Устройство, эксплуатация и характеристики литий─ионных аккумуляторов

В современных мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах используются литий─ионные аккумуляторы. Постепенно они вытеснили щелочные аккумуляторы с рынка портативной электроники. Раньше во всех этих устройствах использовались никель─кадмиевые и никель─металлгидридные аккумуляторные батареи. Но их времена прошли, поскольку Li─Ion батареи имеют лучшие характеристики. Правда, они могут заменить щелочные не по всем параметрам. Например, для них недостижимы токи, которые могут отдавать никель─кадмиевые АКБ. Для питания смартфонов и планшетов это некритично. Однако в области портативного электроинструмента, который потребляет большой ток, щелочные аккумуляторы по-прежнему в ходу. Тем менее, работы по разработке аккумуляторов с высокими токами разряда без кадмия продолжаются. Сегодня мы поговорим о литий─ионных аккумуляторных батареях, их устройстве, эксплуатации и перспективах развития.

Как появились литий─ионные батареи?

Самые первые аккумуляторные элементы с анодом из лития были выпущены в семидесятых годах прошлого столетия. У них была высокая удельная энергоёмкость, что сразу сделало их востребованными. Специалисты давно стремились разработать источник на основе щелочного металла, который имеет высокую активность. Благодаря этому было достигнуто высокое напряжение этого типа батарей и удельная энергия. При этом сама разработка конструкции таких элементов была выполнена довольно быстро, а вот их практическое использование вызвало сложности. С ними удалось справиться только в 90-е годы прошлого века.

На протяжении этих 20 лет исследователи пришли к выводу, что основной проблемой является литиевый электрод. Этот металл очень активный и при эксплуатации протекал ряд процессов, приводивших в итоге к воспламенению. Это стали называть вентиляцией с образованием пламени. Из-за этого в начале 90-х годов производители были вынуждены отозвать батареи, выпущенные для мобильных телефонов. Это случилось после ряда несчастных случаев. В момент разговора ток, потребляемый от аккумулятора, выходил на максимум и началась вентиляция с выбросом пламени. В результате произошло много случаев получения пользователями ожогов лица. Поэтому учёным пришлось дорабатывать конструкцию литий─ионных аккумуляторов.

Литий─ионные батареи имеют меньшую удельную энергию, чем литиевые аккумуляторы. Но они безопасны при соблюдении норм заряда и разряда.

Реакции, происходящие в Li─Ion аккумуляторе

Рывком в направлении внедрения литий─ионных аккумуляторных батарей в бытовую электронику стала разработка АКБ, у которых минусовой электрод был выполнен из углеродного материала. Кристаллическая решётка углерода очень хорошо подошла в качестве матрицы для интеркаляции ионов лития. Чтобы увеличить напряжение аккумулятора, положительный электрод был выполнен из оксида кобальта. Потенциал литерованного оксида кобальта составляет примерно 4 вольта. Величина рабочего напряжения большинства литий─ионных аккумуляторов составляет 3 вольта и более. В процессе разряда на минусовом электроде происходит деинтеркаляция лития из углерода и его интеркаляция в оксид кобальта плюсового электрода. В процесс зарядки процессы происходят наоборот. Получается, что металлического лития в системе нет, а работают его ионы, которые перемещаются с одного электрода на другой, создавая электрический ток.

Реакции на отрицательном электроде

Все современные коммерческие модели литий─ионных аккумуляторов имеют минусовой электрод из углеродосодержащего материала. От природы этого материала, а также вещества электролита во многом зависит сложный процесс интеркаляции лития в углерод. Матрица углерод на аноде имеет слоистую структуру. Структура может быть упорядоченной (натуральный или синтетический графит) или частично упорядоченной (кокс, сажа и т. п.).

Реакции на положительном электроде

В первичных литиевых элементах (батарейках) для изготовления плюсового электрода часто используются самые разные материалы. В аккумуляторах этого сделать не получается и выбор материала ограничен. Поэтому плюсовой электрод Li─Ion аккумулятора выполняется из литированного оксида никеля или кобальта. Также могут применяться литий─марганцевые шпинели. Сегодня ведутся исследования материалов из смешанных фосфатов или оксидов для катода. Как удалось доказать специалистам, такие материалы улучшают электрические характеристики литий─ионных АКБ. Также разрабатываются способы нанесения оксидов на поверхность катода. Реакции, протекающие в литий─ионном аккумуляторе при заряде, можно описать следующими уравнениями: положительный электрод LiCoO 2 → Li 1-xCoO 2 + xLi + + xe — отрицательный электрод С + xLi + + xe — → CLi x В процессе разряда реакции идут в обратном направлении. На рисунке ниже схематично показаны процессы, протекающие в литий─ионном аккумуляторе при заряде и разряде.

Реакции, протекающие в Li-Ion аккумуляторе

Устройство литий─ионных аккумуляторов

По своему исполнению Li─Ion аккумуляторы выполняются в цилиндрическом и призматическом исполнении. Цилиндрическая конструкция представляет рулон электродов с сепараторным материалом для разделения электродов. Этот рулон помещён в корпус из алюминия или стали. С ним соединён минусовой электрод. Положительный контакт выводится в виде контактной площадки на торец аккумулятора.

Источник

Устройство литий ионного li ion аккумулятора

Сегодня именно литий-ионные аккумуляторы наиболее часто применяются в различных областях. Особенно широко они используются в мобильной электронике (КПК, мобильные телефоны, ноутбуки и многое другое), электромобилях и так далее. Это связано с их преимуществами в сравнении с ранее широко применявшимися никель-кадмиевыми (Ni-Cd) и никель-металлогидридными (Ni-MH) аккумуляторами. И если последние приблизились вплотную к своему теоретическому пределу, то технологии литий-ионные аккумуляторы находятся в начале пути.

Устройство

В литий-ионных аккумуляторах в качестве отрицательного электрода (катода) работает алюминий, а положительным электродом (анодом) выступает медь. Электроды могут быть выполнены в разной форме, однако, как правило, это фольга в форме продолговатого пакета или цилиндра.

• Анодный материал на медной фольге и катодный материал на алюминиевой фольге разделяются пористым сепаратором, который пропитан электролитом.
• Пакет электродов устанавливаются в герметичный корпус, а аноды и катоды подсоединяются к клеммам-токосъемникам
• Под крышкой аккумулятора могут быть специальные устройства. Одно устройство реагирует увеличением сопротивления на положительный температурный коэффициент. Второе устройство разрывает электрическую связь между положительной клеммой и катодом при повышении давления газов в аккумуляторе сверх допустимого предела. В некоторых случаях корпус оснащается предохранительным клапаном, который сбрасывает внутреннее давление при нарушениях условий эксплуатации или аварийных ситуациях.
• Для повышения безопасности эксплуатации в ряде аккумуляторов применяется и внешняя электронная защита. Она не допускает возможности чрезмерного разогрева, короткого замыкания и перезаряда аккумулятора.
• Конструктивно аккумуляторы производятся в призматическом и цилиндрическом вариантах. Свернутый в виде рулона пакет сепаратора и электродов в цилиндрических аккумуляторах помешен в алюминиевый или стальной корпус, с которым соединяется отрицательный электрод. Через изолятор на крышку выводится положительный полюс аккумулятора. Призматические аккумуляторы создаются складыванием прямоугольных пластин друг на друга.

Подобные литий-ионные аккумуляторы позволяют обеспечить более плотную упаковку, однако в них труднее поддерживать сжимающие усилия на электроды, чем в цилиндрических. В ряде призматических батарей используется рулонная сборка пакета электродов, скрученных в эллиптическую спираль.

Большая часть аккумуляторов производится в призматических вариантах, так как основное их назначение — обеспечение работы ноутбуков и мобильников. Конструкция Li-ion аккумуляторов отличается абсолютной герметичностью. Данное требование продиктовано недопустимостью вытекания жидкого электролита. Если пары воды или кислород попадут внутрь, то происходит реакция с электролитом и материалами электродов, что ведет к полному выводу аккумулятора из строя.

Принцип действия

• В литий-ионных аккумуляторах имеются два электрода в виде анода и катода, между ними находится электролит. На аноде при подключении батареи в замкнутую цепь образуется химическая реакция, которая приводит к образованию свободных электронов.
• Указанные электроны стремятся попасть на катод, где меньше их концентрация. Однако от прямого пути к катоду от анода удерживает их электролит, который находится между электродами. Остается единственный путь – через цепь, куда замыкается батарея. При этом электроны, двигаясь по указанной цепи, питают устройство энергией.
• Положительно заряженные ионы лития, которые были оставлены убежавшими электронами, в то же время через электролит направляются к катоду, дабы удовлетворить потребность в электронах на стороне катода.
• После перемещения всех электронов к катоду наступает «смерть» батарейки. Но литий-ионный аккумулятор является перезаряжаемым, то есть процесс можно обратить вспять.

При помощи зарядного устройства можно впустить энергию в цепь, тем самым будет запущена реакция протекания в обратном направлении. В результате будет получено скопление электронов на аноде. После перезаряда аккумулятора он по большей части будет оставаться таковым до момента приведения его в действие. Однако с течением времени батарея будет утрачивать часть своего заряда даже в режиме ожидания.

• Емкость батареи подразумевает количество ионов лития, которые могут внедриться в кратеры и крошечные поры анода или катода. Со временем, после многочисленных перезарядок катод и анод деградируют. В результате число ионов, которые они могут вместить, уменьшается. При этом аккумулятор более не может удерживать прежнее количество заряда. В конце концов, он полностью утрачивает свои функции.

Литий-ионные аккумуляторы выполнены так, что их зарядку нужно постоянно контролировать. С этой целью в корпус устанавливается специальная плата, она называется контроллер заряда. Чип на плате производит управление процессом зарядки аккумулятора.

Стандартная зарядка аккумулятора выглядит следующим образом:

• Контроллер в начале процесса заряда подает ток величиной 10% от номинального. В данный момент напряжение поднимается до 2,8 В.
• Затем ток заряда повышается до номинального. В данный период напряжение при постоянном токе растет до 4,2 В.
• В завершении процесса заряда ток падает при постоянном напряжении 4,2 В до момент 100% заряда батареи.

Стадийность может отличаться в виду применения разных контроллеров, что ведет к разной скорости зарядки и соответственно суммарной стоимости аккумулятора. Литий-ионные аккумуляторы могут быть без защиты, то есть контроллер находится в зарядном устройстве, либо со встроенной защитой, то есть контроллер располагается внутри батареи. Могут быть устройства, где плата защиты встроена непосредственно в аккумулятор.

Разновидности и применение

Существуют два форм-фактора литий-ионных аккумуляторов:

Цилиндрические литий-ионные аккумуляторы.

Таблеточные литий-ионные аккумуляторы.

Разные подвиды электрохимической литий-ионной системы называются по типу применяемого активного вещества. Объединяет все эти литий-ионные аккумуляторы то, что все они являются герметичными необслуживаемым аккумуляторам.

Можно привести 6 наиболее распространенных типов литий-ионных аккумуляторов:

1. Литий-кобальтовый аккумулятор . Он является популярным решением для цифровых камер, ноутбуков и мобильных телефонов в виду высокого показателя удельной энергоемкости. Аккумулятор состоит из катода из оксида кобальта и графитового анода. Недостатки литий-кобальтовых аккумуляторов: ограниченные возможности нагрузки, низкая термическая стабильность и относительно короткий срок службы.

Области применения; мобильная электроника.

1. Литий-марганцевый аккумулятор . Катод из кристаллической литий-марганцевой шпинели выделяется трехмерной каркасной структурой. Шпинель обеспечивает низкое сопротивление, однако отличается более умеренной удельной энергоемкостью, чем кобальт.

Области применения; электрические силовые агрегаты, медицинское оборудование, электроинструмент.

1. Литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор . В катоде батареи сочетаются кобальт, марганец и никель. Никель славится высокой удельной энергоемкостью, однако низкой стабильностью. Марганец обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, однако приводит к низкой удельной энергоемкости. Сочетание металлов позволяет компенсировать их минусы и задействовать сильные стороны.

Области применения; для частного и промышленного использования (источники бесперебойного питания, системы безопасности, солнечные электростанции, аварийное освещение, телекоммуникации, электромобили, электровелосипеды и так далее).

1. Литий-железо-фосфатный аккумулятор . Его основные преимущества: длительный срок службы, высокие показатели силы тока, стойкость к неправильному использованию, повышенная безопасность и хорошая термическая стабильность. Однако у такого аккумулятора небольшая емкость.

Области применения; стационарные и портативные специализированные устройства, где нужны выносливость и высокие токи нагрузки.

1. Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный аккумулятор . Его основные преимущества: высокие показатели плотности энергии и энергоемкости, долговечность. Однако показатели безопасности и высокая стоимость ограничивают его применение.

Области применения; электрические силовые агрегаты, промышленность и медицинское оборудование.

1. Литий-титанатный аккумулятор . Его основные преимущества: быстрая зарядка, длительный срок службы, широкий температурный диапазон, отличные показатели производительности и безопасности. Это наиболее безопасная литий-ионная аккумуляторная батарея.

Однако у нее высокая стоимость и низкая удельная энергоемкость. На данный момент ведутся разработки по удешевлению производства и увеличению удельной энергоемкости.

Источник



Литий-ионный аккумулятор Li-ion

Содержание

1. Принцип работы литий-ионного аккумулятора
2. Строение литий-ионного аккумулятора
3. Процесс заряда и разряда литий-ионного аккумулятора
4. Слой разделителя в литий-ионном аккумуляторе
5. Из чего делают литий-ионный аккумулятор
6. Литий-ионные аккумуляторы в автомобиле Tesla
7. Защитный SEI-слой
8. Заключение

В настоящее время литий-ионный аккумулятор используется абсолютно во всей домашней и портативной электронике.

Можно без преувеличения сказать: без портативных источников питания, мир современной техники был бы намного беднее. Все разнообразие карманных электронных гаджетов, приборов, смартфонов, гироскутеров, электромобилей наконец, стало возможным благодаря литий-ионным аккумуляторам.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Давайте рассмотрим литий-ионный аккумулятор. Как видите, он состоит из нескольких слоев с различным химическим составом.

В основе работы литий-ионного аккумулятора лежит, так называемый, электрохимический потенциал. Суть его в том, что металлы стремятся «отдавать» свои электроны. Как видно на рисунке ниже, наибольшая способность к отдаче электронов – у лития, а наименьшая – у фтора. Если такой атом отдает свой электрон, то он становится положительным ионом.

Первая в истории электрическая батарейка, созданная более 200 лет назад Алессандро Вольтой, работала как раз на принципе электрохимического потенциала. Вольта взял два металла с разными электрохимическими потенциалами (цинк и серебро) и получил электрический ток. В честь его открытия такую “батарейку” назвали Вольтовым столбом.

В 1991 г. Sony выпустила первый коммерчески успешный литий-ионный аккумулятор.

В литий-ионных элементах используется металл с наибольшей способностью отдавать электроны – литий. У лития всего один электрон на внешней орбите, и он постоянно стремится его «потерять».

Из-за этого литий считается чрезвычайно химически активным металлом. Он реагирует даже с водой и воздухом. Но активен только чистый литий, а вот его оксид, напротив, очень стабилен.

Это свойство лития как раз используется при создании литий-ионных аккумуляторов.

Допустим, мы каким-то образом отделили атом лития от оксида. Этот атом будет крайне нестабилен и сразу превратится в положительный ион, потеряв электрон.

Однако в составе оксида литий гораздо более стабилен, чем одинокий атом лития. Если мы сможем каким-то образом обеспечить движение по двум отдельным путям для электрона и для положительного иона лития, то ион самостоятельно достигнет оксида и встанет там на свое место. При этом мы получим электрический ток благодаря движению электрона.

Итак, можно получить электрический ток из оксида лития, если сначала отделить атомы лития от оксида и затем направить потерянные ими электроны по внешней цепи. Рассмотрим, как эти две задачи решаются в литий-ионных элементах.

Строение литий-ионного аккумулятора

Помимо оксида лития, элементы содержат также электролит и графит. В графите связь между слоями гораздо слабее, чем между атомами внутри слоев, поэтому графит имеет слоистую структуру.

Электролит, помещенный между оксидом лития и графитом, служит барьером, пропускающим сквозь себя только ионы лития. Электроны же не могут проникать сквозь электролит и отскакивают от него, как теннисный мячик об стенку. В качестве электролита используется органическая соль лития, которая наносится на слой разделителя (о разделителе ниже в статье).

Процесс заряда и разряда литий-ионного аккумулятора

Итак, у нас есть разряженный аккумулятор

Давайте же его зарядим. Для этого нам нужен какой-либо источник питания. Что произойдет в этот момент на самом литий-ионном аккумуляторе? Положительный полюс начнет притягивать электроны, «вытаскивая» их из оксида лития.

Поскольку электроны не могут проникать через электролит, то они движутся по внешней цепи через источник питания.

и в конце концов достигают графита

где очень удобно располагаются в слоях графита.

В этот же самый момент положительные ионы лития притягиваются отрицательным полюсом, проходя сквозь электролит и также попадают в графит, размещаясь между его слоями.

Когда все ионы лития достигнут графита и будут «захвачены» его слоями, батарея будет полностью заряжена.

Такое состояние батареи неустойчивое. Это можно представить как шар, который находится на самой верхушке холма и в любой момент может скатиться.

Вот мы и достигли первой цели: электроны и ионы лития отделены от оксида. Теперь надо как-то сделать так, чтобы электроны и ионы двигались разными путями. Как только мы подключим какую-либо нагрузку к нашему заряженному литий-ионному аккумулятору, то начнется обратный процесс. В этом случае ионы лития через электролит пожелают вернуться в свое изначальное состояние.

Поэтому они начнут двигаться обратно сквозь электролит, а электроны побегут через внешнюю цепь, то есть через нагрузку.

Так как электрический ток – это не что иное, как упорядоченное движение заряженных частиц, то в цепи лампочки накаливания возникнет электрический ток, который заставит эту самую лампочку светиться.

Как только все электроны “убегут” из графита, то батарея полностью разрядится. Чтобы ее снова зарядить, достаточно поставить аккумулятор “на зарядку”.

При этом графит сам по себе не участвует в химических реакциях – он лишь служит «складом» для ионов и электронов лития.

Слой разделителя в литий-ионном аккумуляторе

Если внутренняя температура элемента по какой-то причине начнет расти, жидкий электролит высохнет, и произойдет короткое замыкание между анодом и катодом. В результате элемент может загореться или даже взорваться.

Чтобы этого не произошло, между электродами помещается дополнительный изолирующий слой, называемый разделителем. Разделитель проницаем для ионов лития благодаря наличию микропор. Электроны он не пропускает.

Из чего делают литий-ионный аккумулятор

В реальных литий-ионных аккумуляторах графит и оксид лития наносятся в виде покрытия на медную и алюминиевую фольгу. Ниже на рисунке мы видим, что на тонком листе меди у нас располагается графит, а на тонком листе алюминия – оксид лития.

Минус аккумулятора снимается с медной фольги, а плюс – с алюминиевой.

ну а между ними располагается еще разделитель, пропитанный электролитом

Для того, чтобы уменьшить объем, все эти три слоя сворачивают в “рулончик”.

образуя при этом всем нам знакомую литий-ионную цилиндрическую батарейку

Литий-ионные аккумуляторы в автомобиле Tesla

Вообразите мир, в котором все машины оснащены электродвигателями, а не двигателями внутреннего сгорания. Электромоторы превосходят ДВС практически по всем техническим показателям, да к тому же намного дешевле и надежнее. У ДВС есть существенный недостаток: он выдает достаточный крутящий момент лишь в узком диапазоне скоростей. В общем, электродвигатель – однозначно лучший выбор для автомобиля. Об этом мы писали еще в статье про автомобиль Тесла.

Но есть одно «узкое место», из-за которого электрическая революция в автопроме постоянно откладывается – это источники питания. Долгое время громоздкие, тяжелые, недолговечные и ненадежные аккумуляторы электромобилей никак не могли составить конкуренцию полному баку бензина. Но все изменилось, когда на рынок вышел производитель электромобилей Тесла.

Именно литий-ионные аккумуляторы использует компания Тесла для своих электрокаров.

Стандартный элемент выдает напряжение 3,7 – 4,2 В. Множество таких элементов, соединенных последовательно и параллельно, образуют модуль.

Литий-ионные элементы при работе выделяют много тепла. При этом высокая температура снижает срок службы и эффективность самих элементов. Для контроля температуры, а также их уровня заряда, защиты от перезаряда и общего состояния элементов питания, служит специальная система управления батареями (Battery management system, сокращенно BMS). В батареях Tesla используется спиртовая система охлаждения. BMS регулирует скорость движения спирта в системе, поддерживая оптимальную температуру батарей.

Еще одна важнейшая функция BMS – защита от перезаряда. Допустим, есть три элемента с разной емкостью. Во время зарядки элемент с большей емкостью зарядится сильнее двух остальных. Чтобы этого не допустить, BMS использует так называемое выравнивание заряда элементов (cell balancing). При этом все элементы заряжаются и разряжаются равномерно и защищены от чрезмерного или недостаточного заряда.

И в этом преимущество Tesla над технологией аккумуляторов Nissan. У Nissan Leaf серьезная проблема с охлаждением аккумулятора из-за большого размера элементов и отсутствия системы активного охлаждения.

У конструкции с множеством маленьких цилиндрических элементов есть и еще одно преимущество: при большом расходе энергии нагрузка распределяется равномерно между всеми элементами. Если бы вместо множества маленьких элементов был один огромный элемент, из-за постоянных нагрузок он очень быстро бы пришел в негодность. Tesla сделала ставку на маленькие цилиндрические элементы, технология производства которых уже хорошо отработана. Более подробно про батарейный модуль Тесла читайте в этой статье.

Защитный SEI-слой

Во время первой зарядки внутри литий-ионного элемента происходит одно замечательное явление, спасающее элемент от скорой «смерти». Неожиданной проблемой оказались электроны, находящиеся в слое графита. При контакте с электролитом они начинают разрушать его. Но одно случайное открытие позволило не допустить контакт электронов с электролитом. При первой зарядке элемента, как мы уже говорили, ионы лития движутся сквозь электролит. В процессе этого движения молекулы растворенного в электролите вещества покрывают ионы. Достигнув графитового слоя, ионы лития вместе с молекулами раствора электролита реагируют с графитом, образуя так называемая промежуточную фаза твердого электролита (solid electrolyte interphase, или SEI-слой). Этот слой предотвращает контакт электронов с электролитом, предохраняя электролит от разрушения.

Вот так проблема случайным образом решилась сама собой. Хотя эффект SEI был открыт случайно, в последующие два десятилетия ученые целенаправленно улучшали процесс, подбирая наиболее эффективную толщину и химический состав.

Заключение

Сегодня уже удивительно, что еще два десятка лет назад в электронных гаджетах не применялись литий-ионные аккумуляторы. Индустрия литий-ионных аккумуляторов развивается с фантастической скоростью: ожидается, что в ближайшие несколько лет их рынок достигнет 90 млрд. долларов. Современные литий-ионные батареи способны выдержать примерно 3000 циклов зарядки-разрядки – это уже приличный показатель, но еще есть, куда расти. Лучшие умы во всем мире трудятся над тем, чтобы повысить их долговечность до 10 000 циклов. В этом случае аккумулятор электромобиля не придется заменять целых 25 лет. Миллионы долларов вкладываются в исследования, которые позволят заменить графит на кремний в качестве «хранилища» в литий-ионных элементах. Если это удастся сделать, их емкость возрастет более чем в пять раз! В настоящее время мир переходит уже на литий-полимерные аккумуляторы, которые показали себя чуточку лучше, чем литий-ионные.

Источник

Литий-ионные аккумуляторы. Устройство и виды. Работа и применение

Сегодня именно литий-ионные аккумуляторы наиболее часто применяются в различных областях. Особенно широко они используются в мобильной электронике (КПК, мобильные телефоны, ноутбуки и многое другое), электромобилях и так далее. Это связано с их преимуществами в сравнении с ранее широко применявшимися никель-кадмиевыми (Ni-Cd) и никель-металлогидридными (Ni-MH) аккумуляторами. И если последние приблизились вплотную к своему теоретическому пределу, то технологии литий-ионные аккумуляторы находятся в начале пути.

Устройство

В литий-ионных аккумуляторах в качестве отрицательного электрода (катода) работает алюминий, а положительным электродом (анодом) выступает медь. Электроды могут быть выполнены в разной форме, однако, как правило, это фольга в форме продолговатого пакета или цилиндра.

• Анодный материал на медной фольге и катодный материал на алюминиевой фольге разделяются пористым сепаратором, который пропитан электролитом.
• Пакет электродов устанавливаются в герметичный корпус, а аноды и катоды подсоединяются к клеммам-токосъемникам
• Под крышкой аккумулятора могут быть специальные устройства. Одно устройство реагирует увеличением сопротивления на положительный температурный коэффициент. Второе устройство разрывает электрическую связь между положительной клеммой и катодом при повышении давления газов в аккумуляторе сверх допустимого предела. В некоторых случаях корпус оснащается предохранительным клапаном, который сбрасывает внутреннее давление при нарушениях условий эксплуатации или аварийных ситуациях.
• Для повышения безопасности эксплуатации в ряде аккумуляторов применяется и внешняя электронная защита. Она не допускает возможности чрезмерного разогрева, короткого замыкания и перезаряда аккумулятора.
• Конструктивно аккумуляторы производятся в призматическом и цилиндрическом вариантах. Свернутый в виде рулона пакет сепаратора и электродов в цилиндрических аккумуляторах помешен в алюминиевый или стальной корпус, с которым соединяется отрицательный электрод. Через изолятор на крышку выводится положительный полюс аккумулятора. Призматические аккумуляторы создаются складыванием прямоугольных пластин друг на друга.

Подобные литий-ионные аккумуляторы позволяют обеспечить более плотную упаковку, однако в них труднее поддерживать сжимающие усилия на электроды, чем в цилиндрических. В ряде призматических батарей используется рулонная сборка пакета электродов, скрученных в эллиптическую спираль.

Большая часть аккумуляторов производится в призматических вариантах, так как основное их назначение — обеспечение работы ноутбуков и мобильников. Конструкция Li-ion аккумуляторов отличается абсолютной герметичностью. Данное требование продиктовано недопустимостью вытекания жидкого электролита. Если пары воды или кислород попадут внутрь, то происходит реакция с электролитом и материалами электродов, что ведет к полному выводу аккумулятора из строя.

Принцип действия

• В литий-ионных аккумуляторах имеются два электрода в виде анода и катода, между ними находится электролит. На аноде при подключении батареи в замкнутую цепь образуется химическая реакция, которая приводит к образованию свободных электронов.
• Указанные электроны стремятся попасть на катод, где меньше их концентрация. Однако от прямого пути к катоду от анода удерживает их электролит, который находится между электродами. Остается единственный путь – через цепь, куда замыкается батарея. При этом электроны, двигаясь по указанной цепи, питают устройство энергией.
• Положительно заряженные ионы лития, которые были оставлены убежавшими электронами, в то же время через электролит направляются к катоду, дабы удовлетворить потребность в электронах на стороне катода.
• После перемещения всех электронов к катоду наступает «смерть» батарейки. Но литий-ионный аккумулятор является перезаряжаемым, то есть процесс можно обратить вспять.

При помощи зарядного устройства можно впустить энергию в цепь, тем самым будет запущена реакция протекания в обратном направлении. В результате будет получено скопление электронов на аноде. После перезаряда аккумулятора он по большей части будет оставаться таковым до момента приведения его в действие. Однако с течением времени батарея будет утрачивать часть своего заряда даже в режиме ожидания.

• Емкость батареи подразумевает количество ионов лития, которые могут внедриться в кратеры и крошечные поры анода или катода. Со временем, после многочисленных перезарядок катод и анод деградируют. В результате число ионов, которые они могут вместить, уменьшается. При этом аккумулятор более не может удерживать прежнее количество заряда. В конце концов, он полностью утрачивает свои функции.

Литий-ионные аккумуляторы выполнены так, что их зарядку нужно постоянно контролировать. С этой целью в корпус устанавливается специальная плата, она называется контроллер заряда. Чип на плате производит управление процессом зарядки аккумулятора.

Стандартная зарядка аккумулятора выглядит следующим образом:

• Контроллер в начале процесса заряда подает ток величиной 10% от номинального. В данный момент напряжение поднимается до 2,8 В.
• Затем ток заряда повышается до номинального. В данный период напряжение при постоянном токе растет до 4,2 В.
• В завершении процесса заряда ток падает при постоянном напряжении 4,2 В до момент 100% заряда батареи.

Стадийность может отличаться в виду применения разных контроллеров, что ведет к разной скорости зарядки и соответственно суммарной стоимости аккумулятора. Литий-ионные аккумуляторы могут быть без защиты, то есть контроллер находится в зарядном устройстве, либо со встроенной защитой, то есть контроллер располагается внутри батареи. Могут быть устройства, где плата защиты встроена непосредственно в аккумулятор.

Разновидности и применение

Существуют два форм-фактора литий-ионных аккумуляторов:

Цилиндрические литий-ионные аккумуляторы.

Таблеточные литий-ионные аккумуляторы.

Разные подвиды электрохимической литий-ионной системы называются по типу применяемого активного вещества. Объединяет все эти литий-ионные аккумуляторы то, что все они являются герметичными необслуживаемым аккумуляторам.

Можно привести 6 наиболее распространенных типов литий-ионных аккумуляторов:

1. Литий-кобальтовый аккумулятор . Он является популярным решением для цифровых камер, ноутбуков и мобильных телефонов в виду высокого показателя удельной энергоемкости. Аккумулятор состоит из катода из оксида кобальта и графитового анода. Недостатки литий-кобальтовых аккумуляторов: ограниченные возможности нагрузки, низкая термическая стабильность и относительно короткий срок службы.

Области применения; мобильная электроника.

1. Литий-марганцевый аккумулятор . Катод из кристаллической литий-марганцевой шпинели выделяется трехмерной каркасной структурой. Шпинель обеспечивает низкое сопротивление, однако отличается более умеренной удельной энергоемкостью, чем кобальт.

Области применения; электрические силовые агрегаты, медицинское оборудование, электроинструмент.

1. Литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор . В катоде батареи сочетаются кобальт, марганец и никель. Никель славится высокой удельной энергоемкостью, однако низкой стабильностью. Марганец обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, однако приводит к низкой удельной энергоемкости. Сочетание металлов позволяет компенсировать их минусы и задействовать сильные стороны.

Области применения; для частного и промышленного использования (источники бесперебойного питания, системы безопасности, солнечные электростанции, аварийное освещение, телекоммуникации, электромобили, электровелосипеды и так далее).

1. Литий-железо-фосфатный аккумулятор . Его основные преимущества: длительный срок службы, высокие показатели силы тока, стойкость к неправильному использованию, повышенная безопасность и хорошая термическая стабильность. Однако у такого аккумулятора небольшая емкость.

Области применения; стационарные и портативные специализированные устройства, где нужны выносливость и высокие токи нагрузки.

1. Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный аккумулятор . Его основные преимущества: высокие показатели плотности энергии и энергоемкости, долговечность. Однако показатели безопасности и высокая стоимость ограничивают его применение.

Области применения; электрические силовые агрегаты, промышленность и медицинское оборудование.

1. Литий-титанатный аккумулятор . Его основные преимущества: быстрая зарядка, длительный срок службы, широкий температурный диапазон, отличные показатели производительности и безопасности. Это наиболее безопасная литий-ионная аккумуляторная батарея.

Однако у нее высокая стоимость и низкая удельная энергоемкость. На данный момент ведутся разработки по удешевлению производства и увеличению удельной энергоемкости.

Источник

Обзор аккумуляторов для электроинструментов

blogerMG 1 февраля 2016, 10:02 Аккумуляторные инструменты становятся всё более распространены, многие приобретают их в качестве альтернативного или даже основного прибора. Обычно они не обладают мощностью своих сетевых аналогов, но предоставляют мобильность, что зачастую оказывается важнее. Кроме того, что беспроводные устройства удобны, они незаменимы в отсутствии доступа к электросети или когда нет возможности использовать сеть по правилам техники безопасности, например, при высокой влажности. Существуют десятки разновидностей аккумуляторов, в данной статье мы рассмотрим самые распространённые из используемых для электроинструментов и их основные параметры.

Характеристики

• Ёмкость. Главный показатель, влияющий на продолжительность работы устройства без подзарядки. Ёмкость определяется количеством энергии, которую способен отдать полностью заряженный аккумулятор. Измеряется в ампер-часах (А·ч). Иногда указывают плотность энергии батареи, это отношение удельной энергии к весу (Вт·ч/кг). Большинство бытовых инструментов комплектуется малоёмкими аккумуляторами до 2,0 А·ч. Профессиональные модели, особенно тяжёлых инструментов вроде перфораторов пил, оснащают батареями от 3,0 А·ч и более.
• Напряжение. Определяет мощность и функциональность устройства. Измеряется в вольтах, для электроинструментов наиболее распространены батареи 9,6; 10,8; 12; 14,4; 18; 24 и 36 вольт.
• Вес и габариты. Весьма важные показатели, учитывая, что главное преимущество аккумуляторных инструментов это их мобильность. Зависят от типа и ёмкости.
• Диапазон рабочих температур. Аккумуляторы плохо переносят высокие и низкие температуры. Оптимальная среда 20°C, именно в таких условиях производители обычно измеряют рабочие характеристики.
• Срок службы. Определяется по количеству возможных циклов заряда-разряда до потери некоторого процента полезной ёмкости, эта величина устанавливается изготовителем. Продолжительность жизни батареи зависит от конструкции, режима эксплуатации, качества производства и используемых материалов. Кроме того, все аккумуляторы подвержены старению.
• Эффект памяти. Это восстановимая потеря ёмкости, которая проявляется у аккумуляторов при нарушении цикла зарядки и разрядки. Обычно наблюдается при подзаряде не до конца разряженной батареи. Она словно запоминает, что не была использована на полную мощность и в последующем сокращает свою ёмкость.
• Саморазряд. Этой характеристикой обладают все аккумуляторы, она определяет постепенную потерю заряда при отсутствии нагрузки. Нормальным показателем саморазряда считается потеря менее 1% ёмкости в сутки.
• Назначение. Каждому устройству требуется определённый тип аккумулятора, поэтому при выборе нужно убедиться, что он подходит. Кроме того, производители инструментов часто требуют использовать собственные батареи для соблюдения гарантийных условий.
• Скорость зарядки. Зависит от зарядного устройства, ёмкости и типа аккумулятора. Кроме того, на продолжительность зарядки может влиять качество элементов, температура, остаточная ёмкость и другие показатели. Литиевые батареи заряжаются в среднем за час, для никелевых может потребоваться 3-5 часов. В некоторых случаях больше, чтобы добиться максимальной эффективности, следуйте указаниям в инструкции к вашему электроинструменту.

Типы аккумуляторов для электроинструментов

Никель-кадмиевый аккумулятор (NiCd)

Никель-кадмиевую батарею изобрели ещё в 1899 году, но тогда она не стала распространена из-за дороговизны материалов и вредных газов, выделяемых во время работы. Новую жизнь этот тип аккумулятора получил в 1947 году, когда была создана герметичная конструкция, которая с тех пор практически не изменилась. NiCd батареи неприхотливы к хранению, транспортировке, неправильной эксплуатации, быстро и просто заряжаются, хорошо выдерживают нагрузки. Рабочая температура от −50 до +40°C, перезаряжать их можно при температуре до -10°C. Эти аккумуляторы наиболее подвержены эффекту памяти, поэтому им необходима полная разрядка для поддержания высокой функциональности. В среднем выдерживают 1000 циклов перезарядки, предел ёмкости 2,4 А·ч. Заявленный производителем уровень саморазряда не превышает 10% в месяц. NiCd имеют большие габариты, чем батареи других типов. Для инструментов выпускаются весом от 0,5 до 1 кг. В настоящее время из-за содержания токсичного кадмия их производство запрещено в странах Евросоюза, но благодаря невысокой цене и термоустойчивости они остаются на рынке.

Никель-металл-гидридный аккумулятор (Ni-MH)

Никель-металл-гидридные аккумуляторы начали разрабатывать в 1970-х, как замену никель-кадмиевым. Сейчас при таких же габаритах и весе они имеют большую ёмкость, экологичны и практически не обладают эффектом памяти. Но уровень саморазряда до двух раз выше, а срок службы составляет всего 200-500 циклов. Хотя у новых Ni-MH батарей с приставкой LSD (low self-discharge) эти показатели значительно улучшены, служат такие в два-три раза дольше. Цена Ni-MH несколько выше, чем у NiCd. Рабочая температура от −40 до +55 °C. Ёмкость до 3.0 А·ч, но исследователи заверяют, что у технологии есть потенциал для достижения более высокой плотности энергии.

Источник

Элементы аккумулятора для электроинструмента

Содержание

1. Что нужно знать, прежде чем начать ремонт аккумулятора шуруповерта
2. Конструктивные элементы шуруповерта
3. Проверка аккумулятора шуруповерта
4. Проверка аккумулятора на работоспособность
5. Проверка емкости аккумулятора мультиметром
6. Общие рекомендации перед проверкой аккумулятора
7. Никель-кадмиевый
8. Литий-ионный
9. Распространенные неисправности
10. Как определить, возможен ли ремонт
11. Перечень необходимых инструментов
12. Как определить неисправность аккумулятора шуруповерта
13. Ремонт аккумуляторных батарей шуруповертов
14. Разборка корпуса
15. Определение дефектных банок
16. Восстановление элементов
17. Сборка аккумулятора
18. Замена дефектных элементов

Шуруповерт — довольно популярный инструмент, который в разы упрощает процесс вкручивания и выкручивания шурупов. Большинство таких инструментов работают на аккумуляторных батареях, которые периодически выходят из строя. Многих людей, которые столкнулись с такой поломкой, интересует, как отремонтировать аккумулятор для шуруповерта и что для этого нужно сделать.

Что нужно знать, прежде чем начать ремонт аккумулятора шуруповерта

Прежде чем попробовать дома восстановить АКБ, необходимо ознакомиться с основными рекомендациями:

• перед началом ремонтных работ надо определить используемый тип АКБ;
• в процессе разборки корпуса батареи необходимо узнать полярность соединений;
• все «банки», установленные в батареях для защиты от перегрева, оснащены припаянным резистором и поэтому снимать их надо очень осторожно;
• починить литий-ионные батареи невозможно.

Дополнительная информация! Практически все элементы в электроинструментах Bosch, Интерскол и Вихрь имеют последовательное соединение.

Конструктивные элементы шуруповерта

Люди, решившие отремонтировать электроинструмент, должны ознакомиться с его основными конструктивными элементами:

• электрический двигатель;
• редуктор планетарного типа для передачи вращения с двигателя на шпиндель;
• муфта, которая регулирует крутящий момент;
• электронный управляющий блок;
• аккумулятор;
• зажимной патрон, с помощью которого закрепляются рабочие насадки.

При неправильном использовании шуруповерта каждый из перечисленных компонентов может выйти из строя.

Проверка аккумулятора шуруповерта

Перед тем как начать чинить инструмент, необходимо ознакомиться с особенностями проверки АКБ.

Проверка аккумулятора на работоспособность

Чтобы убедиться в том, что зарядник работает, необходимо выполнить такую последовательность действий:

1. Подключить блок к источнику питания.
2. На мультиметре включить режим измерения постоянного тока.
3. Щупы подсоединить к минусу и плюсу зарядки.
4. Ознакомиться с результатами проведенных измерений.

Если значения будут отличаться от параметров, размещенных на корпусе АКБ, значит придется его ремонтировать или купить новый.

Проверка емкости аккумулятора мультиметром

Перед ремонтом АКБ необходимо проверить его емкость. Делается это так:

1. Полностью зарядить батарею.
2. Подключить щупы мультиметра к контактам АКБ.
3. Проверить показатели на дисплее прибора.

Если после проведения проверки емкость аккумулятора оказалась ниже заявленной, придется извлечь из конструкции все элементы питания и протестировать каждый из них.

Общие рекомендации перед проверкой аккумулятора

Чтобы правильно проверить АКБ, необходимо ознакомиться с основными рекомендациями тестирования разных типов устройств.

Никель-кадмиевый

Это наиболее распространенный вид батарей. Именно их чаще всего устанавливают в шуруповерты от фирмы Бош. Среди достоинств этих аккумуляторов можно выделить их стойкость к внешним воздействиям и долговечность.

Прежде чем проверить такие АКБ, их необходимо полностью зарядить. Это позволит получить наиболее точные замеры и убедиться в работоспособности устройства. Если проводить проверку разряженного аккумулятора, получить точные данные не получится.

Литий-ионный

Такие аккумуляторы чаще всего устанавливаются в наиболее дорогих моделях электроинструментов. Они имеют большую емкость и маленький процент потери имеющегося заряда. Однако есть у них и серьезный недостаток, который заключается в том, что их нельзя оставлять долго разряженными. Дело в том, что их кристаллы быстро деградируют и из-за этого АКБ перестает работать.

Перед тем как проверять литий-ионные аккумуляторы их необходимо три раза полностью зарядить и разрядить. Это делается для устранения «эффекта памяти» и получения наиболее точных результатов тестирования.

Распространенные неисправности

Владельцы шуруповертов, которые решили самостоятельно заняться ремонтом батареи, должны ознакомиться с наиболее распространенными типами неисправностей. Есть несколько причин, из-за которых аккумуляторы перестают нормально функционировать:

• разрушение пластин;
• короткое замыкание;
• загрязнение электролита;
• смена полюсов;
• деградация кристаллов из-за длительного хранения в разряженном виде.

Дополнительная информация! Самостоятельно справиться с последствиями таких поломок довольно сложно. Именно поэтому многие решают доверить ремонт АКБ профессионалам.

Как определить, возможен ли ремонт

Перед тем как отремонтировать аккумулятор шуруповерта в домашних условиях, необходимо разобраться, можно ли вообще заниматься его ремонтом. Чтобы это понять, придется разобрать электроинструмент и аккуратно извлечь из него аккумуляторные «банки».

Извлеченные ячейки надо перебрать и разложить перед собой в ряд. После этого надо каждый элемент поочередно проверить мультиметром. Напряжение должно составлять около 1,4 В. Если на одном из компонентов это значение отличается на 0,5 В в большую или меньшую сторону, значит этот элемент необходимо заменить. Следовательно, такой аккумулятор удастся отремонтировать.

Перечень необходимых инструментов

Для проведения ремонтный работ могут понадобиться следующие инструменты:

• Мультиметр. Этот прибор необходим для измерения переменного и постоянного напряжения.
• Фигурные и плоские отвертки. Пригодятся для разборки корпуса шуруповерта.
• Паяльник. Для ремонта подойдут недорогие модели мощностью около 40 Вт.

Дополнительная информация! Чтобы воспользоваться паяльником, понадобятся такие расходные материалы как припой и олово.

Как определить неисправность аккумулятора шуруповерта

Определение неисправности электроинструмента осуществляется следующим образом:

1. Полностью зарядить АКБ.
2. Отсоединить устройство от сети и снять аккумулятор.
3. Провести визуальный осмотр и проверить, есть ли на поверхности видимые дефекты.
4. Проверить напряжение «банок».
5. Подсоединить к аккумулятору проводами автомобильную лампочку на 24 В или 12 В.
6. Отключить лампу спустя 20-30 минут и повторно замерить напряжение «банок».

Если емкость «банок» сильно просела, значит их необходимо заменить на новые.

Ремонт аккумуляторных батарей шуруповертов

Прежде чем приступить к ремонту АКБ своими руками, нужно разобраться, как делать это правильно.

Разборка корпуса

Аккумуляторный корпус состоит из двух частей. Чаще всего они соединяются шурупами. Однако иногда они скрепляются между собой суперклеем. В таком случае места склеивания надо аккуратно обстукивать киянкой. После этого склеенные части будут в разы легче разъединяться.

Определение дефектных банок

Определить испорченные «банки» довольно просто. Чтобы найти их, необходимо сделать следующее:

• Провести визуальный осмотр элементов.
• Удалить компоненты со следами вздутия и частицами вытекшего электролита.
• Проверить выходное напряжение каждой банки.

Проверять компоненты мультиметром необходимо несколько раз, чтобы получить наиболее точные результаты измерений.

Важно! Все банки, у которых показатели напряжения сильно отклонились от нормы, лучше заменить на новые.

Восстановление элементов

Каждый желающий может самостоятельно восстановить аккумуляторные «банки». Делается это так:

• Разобрать аккумулятор и извлечь каждый компонент. В общей батарее хорошо зарядить все элементы не получится.
• На каждую из «банок» подавать напряжение в 3-4 В на протяжении пяти секунд.
• Померить напряжение на выходе. Если оно находится на уровне 1,4 В, значит компоненты удалось восстановить.

Иногда вышеперечисленные действия не помогают восстановить батарею. В таком случае придется заменять ее на новую.

Сборка аккумулятора

Когда все компоненты будут восстановлены или заменены конструкцию можно собирать. Чтобы сделать это, надо все компоненты установить обратно в корпус. После этого части конструкции необходимо снова соединить шурупами или клеем.

Замена дефектных элементов

Заменить дефектный компонент аккумулятора довольно легко. Для этого необходимо избавиться от сломанной «банки», отсоединив ее бокорезами от общей пластины. Затем к концам контактов припаивается новый компонент. После этого необходимо проверить мультиметром, правильно ли работает установленный элемент.

Аккумулятор шуруповерта — деталь, которая часто выходит из строя. При необходимости сломанный АКБ можно отремонтировать в домашних условиях. Однако прежде чем заняться этим, необходимо разобраться с тем, как делать это правильно.

Источник

Устройство, конструкция и ремонт Ni─Cd аккумуляторов для шуруповёрта

Сегодня в продаже можно встретить много моделей шуруповёртов как от известных мировых брендов, так и от неизвестных никому компаний. Есть простенькие модели, а также функциональные с богатым оснащением. Объединяет их одно – все они имеют аккумуляторы для работы в автономном режиме. И зачастую стоимость этих аккумуляторов составляет больше половины цены самого шуруповёрта. Чаще всего в качестве элементов таких батарей используются никель-металлогидридные или никель-кадмиевые аккумуляторы. В некоторых случаях их можно восстановить и отремонтировать аккумулятор шуруповёрта. В настоящем материале мы разберём, как это делается.

Конструкция и разновидности аккумуляторов для шуруповёртов

Практически все производители во всех странах мира выпускают одинаковые по конструкции и принципу действия аккумуляторы для шуруповёртов. Многие производители выпускают аккумуляторы сразу для нескольких производителей шуруповёртов. Аккумуляторная батарея выполняется съёмным и выглядит следующим образом.

Аккумулятор от шуруповёрта Bosch PSR 14,4 В

В нашем случае это аккумулятор для шуруповёрта Bosch PSR 14,4 В. В нём изначально один саморез закрыт пластиком. В случае вскрытия теряется гарантия.

Аккумулятор в сборе

«Гирлянда» [soc1]

Один элемент Поскольку батарейки соединены последовательно, общее напряжение аккумуляторной батареи складывается из суммы их напряжений. На каждом таком элементе нанесены значения номинального напряжения и ёмкости, а также тип аккумулятора. Чаще всего используются Ni─Cd аккумуляторы для шуруповёрта, но есть и другие разновидности. Ниже представлены типы элементов, используемых в аккумуляторах для шуруповёртов:

• Ni─Cd. Никель–кадмиевые аккумуляторы. Номинальное напряжение одного элемента 1,2 вольта;
• Ni─MH. Никель-металлогидридный. Номинальное напряжение одного элемента 1,2 вольта;
• Li─Ion. Литий-ионный. Номинальное напряжение 3,6 вольта.

Разновидности элементов для аккумулятора шуруповёрта

Никель-кадмиевые аккумуляторы для шуруповёртов являются наиболее распространёнными на сегодняшний день. Они имеют доступную цену, сохраняют работоспособность при отрицательных температурах, могут храниться в разряженном состоянии, не теряя свои характеристики. При этом у кадмиевых аккумуляторов для шуруповёрта есть и свои недостатки. Это токсичность кадмия (вредное производство и сложная утилизация), «эффект памяти», достаточно высокий саморазряд и небольшая ёмкость, малое количество рабочих циклов заряд-разряд. Утилизация аккумуляторов для автомобиля проводится значительно проще, чем кадмиевых.

Никель─металлогидридные аккумуляторы распространены меньше, чем никель кадмиевые аккумуляторы для шуруповёртов. К их преимуществам стоит отнести отсутствие токсичных компонентов, экологически чистое производство, незначительный «эффект памяти» и меньший саморазряд, чем у никель-кадмиевых батарей. Кроме того, если сравнивать с Ni─Cd аккумуляторными батареями, никель─металлогидридные имеют большую ёмкость и выдерживают большее число циклов заряд-разряд. Дополнительно советуем прочитать о том, как заряжать Ni─MH аккумуляторы. К недостаткам следует отнести высокую стоимость, чувствительность к отрицательным температурам. Кроме того, Ni─MH батареи при хранении в разряженном состоянии утрачивают часть своих характеристик. [banner2]

Li─Ion

Литий─ионные аккумуляторы в шуруповёртах встречаются реже. Среди плюсов стоит отметить отсутствие «эффекта памяти» и саморазряда. Ёмкость литий─ионных аккумуляторов выше и в разы больше число циклов заряд-разряд, чем у оксидно─никелевых. К тому же у элемента большее номинальное напряжение. Поэтому требуется меньшее число элементов, а значит, такие аккумуляторы имеют меньший вес и размеры. Среди недостатков следует отметить большую стоимость. Если сравнивать с Ni─Cd аккумуляторами для шуруповёрта, то цена Li─Ion практически в три раза больше. Стоит отметить, что за 2─3 года интенсивного использования Li─Ion аккумулятор существенно теряет ёмкость из-за разложения лития.

Конструкция аккумулятора для шуруповёрта

Ничего сложного в конструкции аккумулятора нет. Его разбор был показан выше. Стоит только добавить информацию о контактах на корпусе. У аккумулятора для шуруповёрта их четыре (рассматривается модель Bosch PSR 14,4 В).

Контакты аккумулятора шуруповёрта [soc2] На изображении отмечены следующие контакты:

• 1 – плюс;
• 2 – минус;
• 3 ─ контакт термистора (датчик температуры). Термистор нужен для ограничения или отключения тока заряда. Он срабатывает при увеличении температуры аккумуляторных элементов до определённого значения. При ускоренной зарядке через элемент идёт большой ток, и он нагревается, а термистор предотвращает его выход из строя;
• 4 ─ этот контакт подключается через сопротивление и называется сервисным. Его используют сложные зарядные устройства, предназначенные для выравнивания заряда на аккумуляторных элементах.

Неисправности аккумуляторов для шуруповёртов

Как правило, при неисправности Ni─Cd аккумулятора для шуруповёрта выходит из строя один или несколько элементов аккумуляторной батареи. Поэтому первоочередная задача при ремонте аккумулятора шуруповёрта – это определение вышедших из строя элементов.

Общее напряжение последовательной сборки

Напряжение одного элемента Что нужно делать?

• Полностью зарядите аккумулятор шуруповёрта;
• Разберите корпус;
• Измерьте напряжения всех элементов и отметьте те, у которых напряжение ниже номинального. Номинальное напряжение нанесено на корпусе каждой банки. Как правило, они обёрнуты в бумажную оболочку;
• Затем подайте нагрузку на аккумуляторную батарею (включите шуруповёрт). Если не хочется опять собирать, то подключите к выводам «гирлянды» нагрузку в виде лампочки 12 вольт;
• Через некоторое время снова делайте замеры напряжения на элементах. Те банки, у которых напряжение отличается от среднего на 0,5─0,7 вольта, подлежат восстановлению или замене. При визуальном осмотре особое внимание следует уделить банкам со следами коррозии и подтёков.

Разрядка аккумулятора шуруповёрта лампочкой [soc3] Затем уже ведётся работа с элементами, которые диагностируются, как неисправные. Об этом ниже. А здесь ещё стоит сказать о таких неисправностях, как нарушение пайки в местах соединения элементов, выход из строя температурного датчика и т. п. Но эти виды поломок очень редкие и не заслуживают внимания.

Восстановление и ремонт Ni─MH, Ni─Cd аккумуляторов

Что касается литиевых аккумуляторов, то их восстановление невозможно. В процессе эксплуатации в них разлагается литий и через 2─3 года восстанавливать будет уже нечего. В этом случае нужно просто заменить вышедшие из строя элементы. А вот над Ni─MH и Ni─Cd аккумуляторами ещё можно поработать. Если кратко, то методика восстановления этого типа аккумуляторных батарей сводится к пропусканию через них тока короткими импульсами. Ток должен быть в десятки раз выше ёмкости Ni─Cd элемента. При этом разрушаются дендриты и аккумулятор как бы «перезапускается». Далее проводится его тренировка в виде нескольких циклов заряд-разряд. Однако вышеописанный метод часто не помогает, и через некоторое время батареи снова отказываются работать. Проблема заключается в том, что в процессе работы в Ni─Cd аккумуляторах уменьшается объем электролита. Поэтому используется метод доливкой дистиллированной воды внутрь элемента. Подробнее читайте в отдельной статье «Ni─Cd аккумуляторы восстановление и ремонт».

Замена Ni─MH, Li─Ion, Ni─Cd элементов в аккумуляторе шуруповёрта

После того, как вы восстановили элементы, их следует впаять обратно. Если вы решили не восстанавливать, а заменить элементы батареи, то их можно поискать в соответствующих интернет-магазинах. Цена на никель─кадмиевые аккумуляторы номиналом 1,2 В, 2000 мА-ч лежит в пределах 200 рублей. В любом случае в сборке их нужно будет заменить, а значит, придется паять. Для проведения операции по замене элементов в аккумуляторной батарее шуруповёрта Далее потребуется:

• Паяльник 25─30 ватт;
• Паяльная кислота;
• Кусачки.

Сначала вы откусываете или отпаиваете элемент от соединительной пластины. Затем проводите восстановление или просто заменяете. Далее припаиваете рабочий элемент к пластине для объединения в гирлянду. Советуем пайку осуществлять быстро, чтобы внутренности батарейки не повредились от нагрева корпуса.

[banner1] Если у вас шуруповёрт на металлогидридных батарейках, то читайте как восстановить Ni─MH аккумуляторы. После сборки всей батареи нужно поставить её на зарядку, после которой нужно измерить напряжение всех банок. После зарядки оно должно быть примерно одинаковым у всех элементов (около 1,3 вольта). Потом проводите разряд батареи. Можно это делать с помощью включения шуруповёрта, а можно лампочкой, как было показано выше. Желательно такую процедуру проводить один раз в три месяца. Это, так называемое, стирание памяти Ni─Cd аккумуляторов. О том, как правильно заряжать Ni-Cd аккумуляторы, подробно рассказано по указанной ссылке.

Опрос

Примите участие в опросе! [poll ] На этом по ремонту аккумуляторов шуруповёртов всё. Если у вас есть дополнения, исправления или вы хотите поделиться опытом, то можно это сделать в комментариях ниже.

Источник



Аккумуляторные элементы для шуруповерта в Екатеринбурге

• Батарейки и аккумуляторы для аудио- и видеотехники
• Наборы ручного инструмента
• Аккумуляторы для электроинструмента
• Аккумуляторные отвертки

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-048-BOS12A-20C 12 В 2 А·ч

Аккумуляторный блок ЗАРЯД НКБ-1220-БШ-A 12 В 2 А·ч

Батарея зубр аккумуляторная для шуруповертов, 1,5 А/ч, 14.4 В

Аккумулятор Ni-Cd SC 1.2V 1500mAh

Аккумулятор Ni-cd SC2000mah

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-056-DE12/BD12A-13C 12 В 1.3 А·ч

Аккумуляторный блок DeWALT DCB184-XJ 18 В 5 А·ч

Батарея аккумуляторная для шуруповертов, 2,0 А/ч, 18 В

Аккумулятор Golden Dragon SC, Ni-Cd 1.2V 1500mAh

Аккумулятор Ni-cd 4/5SC1300mah

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-039-MAK12-13C 12 В 1.3 А·ч

Аккумулятор Ni-Cd 4/5SC 1.2V 1300mAh

Аккумулятор BESTON D 1500MAH, 1.2 В, NiCd bulk

Аккумулятор Golden Dragon SC, Ni-Cd 1.2V 1500mAh

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-061-HIT12B-20C 12 В 2 А·ч

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-195-DE18C-40L 18 В 4 А·ч

Аккумуляторный блок BLACK+DECKER BL2018-XJ 18 В 2 А·ч

Аккумуляторная батарея для шуруповерта «М1» 18 В, Li-Ion, 1.5 Ач, ЗУБР

Набор из 27 предметов для электродрели / шуруповерта аккумуляторного с литиевой батареей Goodking

Аккумулятор Ni-Cd 4 5SC 1.2V 1300mAh

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-033-MAK18A-20C 18 В 2 А·ч

Батарея зубр аккумуляторная для шуруповертов, 1,5 А/ч12.0 В

010379(10) Корпус аккумуляторов шуруповерта для Китая тип2 (12,14,18V)

Аккумуляторный блок Интерскол 45.02.03.00.00 18 В 1.5 А·ч

Аккумуляторная батарея для дрели-шуруповерта, 12 В, N-Cd, 1.5 Ач, ЗУБР

Аккумуляторная батарея повышенной емкости для дрели-шуруповерта 18 В, N-Cd, 2.0 Ач, ЗУБР

Аккумулятор для шуруповерта Ni-Cd D-АА800 1.2V 800mah

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-025-HIT14A-21M 14.4 В 2.1 А·ч

Аккумулятор Golden Dragon SC, Ni-Cd 1.2V 1500mAh

Аккумулятор BESTON D 1500MAH, 1.2 В, NiCd bulk

Аккумуляторная батарея для шуруповерта 12 В, Li-Ion, 1.5 Ач, ЗУБР

Аккумулятор Ni-Cd SC 1.2V 1500mAh

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-048-BOS12A-15C 12 В 1.5 А·ч

Аккумуляторный блок greenworks G24B4 24 24 В 4 А·ч

Аккумулятор Golden Dragon SC, Ni-Cd 1.2V 1500mAh

Аккумуляторный блок Hammer AKB1215 12 В

Аккумуляторная батарея для дрели-шуруповерта, 14.4 В, N-Cd, 1.5 Ач, ЗУБР

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-050-BOS14A-21M 14.4 В 2.1 А·ч

Аккумуляторный блок BLACK+DECKER BL1518-XJ 18 В 1.5 А·ч

Аккумуляторная отвертка BOSCH GSR Mx2Drive 1.3Ah x2 Case

Аккумулятор Ni-CD 18V 1.5 AH Bosch (подходит к GSR18-2 BD) P.I.T.

Аккумулятор для BOSCH (p/n: 2607335262, 2607335274, 2607335374, 2607335709, BAT120), 1.5Ah 12V

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-034-MAK14A-13C 14.4 В 1.3 А·ч

Аккумулятор Golden Dragon 4/5SC, Ni-Cd 1.2V 1300mAh

Аккумулятор BESTON D 5000MAH, 1.2 В, NiCd bulk

Аккумулятор Ni-Cd никель-кадмиевый Robiton BS1215NC для шуруповерта Bosch 12 В 1500 мАч Robiton 2211-02

Источник

Виды аккумуляторов для электроинструмента

Удобство сетевого электроинструмента в доступности в любой момент. Однако, в условиях отсутствия питания в сети, инструмент становится бесполезен. Электроинструмент, работающий на аккумуляторах, универсален с этой точки зрения. Да и лишние провода и удлинители под ногами помимо неудобства становятся источником травм. Современный электроинструмент комплектуется 4 видами аккумуляторов, рассмотрим возможности каждого по отдельности.

Никель-кадмиевый аккумулятор (Ni-Cd)

Никель-кадмиевый аккумулятор – первый аккумулятор, появившийся на рынках более ста лет назад. Несмотря на наличие более современных разработок, остается передовиком среди аккумуляторов. К несомненным преимуществам никель-кадмиевого аккумулятора относятся:

• Долговечность. Аккумулятор выдерживает до 1500 зарядок, срок службы 6-7 лет.
• Возможность работать в некомфортных температурных условиях: от -40 до +60 градусов.
• Длительное хранение без потери заряда.
• Быстрая зарядка, минимальное время полноценного заряда в зависимости от емкости аккумулятора – 1 час.

К недостаткам никель-кадмиевого аккумулятора, в первую очередь, относится сильный «эффект памяти». Под этим названием понимается снижение емкостного заряда аккумулятора из-за зарядки поверх не до конца разряженного аккумулятора. Большой вес и габариты аккумулятора помешают длительно пользоваться инструментом на весу. А самый главный минус заключается в токсичности кадмия и необходимости правильной утилизации.

Никель-металлгидридный аккумулятор (Ni-Mh)

В попытке устранить недостатки предыдущего варианта, разработчиками был создан никель-металлгидридный аккумулятор. В сравнении с Ni-Cd никель-металлгидридные аккумуляторы обладают меньшим весом и габаритами, маловыраженным эффектом памяти заряда и не сильной токсичностью. Однако, недостатки никель-металлгидридных аккумуляторов настолько значительны, что этому виду редко отдается предпочтение пользователями:

• Ограничение температурного режима в -10 градусов.
• Короткий срок службы (до 500 зарядок).
• Потеря заряда в состоянии покоя (1% в сутки).
• Длительность зарядки от 5 до 16 часов.
• Запрет на полный разряд.
• При всех недостатках – цена на этот вид аккумуляторов в несколько раз выше никель-кадмиевых.

Литий-ионный аккумулятор (Li-Ion)

Литий-ионный аккумулятор – первый аккумулятор, не обладающий эффектом памяти заряда. Кроме того, емкость заряда такого аккумулятора превышает никелиевые в несколько раз. В сочетании с небольшим весом и компактными размерами – получается идеальное комплектующее электроинструмента. Но имеются и недостатки у литий-ионного аккумулятора.

• Максимальный срок службы аккумулятора не превышает 3 года.
• Повышенные требования к использованию: не переносит минусовых температур.
• Взрывоопасность.
• Заряжать литий-ионный аккумулятор можно только «родной» зарядкой, идущей в составе с инструментом.
• Высокая стоимость для недолговечного аккумулятора.

Выбор литий-ионного аккумулятора оправдан для электроинструмента, пользование которым предполагает продолжительную непрерывную работу. Из-за большой емкости шлифовальная машинка или перфоратор способны работать длительное время без потери силы тока.

Литий-полимерный аккумулятор (Li-Pol)

Литий-полимерный аккумулятор был создан на основе литий-ионного аналога, оснащен улучшенными качествами. Разница литиевых аккумуляторов в составе. Вместо жидкого электролита литий-ионных аккумуляторов производитель использует гелеобразный полимер. Такое решение позволяет не ограничивать форму аккумулятора и делать батарею максимально тонкой и легкой. Снижается уровень взрывоопасности, характерный для литиевых прототипов. А главное совершенствование заключается в еще большем увеличении емкости аккумулятора. Но эти несомненные плюсы литий-полимерного аккумулятора приводят к неизбежным минусам.

Цена такого аккумулятора на порядок выше литий-ионного и в несколько раз превышает никелиевые аналоги. А срок службы при этом составляет не более 2 лет, или 300-500 зарядок. Главный недостаток литий-полимерного аккумулятора в требовательности к условиям эксплуатации, нарушение которых приводит к быстрому износу и порче.

Перед покупкой аккумулятора задумайтесь, для каких целей и частоты использования он понадобится. Если нужен бюджетный и долговечный, выбирайте никелиевые аккумуляторы и четко соблюдайте режим зарядки-разрядки. Если требуется неприхотливый агрегат с высокой мощностью, остановите выбор на литиевом аккумуляторе.

Источник