Некоторые аккумуляторные батареи можно восстановить с помощью внешних средств, например, путем полного разряда. Однако есть много дефектов, которые нельзя исправить. К ним относятся высокое внутреннее сопротивление, повышенный саморазряд, короткое замыкание, высыхание, коррозия пластин и общий химический распад.

Снижение производительности аккумулятора происходит естественным образом в результате использования и старения; некоторые ускоряются из-за отсутствия технического обслуживания, суровых полевых условий и плохой практики зарядки. В этой статье исследуются причины неисправимых проблем с аккумулятором и исследуются способы минимизировать эти поломки.

Высокий саморазряд

Все батареи подвержены саморазряду. Это не является дефектом как таковым, хотя неправильное использование ухудшает состояние. Саморазряд асимптотический; самая большая потеря происходит сразу после зарядки, а затем уменьшается.

Аккумуляторы на никелевой основе обладают относительно высоким саморазрядом. При температуре окружающей среды новый никель-кадмиевый аккумулятор теряет около 10% своей емкости в первые 24 часа после зарядки. После этого саморазряд снижается до 10% в месяц. Более высокая температура существенно увеличивает саморазряд. Как правило, скорость саморазряда удваивается с увеличением температуры на каждые 10 ° C (18 ° F). Саморазряд никель-металлогидрида примерно на 30% выше, чем никель-кадмиевый.

Саморазряд увеличивается после нескольких сотен циклов включения и выключения никелевого аккумулятора. Пластины аккумулятора начинают набухать и более плотно прижимаются к сепаратору. Металлические дендриты, являющиеся результатом образования кристаллов (памяти), также увеличивают саморазряд, повреждая сепаратор. Утилизируйте никелевую батарею, если саморазряд достигает 30% за 24 часа

Саморазряд литий-ионной батареи составляет 5% в первые 24 часа после зарядки, а затем снижается до 1–2% в месяц. . Цепь безопасности добавляет около 3%. Большое количество циклов и старение мало влияют на саморазряд литиевых батарей. Свинцово-кислотный аккумулятор саморазряжается всего на 5% в месяц или 50% в год. Повторяющаяся глубокая езда на велосипеде увеличивает саморазряд. 

Процент саморазряда можно измерить с помощью анализатора батареи, но процедура занимает несколько часов. Повышенное внутреннее сопротивление батареи часто отражается в более высоком внутреннем сопротивлении батареи, параметре, который можно измерить с помощью измерителя импеданса или программы OhmTest анализаторов батарей Cadex.

Сопоставление ячеек

Даже при использовании современных технологий производства невозможно точно предсказать емкость элементов, особенно для элементов на основе никеля. В рамках производства каждая ячейка измеряется и разделяется на категории в соответствии с присущими им уровнями мощности. Ячейки A высокой емкости обычно продаются для специальных применений по более высокой цене; В-элементы среднего класса используются в коммерческих и промышленных целях; а низкокачественные ячейки «C» продаются по бросовым ценам. Езда на велосипеде не приведет к значительному увеличению емкости младших ячеек. Приобретая аккумуляторные батареи по сниженной цене, покупатель должен быть готов принять более низкие уровни емкости.

Совпадение ячеек в пачке должно составлять +/- 2,5%. Более жесткие допуски требуются для батарей с большим количеством ячеек, которые обеспечивают высокие токи нагрузки и батареи, работающие при низких температурах. Если только немного, то элементы в новой батарее адаптируются друг к другу после нескольких циклов зарядки / разрядки. Существует корреляция между хорошо сбалансированными элементами и долговечностью батареи.

Почему так важно сопоставление ячеек? Слабый аккумулятор имеет меньшую емкость и разряжается быстрее, чем сильный. Этот дисбаланс может вызвать переворот слабого элемента, если он разряжен слишком слабо. После зарядки слабый элемент готов первым и переходит в режим перегрева, в то время как более сильный элемент все еще принимает заряд и остается холодным. В обоих случаях слабая клетка оказывается в невыгодном положении, что делает ее еще слабее и способствует более острому несовпадению клеток. 

Качественные элементы более стабильны по емкости и более равномерно стареют, чем аналоги более низкого качества. Производители высококачественных электроинструментов выбирают элементы высокого качества из-за их долговечности при больших нагрузках и экстремальных температурах. Дополнительная стоимость окупается за более длительные упаковки.

Элементы на основе лития по своей природе очень похожи, когда они сходят с производственной линии. Жесткие допуски важны, потому что все элементы в батарее должны достичь пороговых значений напряжения полной зарядки и конца разряда за единое время. Встроенная схема защиты защищает от ячеек, напряжение которых не соответствует нормальному.

Закороченные ячейки

Производители часто не могут объяснить, почему в некоторых элементах возникает высокая утечка тока или короткое замыкание, хотя они еще относительно новые. Подозреваемый виноват - инородные частицы, загрязняющие клетки во время производства. Другая возможная причина - неровности на пластинах, которые повреждают сепаратор. Улучшение производственных процессов значительно снизило уровень «детской смертности».

Инверсия ячеек, вызванная глубокой разрядкой, также способствует короткому замыканию ячеек. Это может произойти, если никелевый аккумулятор полностью разряжен под большой нагрузкой. Никель-кадмиевый разработан с некоторой защитой от обратного напряжения. Однако высокий обратный ток вызовет постоянное короткое замыкание. Другой фактор - повреждение сепаратора из-за неконтролируемого образования кристаллов, также известного как память.

Применение кратковременных сильноточных всплесков в попытке восстановить закороченные ячейки дает ограниченный успех. Короткое замыкание может временно испариться, но повреждение материала сепаратора останется. Отремонтированный элемент часто демонстрирует высокий саморазряд, а короткое замыкание часто возвращается. Замена закороченного элемента в устаревшем пакете не рекомендуется, если новый элемент не соответствует другим с точки зрения напряжения и емкости.

Потеря электролита

Несмотря на герметичность, элементы могут терять некоторое количество электролита в течение срока службы, особенно если вентиляция происходит из-за чрезмерного давления во время неосторожной зарядки. После вентиляции подпружиненное вентиляционное уплотнение на никелевых элементах может никогда не закрываться должным образом, что приведет к накоплению белого порошка вокруг отверстия уплотнения. Потеря электролита в конечном итоге снижает емкость аккумулятора. 

Проникновение или потеря электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах с регулируемым клапаном (VRLA) является повторяющейся проблемой. Причины - перезарядка и работа при высоких температурах. Восполнение потерянной жидкости путем добавления воды дает ограниченный успех. Хотя некоторая емкость может быть восстановлена, производительность становится ненадежной. 

При правильной зарядке литий-ионный элемент никогда не должен выделять газы и вызывать вентиляцию. Но, несмотря на то, что говорится, литиевые элементы могут создавать внутреннее давление при определенных условиях. В некоторых ячейках есть электрический выключатель, который отключает ток, если давление в ячейке достигает критического уровня. Другие клетки разрывают мембрану, выделяя газы контролируемым образом. литий-ионный полимер в ячейке мешка иногда вырастает до формы небольшого воздушного шара, потому что эти ячейки не включают вентиляцию. Известно, что надувная ячейка может повредить корпус портативного устройства. 
 

Рис. 1:  Литий-ионно-полимерный элемент в пакетной упаковке. Ультратонкие, некоторые элементы выделяют водород во время зарядки и раздуваются. Сила может повредить корпус портативного устройства.