Ремонт акумуляторних батарей для портативної
апаратури
Микита Комаров
Варто
Чи викидати відпрацював акумулятор і платити великі гроші за новий?
Виявляється, акумуляторні батареї можна лагодити, заощаджуючи при цьому чималі
кошти.
В
статті Ви знайдете всі необхідні для цього рекомендації. Бурхливий розвиток
виробництва і стрімко зростаючі популярність і попит на більш досконалі
засоби зв'язку, побутову та офісну техніку, а так само гостра конкуренція призвели
до помітного зниження цін на радіо-і стільникові телефони, радіостанції,
відеокамери, комп'ютери типу «Notebook», що зробило їх більш доступними для населення.
Основним джерелом постачання цих електронних пристроїв є акумуляторні
батареї. Однією з причин, спочатку що стримують розвиток такої техніки,
була низька питома ємність акумуляторних батарей. Вирішення цієї проблеми
велося двома напрямками: удосконалення характеристик наявних і
створення нових типів акумуляторів.
Для
живлення пристроїв з автономним живленням в даний час в основному
використовуються два типи акумуляторних батарей: нікель-кадмієві (Ni-Cd) і
нікель-металгідридні (Ni-Mh). З'явилися й батареї нової конструкції --
літій-іонні і герметичні кислотні з желеподібний електролітом. Ці батареї
поки ще не знайшли широкого застосування, і технологія їх виробництва
вдосконалюється.
Ni-Cd
батареї застосовуються давно. Вони відрізняються порівняно низькою вартістю,
досить тривалим терміном служби (до 1000 циклів заряд/розряд), стабільної
роботою в широкому діапазоні температур (-20 ... +50 ° С), але мають і недоліки.
Головний з них - «ефект пам'яті». Вона виникає, коли на заряджання ставиться не
повністю розрядження батарея. На практиці це трапляється досить часто.
Батарея як би «запам'ятовує» той рівень, до якого була розряджена і потім вже
нижче не розрядиться. Це призводить до зниження її ємність та тривалість роботи. Для
боротьби з «ефектом пам'яті» існує єдиний спосіб - це один або
кілька циклів повного заряду-розряду, так звана «тренування», або,
поіншому, - «пожвавлення». Крім того, Ni-Cd акумулятори містять домішки
кадмію і ртуті. Отже, неутилізованими відпрацьовані акумулятори
є джерелом забруднення навколишнього середовища.
Ni-Mh
акумулятори більш досконалі: мають більш високу, ніж Ni-Cd акумулятори,
ємність при тих же розмірах, що не страждають «ефектом пам'яті» і не мають у своєму
складі шкідливих речовин. Ціна їх трохи вище, але по співвідношенню
«Ціна/ємність» Ni-Mh акумулятори активно наближаються до нікель-кадмієвих
акумуляторів.
Деякі питання експлуатації
При
експлуатації акумуляторних батарей слід завжди чітко пам'ятати наступне:
#
після покупки батареї перебувають у розрядженому стані і перед початком
експлуатації їх необхідно зарядити;
#
напруга на зарядженому елементі акумуляторної батареї складає 1,2 В;
#
напруга кінця розряду (напруга, нижче якого елемент розряджати НЕ
буде) становить 1,0 ... 1,05 В;
#
ємність батареї визначає її енергетичну потужність і вимірюється в
ампер-годинах. Чим вона вище, тим довше батарея буде працювати. Ємність батареї --
параметр, який зазвичай вказується на корпусі - це час в годинах при розряді
її струмом 1 А до напруги закінчення розряду. Наприклад, батарея ємністю 600
мА/год струмом розряду в 1 А буде розряджена за 0,6 години, струмом в 0,5 А - за 1,2
години;
#
струм нормального заряду батареї в ампер чисельно дорівнює 1/10 її ємності в Ампер-годинах.
Якщо струм заряду менше цієї величини - збільшується час заряду батареї, якщо
ж він перевищує цю величину, це призводить до підвищеного нагріву батареї. При
це може відбутися її «роздуття» і навіть вибух - все залежить від величини струму.
У автоматичних зарядний пристрій, які забезпечують режим швидкого
заряду, початковий струм заряду перевищує значення 1/10 від ємності батареї, проте
в міру заряду батареї він автоматично знижується. Крім цього, звичайно в таких
зарядний пристрій передбачений і автоматичний контроль температури корпусу
акумуляторної батареї;
#
при послідовному з'єднанні акумуляторів в батарею її напруга одно
сумі напруг всіх елементів, а місткість - місткості одного елемента;
#
при паралельному з'єднанні декількох акумуляторів напруга на батареї
дорівнює напрузі на одному акумуляторі, а ємність батареї дорівнює сумарній
ємності всіх елементів;
#
в батареї можна з'єднувати тільки однотипні акумулятори з однаковою ємністю
(при промисловому виготовленні розкид цього параметра складає не більше 5%).
Так,
наприклад, легко розрахувати, що батарея для живлення радіотелефону напругою
4,8 В може бути складена з чотирьох акумуляторів (по 1,2 В) при їх
послідовному з'єднанні або восьми акумуляторів при паралельному
з'єднанні двох груп по чотири акумулятора (місткість при такому змішаному
з'єднанні в два рази вище).
Заряд
Ni-Cd і Ni-Mh акумуляторів бажано проводити на спеціальних зарядних
пристроях, що входять в комплект постачання техніки, що придбається. Вони
забезпечують режим регулювання струму заряду таким чином, щоб ємність
акумулятора була повністю відновлена, і при цьому він не перегрівся
(температура корпусу акумуляторної батареї не повинна перевищувати 35 ... 40 ° C). У
Наприкінці розряду проводиться автоматичне відключення акумулятора від джерела.
При використанні таких зарядних пристроїв користувачеві думати не про що - цю
функцію виконує мікропроцесор. Зазвичай такі зарядні пристрої забезпечують
швидкий цикл заряду протягом 4 ... 6 годин. Додатково фірмові зарядні
пристрої забезпечують автоматичну тренування Ni-Cd акумуляторів для
усунення «ефекту пам'яті». Цей процес автоматизовано: після натискання на
кнопку «DISCHARGE» або «REFRESH» відбувається розряд акумуляторної батареї до
строго встановленого рівня напруги розряду з наступним автоматичним
зарядом до норми.
При
заряді акумуляторної батареї від іншого джерела слід звернути увагу на
його вихідна напруга і розрахувати струм заряду батареї. До заряду напруга
може становити 0 ... 1,33 В на один елемент батареї. Наприкінці циклу заряду
напруга піднімається до 1,45 В на елемент. Вихідна напруга джерела
харчування має бути більше максимально можливої напруги на батареї в кінці
заряду на 10 ... 15%. Струм заряду протягом усього часу заряду не повинен
змінюватися більш, ніж на 5%. Його величина вибирається, як правило, рівною 1/10
ємності батареї. Джерело живлення, таким чином, повинен являти собою
стабілізатор струму. Час заряду повинна складати не менше 14 годин
(стандартний заряд). Для усунення «ефекту пам'яті» Ni-Cd акумуляторних
батарей необхідно зробити кілька циклів заряд/розряд. Процес заряду
описаний вище, а що стосується розряду, при його здійсненні слід:
#
виміряти напругу на батареї;
#
розряд необхідно починати через 30 хв. після закінчення циклу заряду;
#
зібрати ланцюг з включених послідовно змінного навантажувального
опору достатньої потужності, амперметра і акумуляторної батареї;
#
встановити підбором опору навантаження струм розряду, який повинен бути
дорівнює 0,25 ... 0,3 від ємності батареї;
#
стежити за тим, щоб струм розряду був постійний, змінюючи величину опору
навантаження;
#
контролювати напругу на батареї і, коли воно досягне величини 1,0 ... 1,05 В
у розрахунку на один елемент - закінчити розряд.
Ni-Cd
і Ni-Mh акумуляторні батареї можна заряджати з використанням одних і тих самих
зарядних пристроїв (мається на увазі, що батареї мають однакові напруги і
однакові або незначно відрізняються ємності). Час заряду при
використанні автоматизованого зарядного пристрою регулюється самим
зарядним пристроєм. При використанні неавтоматизованих зарядних пристроїв
слід звернути увагу на встановлення струму заряду у відповідності з ємністю
акумуляторної батареї, а якщо струм виявиться нижче рекомендованої величини --
збільшити час заряду для батарей з більшою ємністю.
Перевірка, оцінка стану і ремонт акумуляторних
батарей
Кращий
спосіб ремонту акумуляторної батареї - її заміна. Необхідність саме ремонту
може бути викликана:
#
бажанням зберегти кошти за рахунок заміни тільки окремих несправних
елементів. Це особливо рентабельно при обслуговуванні великого парку батарей,
наприклад, у радіозв'язку оперативних служб міліції, на транспорті;
#
відсутністю в продажу потрібного типу батареї, часто застарілої або рідкісної моделі
(наприклад, батареї для спецтехніки);
#
високою вартістю фірмової батареї в готовому вигляді.
При
ремонті можна поліпшити параметри батареї, тобто зробити її «upgrade» за рахунок
установки в старий корпус елементів нового типу з більш високими
характеристиками. Найбільш простим і поширеним способом є заміна
Ni-Cd акумуляторів на Ni-Mh, що відразу дає виграш у ємності в 1,5 ... 2 рази.
Перед
ремонтом необхідно оцінити технічний стан елементів батареї. Для цього
необхідно розкрити акумулятор і забезпечити доступ до кожного з його елементів
для вимірювання напруги. Якщо батарея була піддана глибокого розряду
(напруга на елементах складає 0 ... 0,5 В), включити її на заряд, через
10-15 хвилин зняти її з заряду і повторно виміряти напругу на елементах. Ті
елементи, на яких величина напруги складає 0 ... 0,8 В, бажано відразу
замінити. Для цього можна використовувати як нові елементи, придбані
спеціально, так і справні елементи від старих батарей. Таким чином, з
декількох несправних батарей можна зібрати одну цілком робочу. Але можуть бути
і проблеми. Як відомо, при послідовному і паралельному включених добре
працюють групи, складені з ідентичних за параметрами компонентів. Ми ж
зараз розглядаємо випадок, коли реальна ємність кожного акумулятора в
батареї невідома. У цьому й полягає основна причина невдач при такому
ремонті. Однак спосіб цілком прийнятний, але бажаний підбір елементів по
ємності. Оцінити реальну ємність можна по часу розряду акумулятора
каліброваним струмом, використовуючи описану вище схему. Для збільшення точності
вимірів можна зменшити розрядний струм. Розкид часу розряду серед
акумуляторів, що плануються для установки в збірку, повинен бути як можна
менше. Після цього необхідно провести повний цикл заряду. По його закінченні
слід знову виміряти напругу на кожному з елементів, і ті з них, на
яких напруга буде або менше 1,43 В, або більше 1,48 В виключити з
батареї. Як бачите, цей варіант привабливий можливістю обійтися
мінімальним числом необхідних для ремонту елементів, але досить трудомісткий і
до закінчення ремонту не дає уявлення про загальні витрати на нього.
Найкращий
варіант ремонту - заміна всіх елементів батареї на нові. Елементи з'єднуються
в батарею зазвичай відрізками металевої стрічки за допомогою контактного зварювання.
Варіантів апаратів для контактного зварювання досить багато. Від
автоматизованих верстатів для конвеєрного складання до самих найпростіших,
складаються з джерела напруги 6 ... 30 В з струмом 1 А і заточеного під кутом
+30 ... +40 Градусів графітового електрода від старої батарейки. Яким з них
скористатись - залежить від обсягів ремонту і фінансових можливостей. При
зварюванні необхідно забезпечити достатній притиск електродів до сполучної
пластині і контактної майданчику акумулятора. Дуже важливо не перегріти місце
контакту, оскільки від цього акумулятор виходить з ладу. Пайка може бути
застосована під час ремонту батарей з використанням колишніх у вживанні елементів,
у яких залишилися обрізки привареною металевої стрічки. Але в будь-якому разі
треба мінімізувати передачу тепла акумулятора. Допоможе в цьому потужний паяльник
для скорочення часу пайки, низька температура паяння, хороший флюс, пасатижі
для відводу тепла. Якщо немає можливості приварити контакти, то застосовний і
механічний контакт. Конструкція індивідуальна для кожного типу батареї, але
принцип однаковий - забезпечення щільного притиску стрічки до контактної поверхні
акумулятора з її подпружініванієм за допомогою пружної пластини або шматочка
гумки (гумки). Найбільш зручно в цьому випадку застосування так званих
холдери - пластикових каркасів-власників, які вже мають в своїй конструкції
такі пружинні контакти. Використовуючи різні типи холдери, в лічені
секунди можна збирати найрізноманітніші за формою і за параметрами батареї. Але
це, звичайно, не найкращий варіант, адже в процесі експлуатації батареї такий
Контакт схильний до окислення та корозії. Особливо механічний контакт
неприйнятний при великому струмі навантаження: відбувається місцевий нагрів і окислення в
точці контакту.
Після
закінчення ремонту пластмасовий корпус акумуляторної батареї склеюють при
допомоги дихлоретан або іншого клею на його основі. Безкорпусні збирання поміщають
в термоусадочну плівку.
Технічні дані акумуляторів
Світових
стандартів на виробництво акумуляторних батарей не існує. Частина такого
виробництва впорядкована, це уніфіковані моделі для найбільш
розповсюджених відеокамер, телефонів. Вони випускаються багатьма виробниками
джерел живлення в якості запасних частин і часто за параметрами ціни і
ємності перевершують оригінальні, якими виробник комплектує свої
апарати.
Виробник
електронної апаратури, як правило, замовляє акумуляторні батареї виходячи
з рішення поставлених перед ним завдань щодо задоволення попиту споживачів і
конструкції корпусу пристрою. Розміри самих елементів, що застосовуються в
батареях, стандартизованими. Це дає можливість провести їх заміну на інші
аналогічні акумулятори, не особливо звертаючи увагу на марку виробника. Це
властивість і використовується при ремонті батарей.
Батарея,
що підлягає ремонту, частіше за все є «чорний ящик»: майстер в загальному
випадку не знає, який тип елементів у ній встановлений і не має довідкових
даних з маркування та технічними характеристиками застосовуваних акумуляторів.
Як же зробити правильний вибір потрібного акумулятора? Для цього необхідно
знати:
#
типорозміри акумуляторів та належної ємності;
#
приклади фірмових позначень акумуляторів.
Почати
підбір акумулятора слід з визначення його розмірів і ємності. Розмір
вимірюється звичайною лінійкою, а ємність можна дізнатися із загальної ємності батареї і
напруги, які, як правило, вказуються на корпусі. Місткість може бути
вказана у маркуванні самих елементів. Якщо визначити ємність у такий спосіб не
вдається, то доведеться вдатися до приблизним способу підбору елементів
тільки за розмірами.
При
купівлі акумуляторів з метою ремонту необхідно знати, що акумулятори
поділяють на дві групи. Перша - акумулятори побутової серії, які
застосовуються в аудіотехніки, пейджерах, калькуляторах і т.д. Вибір слід
робити серед акумуляторів промислової серії, які відрізняються від побутових
(що мають форму звичайних батарейок) формою «плюсового» контакту. У промислової
серії цей контакт більшого діаметру і не виступає за корпус. Це зроблено для
полегшення зварювання. Саме акумулятори промислової серії використовуються при
виготовленні та ремонті батарей для мобільних і радіотелефонів, відеокамер,
ноутбуків і т.д.
В
описах і технічній літературі найчастіше використовуються літерні
позначення типорозмірів циліндричних акумуляторів, які використовуються при
збірці батарей.
Кожному
типорозміру акумуляторів відповідають свої значення діапазону ємностей.
Слід звернути увагу, що для типорозмірів АF, АА, AAA, С, Cs, D в
позначенні акумулятора не повідомляється, до якої підгрупи типорозміру він
належить. Для такого уточнення слід користуватися детальними таблицями
або каталогами. Ще одне важливе зауваження: розміри у різних виробників
можуть дещо відрізнятися від зазначених (в межах 1 мм).
Після
того, як параметри визначені, можна переходити до пошуку постачальника, який
може запропонувати потрібний акумулятор. У різних виробників і продавців
елементів живлення свої підходи до маркування та найменувань у прайс-листі, але
ємність і група за розміром, як правило, у маркуванні присутні. Розглянемо
один з таких прикладів маркування.
Вельми
серйозно в галузі виробництва акумуляторів працюєфірма GP Batteries
International Limited, добре відома з рекламного девізу
«Джі-Пі-побачиш-купи!». На підставі її каталогу і складено таблицю 1.
Акумуляторні батареї виробництва компанії GP Batteries, яка є членом
«The Gold Peak Industr ies Group», відрізняються довговічністю і надійністю.
Тривалість їхньої роботи становить від 500 до 1000 циклів заряд-розряд. Для
того, щоб визначити основні параметри акумулятора або батареї
акумуляторів виробництва GP, слід звернути увагу на їх маркування.
Наведемо найбільш загальну схему системи позначень для акумуляторів
виробництва GP
Для
акумуляторів вона складається з букв «GP» - марки виробника, дво-або тризначного
числа, помноживши яке на десять, можна отримати значення ємності акумулятора
в мАч, далі йде позначення, що складається з однієї, двох чи трьох літер,
позначає типорозмір акумулятора, і, нарешті, буква, що позначає тип
акумулятора (Ni-Cd або Ni-Mh). Наприклад, «GP150AAH» означає, що Ви тримаєте в
руках акумулятор виробництва GP ємністю 1500 мАг, його типорозмір АА. Буква
«H» уточнює, що це Ni-Mh акумулятор, відсутність на кінці літери «C»
свідчить, що це акумулятор промислової серії. В області виробництва
хімічних джерел струму працює понад шістдесят великих фірм, що мають
свої виробничі потужності в одній або кількох країнах.
На
одних і тих самих заводах можуть проводитися елементи живлення з різними
торговими марками: від добре відомих до зовсім нових. Від того, яка
торгова марка нанесена на корпус, залежить і ціна акумулятора. Природно,
слід остерігатися «дешевих підробок» і не нехтувати недорогими
«Невідомими» марками, якщо вони зроблені якісно. У добротного акумулятора
всі написи зроблено чітко. Зазначені параметри акумулятора «розумні», тобто
«Пальчикових» акумулятор розміру АА, ціною 15 рублів, не може мати ємність
1500 мАч, що відповідає верхній планці діапазону ємностей для даного
розміру. Чудес не буває. Ціна акумулятора щільно прив'язана до місткості. При
виборі акумулятора можна орієнтуватися і на його вагу. Однакові за ємності
акумулятори приблизно рівні за вагою, і цим можна скористатися, підбираючи
заміну «рідного» акумулятора. Чим більше місткість, тим більше і вагу. За
можливості необхідно виміряти напругу на акумуляторі. Не слід
придбавати акумулятори з глибоким розрядом, коли напруга менше 0,5 В
(якщо акумулятор новий, то це саморозряд).
В
більшості випадків ремонт акумуляторних батарей не передбачає підбір самих
дешевих елементів для заміни, оскільки пристрої, у яких використовуються
акумулятори, а це радіозв'язок, відеокамери, ноутбуки, спецтехніка, повинні
досить довго і надійно працювати в автономному режимі. Тому на перший
місці, але, знаходяться реальна ємність, надійність, термін служби, відсутність
«Ефекту пам'яті». Ці параметри найкраще підтримуються відомими
виробниками елементів живлення, і саме їхня продукція краща для
цілей ремонту.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nodevice.ru/
