Батареи на основе никель-кадмиевых элементов всё ещё популярны во всех видах электро-отверток и другого инструмента, поскольку они хорошо переносят перегрузки и предлагают относительно высокую емкость при невысокой цене. У них конечно есть недостатки, такие как высокая скорость саморазряда и более сложный процесс зарядки, чем у других типов элементов.

На фото показаны аккумулятор, база зарядного устройства и трансформатор. Блок питания сюда должен быть именно трансформаторным, при импульсном блоке питания зарядное устройство не заряжает должным образом из-за стабильности выходных характеристик БП.

Сам источник питания 24 В / 400 мА очень компактный. Батарея имеет емкость 1 Ач и номинальное напряжение 18 В, что означает 15 ячеек подключенных последовательно. Внутри очень маленькая, почти пустая платка. Процесс зарядки ячеек управляется простым резистором. Это означает, что аккумулятор очень легко перезарядить, что проявляется в его высокой температуре.

Вот схема этого предельно простого ЗУ

Трансформатор снижает сетевое напряжение, диодный выпрямитель выпрямляет его, а электролитический конденсатор фильтрует. Затем через резистор R1 и диод D2 на батарею подается напряжение 24 В. Резистор R2 ограничивает ток красного светодиода D3, который указывает на наличие напряжения. Светодиод D4 загорается при подключении батарей из-за падения напряжения на R1 и D2. Теоретически, R1 ограничивает зарядный ток, но на практике это не работает, потому что единственное ограничение тока – трансформатор. Другими словами, зарядка разряженного аккумулятора означает, что блок питания работает практически в состоянии короткого замыкания, который значительно нагревается. Почти до 80 градусов.

Даже когда аккумулятор полностью заряжен, процесс не прерывается. Через батарею постоянно протекает ток около 300 мА. В результате аккумулятор нагревается, и в элементах создается давление из-за выделения кислорода. Поэтому процесс зарядки нужно все время контролировать вручную, то есть касание рукой аккумулятора, и останавливать процесс, как только он начинает нагреваться.

Более того, из-за такой примитивной конструкции невозможно даже заменить оригинальный блок питания на преобразователь, потому что он (справедливо) обнаруживает короткое замыкание и отключает питание. Именно слабый трансформаторный источник питания является важной частью зарядного устройства.

Так как же правильно определить окончание процесса зарядки? Это сложнее чем с другими типами АКБ, потому что NiCd-элементы не имеют постоянного значения полного заряда. Единственный способ – контролировать напряжение во время зарядки – о завершении указывает падение напряжения примерно на 5 мВ на элемент в батарее.

Большинство (если не все) старых электроотверток с питанием от NiCd имеют именно такую систему зарядки. Другого решения не встречалось даже в фирменном оборудовании. И при правильно подобранном трансформаторе это не особо плохое решение. Зарядный ток будет уменьшаться с увеличением напряжения на элементах.

Но лучше вообще забудьте о никель-кадмиевых батареях в инструментах. Эффект памяти, саморазряд, избежание глубокого разряда, вес, малая емкость… На фирме было несколько таких отверток – они получили новую жизнь именно благодаря использованию самодельных литий-ионных батарей из 18650. Независимо от того, когда они были заряжены в последний раз – вы снимаете их с полки, и всё работает.

По простоте конечно такое зарядное устройство будет лидировать. Зарядка пульсирующим током, который автоматически снижается при увеличении напряжения аккумулятора, маломощный источник питания. Аккумуляторы NI-CD переносят перезарядку однозначно лучше, чем LI-iON и остаётся 2 недостатка – длительное время зарядки и отсутствие отключения зарядки если например на всю неделю оставим его в зарядном устройстве (а такое бывает?). Первые электро-отвертки прослужили долгие годы. Что касается профессиональных NI-CD аккумуляторах – они могут держать ток очень долго с небольшим саморазрядам, как например у шахтёрских фонарей.

Такие элементы были нормальными раньше, но если АКБ произведены сейчас, после стольких лет выдержки на полках магазинов такая батарея является уже мусором в день покупки.

Резистор R1 на схеме не используется для ограничения тока зарядки, а является лишь частью индикатора зарядки вместе с R3 и D4. Диод D2 служит защитой от обратной полярности, хотя теоретически мы не можем вставить батарею вверх ногами. Неизвестно, преднамеренно рассчитан трансформатор на перегрузку или нет. Ni-Cd элементы заряжаются током, и очень важно не перегружать их слишком большим зарядным током, тем более что здесь нет цепи отключения. Таким образом, зарядный ток полностью разряженной батареи ограничен 1,3 А.

NiCd / NiMh элементы обычно имеют конечное напряжение 1,46 В, многие умные зарядные устройства заряжают их до 1,52 В.

Итак, 15 x 1,52 = 22,8 В. Если принять во внимание этот кремниевый диод с напряжением около 0,7 В, то при 24 В на мостике зарядный ток упадет до 27 мА, и это нормально. NiCd-элементы имеют больший допуск на перезарядку, порядка 0,1 C. Так что 100 мА будет нормально.

После полной зарядки аккумулятор начинает нагреваться из-за перезарядки. Эта схема не сигнализирует о завершении процесса зарядки, и это ее главный недостаток. Номинальная емкость также не постоянна, но в отличие от многих других типов АКБ она сначала растет, достигает максимума около 200-300 циклов, и только потом снова начинает снижаться.

Кроме того, что касается трансформатора в источнике питания, если он специально не предназначен для самоограничения тока, то может выдавать гораздо больший ток при коротком замыкании, чем это может быть указано. На корпусе блока питания ничего не написано о том, встроено ли в трансформатор такое ограничение или нет. Этот трансформатор имеет мощность 9,6 ВА, что означает 24 В при 400 мА, но это вполне может означать 1 В при 9,6 А и 100 мВ при 96 А. Только правильно сконструированные трансформаторы устойчивы к короткому замыканию. Их можно встретить, например, в более старых устройствах для питания дверных звонков.

1. Предполагая, что разряжаем батарею до 1 В на элемент, у нас 15 В на разряженной батарее: 24 В – 0,7 В (диод) – 15 В = 8,3 В разность потенциалов между источником питания и аккумулятором. А 8,3 В / 18 Ом = 461 мА, это ток через разряженную батарею.
2. Предполагая, что батарея заряжена до 1,44 В на элемент, тут 21,6 В на заряженной батарее: 24 В – 0,7 В (диод) – 21,6 В = 1,7 В разность потенциалов между источником питания и аккумулятором. А 1,7 В / 18 Ом = 95 мА – это сколько проходит через заряженный аккумулятор.

Зарядное устройство построено – вопреки внешнему виду – правильно. Для никель-кадмиевых аккумуляторов используется указание по применению. Для заданной емкости установлен зарядный ток 1/10 емкости. Например, аккумулятор на 2200 мАч будет заряжаться током 220 мА – на практике немного меньше. Устройство для определения окончания заряда не требуется, когда типичный Ni-Cd аккумулятор с током Q10 может быть постоянно подключен к источнику питания и не повреждает его. Теоретически. На практике аккумулятор следует отключать после 15 часов зарядки.

Таким образом зарядка постоянным током – это правильный, самый простой и эффективный способ заряда никель-кадмиевых аккумуляторов. Конечно, есть и недостатки. Главный – долгое время зарядки, обычно на это уходит несколько часов.

Стоит проверить заявленный производителем ток для аккумуляторов. Если это Q10, то волноваться не о чем, аккумулятор будет долговечным, и оставление его в таком зарядном устройстве даже на много дней не повредит и не перезарядит аккумулятор. Но если ток превышает Q10, нужно следить за временем и отключать питание по истечении этих нескольких часов.

Хотя схема проста, она гарантирует, что элементы почти полностью будут заряжены. Кроме того, никель-кадмиевые элементы гораздо менее чувствительны к перезарядке малым током. Если, конечно, это рабочие АКБ. То что схема долго заряжает элементы, является ее недостатком, но стоимость с лихвой компенсирует это.