Никель кадмиевые аккумуляторы для шуруповертов

Ni-Cd или Ni-Mh — что лучше для портативной техники? В этой заметке вы узнаете, какие отличия у этих двух типов аккумуляторов и насколько существенная разница между элементами с маркировкой «NiMh» и «NiCd» на корпусе.

Отличия Ni-Cd от Ni-Mh простыми словами

• Ni-Cd (NiCd) — это никель-кадмиевый аккумулятор, в основе которого никелевый катод Ni(OH)2 и анод из гидроксида кадмия Cd(OH)2. Дешёвый и выносливый (долго служит), но прихотливый в зарядке.
• Ni-Mh (NiMh) — это никель-металл-гидридный аккумулятор, в основе которого никелевый катод (оксид никеля NiO) и анод в виде водородного металлогидридного электрода (сплав La-Ni-Co). Более ёмкий и эффективный, но с меньшим ресурсом и дороже.

Ниже мы сделали подробное сравнение плюсов и минусов. В конце статьи вы найдёте особенности хранения NiCd и NiMh, основные характеристики элементов и параметры заряда, подробности взаимозаменяемости, например, в шуруповёртах или других автономных инструментах.

В чём разница между Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторами?

Основные отличия Ni-Cd от Ni-Mh элементов заключены по характеристикам ёмкости, эффекту памяти и экологичности. Как правило, батареи с маркировкой «NiMh» на корпусе дольше питают устройство (у них больше ёмкость), не страдают от «эффекта памяти» (почти отсутствует) и не наносят вреда окружающей среде.

Решение Ni-Cd заменить на Ni-Mh

В прошлом веке (примерно до середины 1990-х годов) в отрасли портативной электроники преобладали никель-кадмиевые (NiCd) батареи. В дальнейшем промышленники стали переходить на никель-металл-гидридные (NiMh) аккумуляторы из-за обостряющихся экологических норм.

Все сравнительные особенности (плюсы и минусы) указаны при условии примерно одинаковых габаритов и формы обоих типов аккумуляторов.

Если отходить от этого условия, то могут быть значительные отклонения по количеству циклов (вплоть до 2000 циклов у NiMh). В остальном интересны следующие у аккумуляторов Ni-Mh и Ni-Cd отличия.

Аккумуляторы типа Ni-Cd (NiCd)

Изобретены в 1899-м году (Waldemar Jungner) и получили широкое распространение в 1980-х годах после успешных экспериментов по наращиванию активного материала с увеличением ёмкости на 60%.

Никель-кадмиевые (NiCd) элементы питания остаются одними из самых прочных и устойчивых, что особенно актуально в таких ответственных отраслях, как авиастроение.

Аккумуляторы типа Ni-Mh (NiMh)

Впервые исследования в области гидрида никеля и металла проводились в 1967-м году в Женевском научно-исследовательском институте Баттеля и упирались в ограничение образования никель-водорода (NiH) из-за нестабильности гидрида металла. В 1980-х был открыт новый гидридный сплав, с которым разработку удалось завершить в 1987-м с улучшением ёмкости на 40% в сравнении со стандартными NiCd-аккумуляторами.

Замена гидридного материала уменьшает саморазряд и уменьшает коррозию сплава, но это сокращает и удельную энергию. Аккумуляторы для электрических силовых агрегатов используют это улучшение для достижения требуемого ресурса и длительного срока службы.

Что лучше — NiCd или NiMh?

Обычно нужно установить тот или иной аккумулятор, например, в электроинструмент. Работать предстоит на улице или в неотапливаемом помещении холодными зимними вечерами. В таком случае характеристики Ni-Cd подойдут лучше.

У NiCd лучшая эффективность на холоде и возможность заряжать при минусовых значениях температуры выручат при работе с тем же шуруповёртом в российских реалиях.

Во всех стандартных тепличных ситуациях Ni-Mh объективно выигрывает по своим техническим характеристикам у более древнего типа аккумуляторов Ni-Cd, у которых и «эффект памяти» и меньшая ёмкость. Однако в этом случае важно соблюдать правила зарядки по инструкции производителя, чтобы элемент питания прослужил как можно дольше.

Есть ли что-то лучше NiMh?

Если вас беспокоит высокая степень саморазряда Ni-Mh, то обратите внимание на усовершенствованный тип LSD Ni-Mh. Такие элементы питания стоят дороже, но оправдывают инвестиции в условиях, когда между зарядкой и непосредственно эксплуатацией проходит значительное время (например, пульты дистанционного управления).

LSD Ni-Mh — это никель-металл-гидридный аккумулятор с низким саморазрядом (Low Self-Discharge, LSD). В процессе хранения он теряет максимум 10-20% ёмкости в год и работает почти также эффективно при экстремальных температурах, как и NiCd. Срок службы увеличен до 1000-1500 циклов разряда/заряда с более высокими значениями тока под нагрузкой.

Усовершенствованные никель-металлогидридные аккумуляторые с низким саморазрядом впервые появились в 2005-м году благодаря усилиям компании Sanyo. Сегодня их производством занимается множество других брендов. Они замедляют электрический разряд за счёт более качественного разделения анода и катода с помощью полиолефинового сепаратора.

Если Ni-Cd заменить на Ni-Mh, то какой зарядник подойдёт?

Вы можете продолжить заряжать старым зарядником устройство после замены NiCd на NiMh и наоборот. Однако следует иметь ввиду, что если для Ni-Cd используется специальный адаптер (старого, даже древнего типа), то после замены аккумулятора на Ni-Mh не стоит им пользоваться.

Главное, что вам следует знать — сперва полностью разряжайте Ni-Cd и Ni-Mh, а лишь затем подключайте зарядное устройство.

Так вы избежите «эффекта памяти» и всегда будете получать полностью работоспособное оборудование после зарядки. Следуйте этому правилу даже с Ni-Mh, у которого хоть и намного в меньшей степени, но всё равно проявляется эта проблема.

 

Шуруповёрт Ni-Cd или Li-ion? Какой аккумулятор лучше?

В трёх условиях никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd, NiCd) превосходят литий-ионные (Li-ion/Li-polymer) при использовании шуруповёрта.

Для ремонтов, дачи, работы шуруповёрты с литий-ионной батареей удобнее. Не забывай заряжать и всего-то! Хватит на несколько лет (особенно если пользоваться редко).

Никель-кадмиевые доставляют заботы — требуют обслуживания, иначе через несколько месяцев перестают держать заряд. Быстро разряжаются или даже совсем отказываются работать.

Основные ситуации, когда Li-ion хуже NiCd

Подробнее остановимся на каждом примере.

Старые Ni-Cd лучше старых Li-ion

При покупке беспроводного электроинструмента в б/у-состоянии (старого на Авито или с рук) аккумулятор технологии Ni-Cd вероятнее всего окажется в лучшем состоянии.

• Старая батарея NiCd

Батарея Li-ion отлично работает пока новая и практически не снижает мощность при использовании в отличие от Ni-Cd. Но когда стареет, минусы становятся слишком существенными.

• Старая батарея Li-ion

Через 2-3 года* срок службы литий-ионных ячеек при активном применении подходит к концу. Они ещё работают (у некоторых и по 7-8 лет до отказа), но держат заряд только на 60-70% от номинальной ёмкости.

Скорее всего в б/у инструменте вы получите именно такой изношенный экземпляр. Когда как никель-кадмиевые сохраняют ёмкость выше 70% номинальной 7-10 лет* регулярных нагрузок.

Темп сокращения ёмкости зависит от

• эксплуатационных нагрузок
• температурного режима
• попыток заряжать на морозе
• хранение в полностью заряженном (у Ni-Cd и Li-ion) или разряженном (у Li-ion) состоянии и так далее.

В хранении Ni-Cd надёжнее Li-ion

Ni-Cd аккумулятор в режиме редкого использования (раз в несколько месяцев) прослужит на 3-5 лет дольше, чем Li-ion. Он способен практически останавливать окислительно-восстановительные реакции при хранении.

Никель-кадмиевый АКБ хорошо сохраняется с годами. Шуруповёрт с такой батареей тяжелее и больше в размерах, теряет мощность по мере снижения процента заряда. Зато через годы он сбережёт свои номинальные характеристики.

Литий-ионные ячейки компактны и удобны, но изнашиваются и стареют даже когда просто лежат. Они способны неприятно удивить износом (ухудшением характеристик), когда вы достанете их из гаража спустя год простого хранения. При повреждениях небезопасны из-за относительно хрупкой системы защиты (могут загореться).

Li-ion сложнее сохранить

Для следования мерам безопасности исключаются источники тепла. Например, прямые солнечные лучи, радиатор отопления и так далее.

Подробности о поведении материалов литий-ионной батареи при хранении в исследовании Университета штата Иллинойс (Чикаго, США).

Ni-Cd проще сберечь

Сохранить работоспособность никель-кадмиевой батареи легче.

Температуры, перепады, относительная влажность, сроки хранения, уровень заряда для технологии Ni-Cd практически неважны.

Главное после длительного неиспользования или частых подзарядок выполнить тренировочное циклирование из-за эффекта памяти в этом типе химии.

Li-ion экстрим переносят хуже Ni-Cd

Экстремальными условиями для аккумуляторной батареи шуруповёрта являются её использование или зарядка.

Литий-ионные аккумуляторы нежнее

Они выдерживают более жёсткие условия эксплуатации и значительно дольше служат (LFP от 10 лет и выше, LTO 10-20 лет). Однако их изготовление пока ещё непростое для бытовой электроники.

Никель-кадмиевые надёжнее

В комментариях к статье в «Дзен» нам пишут, что NiCd вообще не держит и не работает в морозы. Друзья, выполните восстановительные циклы заряд-разряд. Без них такая батарея быстро теряет свои характеристики и требует восстановления.

Вибрация и удары

Функции ударной дрели, перфоратора на беспроводном электроинструменте и даже просто вибрации от мотора постепенно убивают литий-ионную батарею.

Никель-кадмиевым подобная участь не грозит. Самое страшное, что с ними может случиться — физическое повреждение и потеря электролита. Народные умельцы заклеивают «бочонки», доливают электролитическую жидкость и продолжают пользоваться инструментом на Ni-Cd-аккумуляторах.

И что в итоге лучше для шуруповёрта?

Чтобы комфортно пользоваться, нужно постоянное обслуживание из-за эффекта памяти. Выходит, что эксплуатация мучительна в быту. А если обслуживание не выполнять, то такая батарея быстро «гибнет» (хоть и обратимо).

Li-ion удобны. Повседневное использование проще. Такие аккумуляторы отлично держат заряд, отдавая всю мощность от 100% до 0% остатка ёмкости.

С другой стороны, технологии характерна хрупкость в суровых задачах, элементы не поддаются восстановлению и при частом использовании, нагреве или некачественном изготовлении умирают за 2-3 года. Да, и 9 лет могут проработать, вот только если редко пользуются. И такие старые ячейки уже не держат заряд, так как от ёмкости осталось менее 60%.

В большинстве ситуаций лучше отказаться от Ni-Cd

Чтобы никель-кадмиевые сохраняли свои характеристики, их нужно циклировать по разряд-заряду. В ином случае они всегда будут работать хуже литий-ионных, и этот выбор окажется бесполезен.

Если Вы не готовы заниматься лишним обслуживанием, то литий-ионная технология — единственный простой и правильный выбор для Вашего шуруповёрта. Не забывайте только правильно заряжать такой шуруповёрт.

Практика обслуживания Ni-Cd занимает время. И дома, и в профессиональной работе (когда время — деньги) аккумулятор будет расходным материалом: отработал и на замену.

Понадеялся на восстановление и вот уже остановка, срыв работы в середине рабочего дня. Это никому не нужно — ни Вам лично, ни заказчику, ни работнику. Литий-ионные здесь вне конкуренции пока.

Иногда владельцы считают мёртвой никель-кадмиевую батарею в шуруповёрте, потому что быстро разряжается. Это обратимая потеря ёмкости — возвращается она через восстановление с одной-двумя зарядками по 72 часа (инструкция по ссылке).

Как восстановить никель-кадмиевый (NiCd) аккумулятор шуруповёрта без специальных навыков и знаний?

Понадобится

• мультиметр
• отвёртка
• зарядник.

Делается за 11 шагов и неделю времени (при худшем раскладе).

Старые шуруповёрты и аккумуляторный электроинструмент на никель-кадмиевых батареях (NiCd) после длительного хранения зачастую даже не включаются и не заряжаются.

Кажется батарея умерла. Менять на новую?

Не спешите. NiCd крайне живучие.

Новые дорого стоят и их всё меньше

Никель-кадмиевые аккумуляторы стремятся запрещать к продаже из-за токсичности и экологических норм. Технология устарела, но ещё применяется в военной, промышленной и транспортной отраслях.

Из-за давления властей вся отрасль Ni-Cd за 30 лет потускнела, цены поднялись, выбор сократился.

Что делать?

Но прежде попробуйте восстановить родные никель-кадмиевые аккумуляторы — обычно они сохраняют более 70% ёмкости.

Попытайтесь восстановить ёмкость родного аккумулятора шуруповерта

При должном обслуживании этой технологии до сих пор нет равноценных аналогов по живучести (LTO редкие, LFP пока ещё дорогие). NiCD выдерживают мороз и жару, восстанавливаются даже после повреждений и потери электролита, а служат порой и 20 лет.

Вопреки устоявшемуся мнению, что никель-кадмиевые батареи устарели и сейчас их не следует использовать, аналогов им по живучести ещё не изобрели.

• их не убивает мороз и жара
• восстанавливаются даже после повреждений и потери электролита
• служат порой и 20 лет.

Фактором живучести NiCd мы и попробуем воспользоваться.

Что понадобится?

Главное убедитесь, что у вас есть качественный и рабочий зарядник никель-кадмиевых батарей, ведь от него зависит успех. Навыки инженера не понадобятся (достаточно научиться включать мультиметр в режим вольтметра).

Подходящий под форм-фактор корпуса АКБ NiCd-зарядник можно поискать на Aliexpress. Только проверяйте отзывы. Для нас важно, чтобы адаптер исправно определял температуру по контроллеру при зарядке.

Теперь выполняем нехитрые действия.

Разберите корпус аккумулятора шуруповёрта

Выкрутите крепёжные винты из корпуса. Скорее всего один из них будет закрыт пломбой-заглушкой, если батарея оригинальная и ранее не разбиралась.

Проверьте утечку электролита в ячейках

При наличии подтёков электролита или следов на стенках и днище корпуса аккумулятора, лучше заменить повреждённые ячейки (мы не будем усложнять инструкцию восстановления этим сценарием).

Если утечки электролита нет, то аккумулятор можно отремонтировать минимальными усилиями самостоятельно — следуйте далее.

Замерьте напряжение мультиметром

Сосчитайте, сколько ячеек («банок») в батарее. Например, на 12В нужно 10 ячеек 1,2В (номинальное напряжение NiCd). Отсоединять ячейки друг от друга в рамках этой инструкции не нужно!

Включите мультиметр в режим вольтметра до 20В. И замерьте напряжение на общих выводах аккумулятора. Плюс (+) и минус (-) указываются рядом с контактами внутри углублений разъёма зарядки.

Соберите аккумулятор и зарядите

Проверив целостность ячеек и замерив напряжение, соберите аккумулятор. Подключите зарядное устройство к розетке, установите в него батарею и ждите.

Заряжайте 72 часа

Обычно столько времени нужно на восстановительный заряд, если зарядное устройство и терморезистор контроллера исправны. Вы можете прерывать такой заряд, чтобы не оставлять без присмотра. Сейчас нас не волнует эффект памяти — задача поднять напряжение.

В исследованиях электрохимических систем NiCd учёные обращают внимание, что заряжать такие аккумуляторы дольше 72 часов не рекомендуется.

Заряжайте даже если на заряднике ошибка

Некоторые зарядники показывают ошибку низкого напряжения. Но продолжают заряжать.

В большинстве случаев можно игнорировать это сообщение. За исключением тех зарядников, где в инструкции прямо указано, что при ошибке они размыкают цепь.

Чаще всего индикация просто бледно и часто помигивает. Значит всё идёт штатно.

Спустя 72 часа зарядки замерьте напряжение

Вероятнее всего, индикация зарядника так и не покажет полный заряд (температура остаётся низкой для срабатывания контроля заряда). Снимите батарею с адаптера питания и замерьте напряжение.

Разрядите аккумулятор в шуруповёрте

Наша задача — разрядить появившееся напряжение. Вероятно шуруповёрт даже не отреагирует на имеющийся заряд. То есть не включится. Хорошо, когда предусмотрен в шуруповёрте фонарик (им проще разрядить).

Так или иначе, нажмите курок на какое-то время, после чего замерьте напряжение вновь. Оно должно быть ниже, чем было.

Например, достаточно разрядить с 0,46В до 0,2В на ячейку.

Повторяйте пункты до рабочего напряжения

Выполняйте повтор пунктов 7 и 8 до тех пор, пока в седьмом пункте не появится напряжение более 0,9В на ячейку. Как только вы достигните рабочих напряжений, шуруповёрт начнёт реагировать вращением на нажатие курка.

Когда заработает мотор на вращение, разряжайте аккумулятор только до явного снижения мощности, но не полной остановки.

С этого момента не рекомендуется прерывать зарядку, заряжать нужно только после явного снижения мощности вращения.

В какой-то момент заработает индикация

При достижении рабочего напряжения, аккумулятор начнёт греться во время зарядки, заставляя работать терморезистор, на который реагирует зарядник. Тем самым заработает индикация полного заряда.

Теперь NiCd аккумулятор уже проще и быстрее заряжать (менее часа), так как вы видите, когда он заряжен.

Тренируйте аккумулятор заряд-разрядом до восстановления ёмкости

Продолжайте восстановление.

После полного заряда выжидайте минут 10-20 (так не будет чрезмерной нагрузки на химию), затем установите АКБ в инструмент и зажмите курок шуруповёрта.

Разряжайте батарею холостым ходом до явного снижения мощности вращения.

Восстановленной батареи шуруповёрта будет хватать на полную ёмкость

В какой-то момент вы заметите, что уже длительное время ждёте разряда батареи на холостом ходу шуруповёрта.

Поздравляем, вы достигли номинальных значений ёмкости. Процесс восстановления никель-кадмиевого аккумулятора шуруповёрта завершён.

Важно! Чтобы не потерять результат успешного восстановления, храните NiCd-аккумулятор шуруповёрта почти разряженным, то есть посаженным до явного снижения мощности вращения.