой содержимое АКБ реагирует, выделяя еще больше взрывоопасных газов. Поэтому тушить такие элементы очень трудно. В результате после нескольких инцидентов и даже катастроф при перевозке Li-Ion элементов авиакомпании стали вводить ограничения и запреты на транспортировку таких источников тока. О методах восстановления таких батарей можно почитать здесь.
Для удобства сравнения основные свойства аккумуляторов разных типов сведены в таблицу.
| Тип батареи | ЭДС одного элемента, В | Количество циклов заряд/разряд | Эффект памяти |
|---|---|---|---|
| Li-ion | 2,5..4,2 | до 600 | Незначителен для практических целей |
| Ni-Cd | 1,37 | до 1000 | Ярко выражен |
| Ni-MH | 1,25 (без нагрузки 1,4 В) | 200-300 | Отсутствует при неглубоком разряде |
Виды зарядных устройств
В комплекте к шуруповерту прилагается одна или две АКБ с зарядным устройством. Сейчас у производителей электроинструмента в ходу тренд на продажу изделий без аккумуляторов. Этот маркетинговый прием заставляет покупателей приобретать модели производителей, уже имеющихся в их арсенале. В любом случае, если аккумулятор приобретается, даже отдельно, к нему можно взять и ЗУ. Дело еще в механической конструкции – зарядное одного производителя, скорее всего, не подойдет к зарядке другого.
Практически всегда устройство для пополнения энергией оптимизировано для конкретного типа аккумуляторов, заряжает его в наиболее благоприятном токовом режиме, прекращает зарядку автоматически по окончании процесса. Поэтому приобретая зарядное и батареи одного производителя, можно не задумываться о совместимости, если ЗУ предназначено для АКБ того же производителя и типа.
В большинстве случаев ЗУ продаются в импульсном исполнении. Но для никель-кадмиевых аккумуляторов существуют зарядные устройства, считающиеся профессиональными (стоимость соответствующая). Они называются импульсно-реверсными. На каждый положительный импульс они выдают выброс отрицательной полярности небольшой амплитуды. Так устраняется эффект памяти, свойственный Ni Cd аккумуляторам и сохраняется их емкость.
Как правильно заряжать аккумулятор
Правильный подход к заряжанию аккумуляторов позволяет значительно продлить срок службы АКБ. У каждого типа батарей есть свои требования.
В первый раз после покупки
Аккумуляторы, идущие в комплекте с шуруповертом, продают в частично заряженном состоянии. Возможно, их и зарядили полностью, но на какую величину снизился запас энергии во время хранения за счет эффекта саморазряда, неизвестно. Литий-ионный аккумулятор заряжать можно сразу, чтобы батарея была в полной готовности к работе. Никель-кадмиевую батарею надо сначала разрядить до начала падения оборотов вала шуруповерта, и потом зарядить полностью. Это поможет избежать потери емкости. Таким же образом желательно поступить и с NiMH АКБ, хотя у нее эффект памяти выражен не столь отчетливо.
На каком этапе разряда подключить зарядку
В большинстве случаев шуруповерт сам подскажет, когда надо возобновить энергию батарей. При разряженной АКБ падают обороты вала и уменьшается вращающий момент, работать становится невозможно и потребуется заменить аккумулятор на заряженный. До глубокого разряда дело в такой ситуации не дойдет.
Разряженный в процессе работы аккумулятор надо обязательно в ближайшее время зарядить, потому что при длительном хранении (даже без включения электродвигателя) будет происходить разряд элементов АКБ через собственное внутреннее сопротивление. Это может привести к глубокой разрядке батареи и к выходу ее из строя.
Многие шуруповерты имеют индикатор уровня заряда батареи. Можно ориентироваться на него. Но такие системы довольно грубы и нелинейны, поэтому их можно использовать для очень приблизительной оценки состояния остаточной энергии. Если батарея литий-ионная, то заряжать ее можно в любое время с любого уровня.
Сколько по времени заряжать
Время заряжания аккумуляторов может быть различным. Оно зависит:
- от степени разряда элементов;
- от текущей фактической емкости АКБ;
- от зарядного тока – большим током батарея зарядится быстрее.
Фактическая емкость батареи никогда неизвестна (ее можно замерить контрольным разрядом, но реально это бессмысленно). В процессе эксплуатации она изменяется от заявленного производителем максимума (у новой АКБ) до практического нуля (в конце срока работы). Уровень остаточного заряда в процентах также точно определить невозможно (его можно лишь косвенно оценить по фактическому напряжению). По этим причинам контролировать заряд по времени не получится. Можно лишь говорить о том, что глубоко разряженный новый аккумулятор при одинаковом токе заряжается дольше слегка разряженного старого. Для окончания заряжания и отключения ЗУ используются другие критерии:
- повышение напряжения на элементе до установленного значения;
- снижение зарядного тока ниже установленного значения.
Существуют и другие способы определения окончания процесса зарядки.
Для NiMH элементов при заряжании большим током в конце процесса наблюдается эффект снижения напряжения на элементе. Это явление можно использовать в качестве сигнала выключения зарядного устройства. Также можно контролировать процесс по снижению скорости нарастания напряжения в конце заряжания, но этот метод требует точного измерения напряжения и применения микроконтроллеров для математических вычислений.
Зарядная характеристика никель-металлогидридного аккумулятора (на графике напряжения виден участок с замедлением роста напряжения и с уменьшением напряжения по окончании заряжания)
Рекомендуем к просмотру тематическое видео.
Правила хранения аккумулятора шуруповерта
Независимо от типа применяемых источников питания, хранить шуруповерт надо в сухом и прохладном месте (при положительной температуре). Высокая влажность вредна тем, что вызывает коррозию металлических корпусов элементов, которая в итоге становится причиной вытекания электролита и порче других элементов и контактов батареи. Также повышенное содержание воды в воздухе неблагоприятно действует на контакты электроинструмента и на обмотки электродвигателя.
Читайте также: Как сделать из аккумуляторного шуруповерта сетевой
Если говорить только об аккумуляторах, то никель-кадмиевые АКБ можно хранить полностью разряженными. Литий-ионные и никель-металлогидридные должны быть заряжены хотя бы частично. Примерно раз в месяц батареи желательно заряжать, чтобы за счет саморазряда аккумуляторы не ушли в глубокий разряд. Это больше относится к NiMH аккумуляторам, имеющий высокий ток саморазряда, и в меньшей – к литий-ионым. Ni Cd батарею, если у нее есть остаточный заряд, подзаряжать просто так нельзя – надо делать цикл разряд-заряд во избежание потери емкости. Надо установить АКБ на шуруповерт, на холостом ходу (или нагрузить, если есть возможность) разрядить до потери оборотов, и произвести полное заряжание. Если никель-кадмиевая батарея хранилась долго, то для восстановления емкости может потребоваться несколько полных циклов заряд-разряд.
Правильное обращение с аккумуляторными батареями шуруповерта может значительно продлить срок ее эксплуатации. Но не стоит безоговорочно доверять советам, размещенным в интернете – там достаточно сомнительных рекомендаций. Лучше самостоятельно разобраться в особенностях каждой конструкции и относиться к советам осознанно.
