Dlaczego nie warto przerabiać akumulatorów NiCd/NiMH na Li-ion?

Akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) oraz niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMh) były przez wiele lat standardem w starszego typu elektronarzędziach. Choć dziś są one często postrzegane jako przestarzałe i ciężkie w porównaniu do nowoczesnych akumulatorów litowo-jonowych (Li-ion), w praktyce ich przerabianie na Li-ion bardzo często nie ma technicznego ani ekonomicznego uzasadnienia. W niniejszym artykule wyjaśniamy, z czego wynikają te różnice i dlaczego taka konwersja zwykle przynosi więcej problemów niż realnych korzyści.

Czym różnią się najpopularniejsze typy akumulatorów

Akumulatory NiCd oraz NiMh występują najczęściej w zakresach napięć od 7,2V do 24V. Spotyka się więc zestawy 6-, 8-, 10-, 12-, 14-, 15- oraz 20-ogniwowe. Każde pojedyncze ogniwo ma napięcie nominalne 1,2V, minimalne 1,0V i maksymalne 1,4V. Aby uzyskać wymagane napięcie robocze, ogniwa w tych akumulatorach łączy się niemal wyłącznie szeregowo.

Pojedyncze ogniwo NiMh o napięciu nominalnym 1,2V.

Akumulatory litowo-jonowe to technologia nowsza i oparta na zupełnie innych parametrach pracy. Pojedyncze ogniwo Li-ion pracuje w zakresie od 2,8V* do 4,2V, przy czym 4,2V jest pełnym napięciem ładowania. W przeciwieństwie do NiCd/NiMh, w pakietach Li-ion stosuje się zarówno połączenia szeregowe (dla uzyskania wyższego napięcia), jak i równoległe (dla zwiększenia pojemności oraz wydajności prądowej).

Ogniwo Li-ion typu 21700 wykorzystywane w nowoczesnych pakietach.

Te różnice konstrukcyjne i napięciowe mają kluczowe znaczenie przy próbach zamiany jednej technologii na drugą i są źródłem wielu problemów pojawiających się po przeróbce.

Dlaczego użytkownicy rozważają przeróbkę na Li-ion

Najczęstszym powodem rozważania konwersji NiCd/NiMh na Li-ion jest przekonanie, że akumulatory litowo-jonowe są „lepsze”: lżejsze, nowocześniejsze i o większej pojemności. Użytkownicy liczą na dłuższy czas pracy elektronarzędzi, mniejszą wagę oraz brak tzw. efektu pamięci, z którym kojarzone są starsze technologie niklowe.

W praktyce jednak wiele z tych oczekiwań nie uwzględnia realnych różnic w napięciu, mocy i sposobie oddawania energii, a także ograniczeń wynikających z elektroniki zabezpieczającej akumulatory Li-ion.

Plusy i minusy konwersji w ujęciu praktycznym

Spadek mocy po konwersji na Li-ion

Najważniejszym i często pomijanym minusem przeróbki jest spadek mocy akumulatora. Dobrym przykładem jest popularny akumulator 12V. W technologii NiCd/NiMh taki akumulator ładuje się do 14V. Jeśli jego wydajność prądowa wynosi 30A, to maksymalna moc sięga 420W (14V × 30A).

Pakiet akumulatora NiCd 12V.

Po zastąpieniu go akumulatorem Li-ion o zbliżonym napięciu, czyli konfiguracją 3S (trzy ogniwa połączone szeregowo), maksymalne napięcie wynosi jedynie 12,6V. Co więcej, wydajność prądowa zależy od zastosowanej elektroniki ochronnej. W praktyce w takich przeróbkach nie stosuje się pełnoprawnych BMS-ów, lecz prostsze moduły PCM (Protection Circuit Module). Typowe prądy ciągłe takich układów to 20–25A. Przyjmując optymistycznie 25A, otrzymujemy maksymalną moc rzędu 315W. Różnica w porównaniu do 420W jest wyraźna i odczuwalna w pracy elektronarzędzia.

Ograniczenia elektroniki zabezpieczającej (BMS i PCM)

Kolejnym istotnym problemem jest sama elektronika zabezpieczająca. Zarówno BMS-y, jak i PCM-y mają ograniczoną wydajność prądową i wymagają skutecznego chłodzenia tranzystorów. Producenci często deklarują 20–30A, jednak w rzeczywistych warunkach, przy słabym odprowadzaniu ciepła, już przy 15A układ może się przegrzewać i wyłączać. Skutkuje to nagłymi przerwami w pracy, które użytkownicy często błędnie przypisują wadliwym ogniwom.

Problemy z kompatybilnością ładowarek

Następną wadą konwersji jest konieczność zmiany ładowarki. Ładowarki do NiCd/NiMh nie nadają się do ładowania akumulatorów Li-ion, ponieważ obie technologie mają zupełnie inne krzywe ładowania oraz inne napięcia końcowe. Przykładowo, akumulator 12V NiCd/NiMh ładuje się do 14V, natomiast Li-ion 3S tylko do 12,6V. Przeróbka wymaga więc montażu dodatkowego gniazda ładowania w obudowie akumulatora oraz zakupu odpowiedniej ładowarki Li-ion (3S lub 4S), co generuje kolejne koszty i komplikacje.

Wpływ konwersji na pracę i trwałość elektronarzędzia

Nie bez znaczenia jest również wpływ takiej modyfikacji na sam sprzęt. Elektronarzędzia projektowane pod akumulatory NiCd/NiMh mają określone założenia dotyczące charakterystyki napięcia i spadku mocy w trakcie rozładowania. Zastosowanie Li-ion zmienia tę charakterystykę, co może negatywnie wpływać na dynamikę pracy oraz długoterminową żywotność urządzenia.

Fakty i mity dotyczące konwersji akumulatorów na Li-ion

Jednym z najczęstszych mitów jest przekonanie, że każdy akumulator Li-ion automatycznie zapewni większą moc. Jak pokazują proste obliczenia, w wielu przypadkach jest wręcz odwrotnie – szczególnie przy elektronarzędziach wymagających dużych prądów.

Innym nieporozumieniem jest utożsamianie tanich modułów PCM z pełnoprawnymi BMS-ami. W praktyce są to proste układy ochronne, których deklarowana wydajność często nie ma wiele wspólnego z rzeczywistymi możliwościami, zwłaszcza bez odpowiedniego chłodzenia.

Często pomijany jest także koszt całej operacji. Aby przeróbka miała sens, konieczne jest zastosowanie markowych ogniw Li-ion o wysokiej wydajności prądowej, co najmniej 20–25A. Ogniwa 15A nie sprawdzą się w elektronarzędziach, bo nie zapewnią wymaganej mocy. Do tego dochodzi koszt solidnego PCM, nowej ładowarki Li-ion (zwykle 60–100 zł brutto) oraz czas i materiały potrzebne na modyfikację obudowy akumulatora.

Podsumowanie i wnioski końcowe

Po zsumowaniu wszystkich wad i kosztów okazuje się, że przeróbka akumulatora NiCd/NiMh na Li-ion bardzo często jest nieopłacalna. Spadek mocy, problemy z elektroniką zabezpieczającą, konieczność zmiany ładowarki, ryzyko usterek oraz wysoki koszt komponentów sprawiają, że taka konwersja może kosztować nawet dwukrotnie więcej niż regeneracja akumulatora w oryginalnej technologii.

Regeneracja NiCd/NiMh, wykonana na dobrej jakości ogniwach o pojemnościach od 1,5Ah do 3,3Ah, pozwala zachować pełną kompatybilność ze sprzętem, oryginalną charakterystykę pracy oraz realną moc, do której elektronarzędzie zostało zaprojektowane. W wielu przypadkach jest to rozwiązanie prostsze, tańsze i po prostu rozsądniejsze niż pozornie atrakcyjna, lecz problematyczna przeróbka na Li-ion.

^* Dolne napięcie rozładowania ogniwa Li-ion zależy od konkretnego modelu ogniwa. Dokładne wartości graniczne określa producent w dokumentacji technicznej (datasheet) danego ogniwa.