Аккумуляторы для электроинструмента. Обзорная статья со сравнительными характеристиками типов батарей.

Аккумуляторы для электроинструмента

Качественный инструмент невозможен без надежного аккумулятора. Выбираем аккумулятор:

Аккумуляторный электроинструмент пользуется всё большей и большей популярностью: он даёт возможность работать без подключения к электросети в течение длительного времени. Кроме того с ним нет необходимости в прокладке на полу помещений удлинителей мешающих работе. Такое оборудование хранит весь запас энергии в своём аккумуляторе, от правильного выбора которого зависят все будущие технические и эксплуатационные характеристики оборудования.

Для комплектации электроинструмента  применяется несколько типов батарей:

• Ni-Cd (никель-кадмиевые),
• Ni-MH (никель-металлгидридные),
• Li-ion (литий-ионные),
• Li-pol (литий-полимерные).
• LiFePO4 (Литий-железо-фосфатные)

Для того чтобы определиться с выбором типа АКБ, стоит разобраться в их рабочих параметрах, преимуществах и недостатках.

                Ni-Cd (никель-кадмиевые)

Аккумуляторы этого типа настоящие долгожители, причём во всех смыслах. Несмотря на то, что они были изобретены ещё в 1899 году, с точки зрения своих эксплуатационных характеристик они до сих пор весьма не плохи. Срок службы до 1000  и более циклов с глубиной разряда 100%!!!  Единственное, в чём они не могут "спорить", - большой вес и габариты, наличие сильного эффекта памяти, хотя он практически исчезает при последующих регулярных полных разрядах. ( тренировочных циклах).

Явление, при котором аккумуляторная батарея теряет доступную для заряда ёмкость из-за того, что в процессе эксплуатации она не полностью разряжалась, называется эффектом памяти. Физика процесса аналогична наполнению стакана водой. В чистом пустом стакане помещается определённое количество жидкости. Этот объём всегда больше того, который поместится в той же ёмкости, но, к примеру, засыпанной камешками. Так при недостаточно разряженном аккумуляторе активное вещество в процессе заряда меняет свою структуру, его частицы укрупняются и уже не могут выполнять свои функции.

Но основной проблемой, которая по большому счёту и стала причиной активного внедрения со стороны производителей электрооборудования литий-ионной технологии, стала токсичность кадмия и необходимость его правильной утилизации, которая достаточно дорого им обходится. Но по всем остальным параметрам Ni-Cd  почти вне конкуренции, ведь только он способен эффективно работать если:

• нужна неприхотливость и надёжность;
• хочется купить батарею, которая будет служить минимум 6-7 лет, выдержит 1000-1500 циклов заряда-разряда;
• важно, чтобы батарея могла храниться длительное время;
• в работе требуются большие зарядные токи;
• предполагается работа в сложных для эксплуатации электрооборудования условиях;
• нужно работать при минусовых температурах (допустимы температуры от -40 до +60 ˚С);
• важна способность держать стабильное напряжение на протяжении всего рабочего цикла;
• в работе требуется максимальная скорость полного заряда (в среднем 1 ч или быстрее).
• Но в то же время к недостаткам можно отнести заметный саморазряд, практически 100 % за 6 месяцев хранения.

Всё это делает Ni-Cd незаменимым при комплектации ручного электроинструмента.

                Ni-MH (никель-металлогидридные)

В качестве замены Ni-Cd элементам в 1975 году началась работа по созданию батарей, которые бы решали все вышеуказанные проблемы и при этом сохраняли высокие рабочие показатели своего предшественника. Проблемы решить удалось, но и достоинств оказалось немного.
Фото: www.makitapro.ru Аккумулятор Makita 12V Ni-Mh

Если сравнивать эту технологию с Ni-Cd, то окажется, что Ni-MH имеет:

• меньшие размеры и вес ( большую энергоёмкость);
• малую токсичность;
• более высокую удельную ёмкость (на 30%);
• меньший эффект памяти;
• большую стойкость к падениям.

С другой стороны можно отметить и достаточно серьёзные недостатки при таком же сравнении:

• каждые сутки батарея теряет 1 % заряда  ( практически полный саморазряд за 3 месяца хранения);
• неспособность работы при температуре ниже -10 ˚С;
• восстановить ёмкость можно только в 40% случаев;
• в 2-3 раза меньший срок службы  - до 500 циклов (в случае использования в электроинструменте, по факту, не более 200 циклов); 
• чувствительность к глубокому разряду (производители рекомендуют разряжать максимум до 80%, определять которые приходится практически интуитивно);
• стоят заметно  дороже;
• Ni-MH существенно уступает кадмиевой технологии, поэтому хотя и используются в качестве источника энергии для электроинструмента, но с точки зрения пользователя они никогда не станут лучшим вариантом из возможных.

Li-ion (литий-ионные)

• Сегодня литий-ионные аккумуляторы активно продвигаются производителями, расширяется область их использования. Конечно, они имеют свои "плюсы", но и недостатков у них так же присутствуют.

Этот тип батарей не имеет себе равных на сегодняшний день в следующих параметрах:

• удельная ёмкость (она в 2-4 раза больше в сравнении с никель-кадмиевыми аккумуляторами);
• небольшой вес и габаритные размеры;
• наибольшая электрическая плотность;
• нет эффекта памяти (поэтому не требуют полного разряда).

Но с другой стороны Li-ion отличаются:

• плохой переносимостью отрицательных температур (несмотря на заявления  производителей,  электролит всё-таки замерзает);
• запрещено заряжать при температуре ниже плюс 7 градусов Цельсия.
• максимальным сроком службы всего 3-5 лет со дня изготовления,  в режиме электроинструмента  до 300 циклов). Срок службы данных элементов ограничен не только количеством циклов , но и временем со дня изготовления;
• требовательностью в обращении;
• небольшой вероятностью возгорания от перегрева   (хотя и предусмотрена электронная защита, контролирующая рабочие параметры батареи);
• высокой стоимостью.

Если говорить об использовании литий-ионных аккумуляторов в электроинструментах, то основным фактором, по которому они бесспорно впереди других имеющихся технологий, является очень большая ёмкость. В связи с этим оптимальной сферой использования Li-ion будут такие инструменты как дисковые пилы, угловые шлифовальные машины ("болгарки"), перфораторы.

Li-pol (литий-полимерные)

Это очередная  разработка на основе литий-ионной технологии. Отличие между ними состоит в том, что на смену жидкому электролиту пришёл гелеобразный полимер. В результате производителю удалось добиться повышения ёмкости аккумулятора и снятия любых ограничений в отношении формы корпуса батареи, включая ультратонкие элементы.

Явными недостатками помимо тех, которые имеют место у Li-ion элементов питания, являются:

• срок службы – 2 года со дня производства;
• 150-200 циклов;
• практически не работают при отрицательных температурах;
• запрещено заряжать при температурах ниже 7 градусов Цельсия;
• высокая требовательность к соблюдению режима эксплуатации;
• не терпят перегрузок, что может привести к возгоранию;
• и… внимание!!  высокая пожароопасность!!!

В качестве АКБ для электроинструмента Li-pol пока используются достаточно редко. Этот процесс сдерживается в основном их пожароопасностью и совсем небольшим ресурсом и сроком службы со дня изготовления.

LiFePO4 (литий-железо-фосфатные)

Изобретены в 1986 году. Имею ряд преимуществ и недостатков по сравнению с Li-ion аккумуляторами.

Достоинства по сравнению с Li-ion:

• работают на морозе до минус 30 градусов Цельсия (не все модификации);
• позволяют себя заряжать при отрицательных температурах;
• большая токоотдача ( позволяют подключать более мощные потребители);
• меньшее время заряда ( некоторые образцы позволяют полностью их зарядить за 15 минут без ущерба ресурсу);
• большее количество циклов заряд- разряд, практически в 10 раз имеют больший ресурс по циклам ( так же  превышают ресурс NiCD аккумуляторов );
• ресурс работы практически не ограничен временем со дня изготовления (не стареют от времени как Li-ion) срок службы более 10 лет;
• высокая безопасность (не воспламеняются при перегреве, перезаряде, высоких нагрузках, механических повреждениях , коротком замыкании), что весьма немаловажно.

Недостатки по сравнению с Li-ion:

•  цена  чуть выше, чем у Li-ion;
•  ниже удельная энергоёмкость по с равнению с Li-ion.

Пожалуй, это  все минусы  данной технологии.