Те, кто на даче не имеют электричества, наверняка испытывают определенные неудобства в самых элементарных вещах. Ну ладно там, нет холодильника или телевизора… Но ведь порой даже мобильный телефон подзарядить нет возможности. Запасных аккумуляторов — не напасешься и не навозишься.
Между тем, существует довольно простой способ получить электрический ток достаточный для работы простейших электронных устройств прямо на месте и без больших затрат. Да, лампочку к такому источнику не подключить, но обеспечить электропитанием небольшой радиоприемник или подзарядить мобильник ему вполне по силам. Такой же источник сможет зарядить небольшие аккумуляторы и в походе, пока туристы спят или отдыхают. И что особенно ценно, данный источник стоит буквально копейки, работает независимо ни от каких погодных условий и не имеет вообще никаких подвижных частей.
Принцип работы данного источника тока основан на том, что некоторые металлы образуют между собой т.н. гальванические пары. Т.е. при их соприкосновении образуется простейший гальванический элемент, вырабатывающий электрический ток. Например, по этой причине нельзя соединять напрямую провода из меди и алюминия. В месте их контакта немедленно начинает образовываться закись меди, приводящая к нарушению контакта.
Если два электрода из таких металлов поместить в электролит, они начнут вырабатывать электрический ток. Почему же не использовать этот эффект для того, что бы решить хотя бы одну проблему — с той же зарядкой мобильного телефона в условиях отсутствия электросети.
При устройстве такого простейшего элемента можно использовать в качестве электродов любые медные и железные отрезки проволоки, а лучше — пластины. Пластины дадут бОльший ток. А качестве электролита подойдет сырая земля (грунт), которую лучше пропитать солевым раствором.
Что бы не портить землю на своем участке, лучше насыпать землю в ведра (можно и дырявые) или даже в полиэтиленовые пакеты.
В пакет насыпается земля, обильно поливается соляным раствором и в нее втыкаются два электрода. Если к этим электродам подключить вольтметр, вы увидите, что он показывает наличие напряжения.
Разумеется, напряжение такого элемента невелико — 0,5-1 вольт максимум. А ток, который он вырабатывает 20-50 мА. Но что нам мешает сделать несколько таких элементов и соединить их последовательно! Таким образом мы достигнем необходимого напряжения, достаточного для зарядки аккумулятора мобильного телефона или другого устройства.
Разумеется, такой элемент примитивен, имеет невысокий КПД. Но! Во-первых, он крайне дешев и делается действительно из материалов, которые валяются под ногами — (проволока, обрезки труб, пластины металла). Во-вторых, он не требует никаких телодвижений с вашей стороны после его изготовления. Он необслуживаемый! Один раз сделал — пользуйся весь сезон. Ну разве что поливай периодически, поддерживая влажности грунта. В третьих — сделать его по силам даже школьнику младших классов.
В четвертых — он очень мобилен. Что немаловажно для туристов, например. Разбили стоянку, воткнули электроды в землю, вылили ведро воды и извольте заряжаться. За ночь аккумуляторы фонариков, мобильных телефонов, раций, фотоаппаратов и навигаторов получат необходимую подпитку.
Такими элементами пользовались еще на заре электроники, когда батареи были очень дефицитны и дороги. Теперь же с появлением весьма экономичных и низковольтных электронных приборов массового пользования они возможно кому то снова смогут принести пользу.
Автор статьи: Неизвестен
Проблема повторного использования гальванических элементов питания давно волнует любителей электроники. В технической литературе неоднократно публиковались различные методы "оживления" элементов, но, как правило, они помогали только один раз, да и ожидаемой емкости не давали.В результате экспериментов удалось определить оптимальные токовые режимы регенерации и разработать зарядные устройства, пригодные для большинства элементов. При этом они обретали первоначальную емкость, а иногда и несколько превосходящую ее.
Восстанавливать нужно элементы, а не батареи из них, поскольку даже один из последовательно соединенных элементов батареи, пришедший в негодность (разряженный ниже допустимого уровня) делает невозможным восстановление батареи.
Что касается процесса зарядки, то она должна проводиться асимметричным током с напряжением 2,4...2,45 В . При меньшем напряжении регенерация весьма затягивается и элементы после 8...10 часов не набирают и половинной емкости. При большем же напряжении нередки случаи вскипания элементов, и они приходят в негодность.
Перед началом зарядки элемента необходимо провести его диагностику, смысл которой состоит в определении способности элемента выдерживать определенную нагрузку. Для этого к элементу подключают вначале вольтметр и измеряют остаточное напряжение, которое не должно быть ниже 1 В . (Элемент с меньшим напряжением непригоден к регенерации.) Затем нагружают элемент на 1...2 секунды резистором 10 Ом , и, если напряжение элемента упадет не более чем на 0,2 В , он пригоден к регенерации.
Электрическая схема зарядного устройства, приведенная на рис. 1 (предложил Б. И. Богомолов), рассчитана на зарядку одновременно шести элементов (G1...G6 типа 373, 316, 332, 343 и других аналогичных им).
Рис. 1
Самой ответственной деталью схемы является трансформатор Т1 , так как напряжение во вторичной обмотке у него должно быть строго в пределах 2,4...2,45 В независимо от количества подключенных к нему в качестве нагрузки регенерируемых элементов.
Если готового трансформатора с таким выходным напряжением найти не удастся, то можно приспособить уже имеющийся трансформатор мощностью не менее 3 Вт , намотав на нем дополнительно вторичную обмотку на нужное напряжение проводом марки ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,8.,.1,2 мм . Соединительные провода между трансформатором и зарядными цепями должны быть возможно большего сечения.
Продолжительность регенерации 4...5 , а иногда и 8 часов . Периодически тот или иной элемент надо вынимать из блока и проверять его по методике, приведенной выше для диагностики элементов, а можно следить с помощью вольтметра за напряжением на заряжаемых элементах и, как только оно достигнет 1,8...1,9 В , регенерацию прекратить, иначе элемент может перезарядиться и выйти из строя. Аналогично поступают в случае нагрева какого-либо элемента.
Лучше всего восстанавливаются элементы, работающие в детских игрушках, если ставить их на регенерацию сразу же после разряда. Причем такие элементы, особенно с цинковыми стаканами, допускают многоразовую регенерацию. Несколько хуже ведут себя современные элементы в металлическом корпусе.
В любом случае, главное для регенерации не допускать глубокого разряда элемента и вовремя ставить его на подзарядку, так что не спешите выбрасывать отработанные гальванические элементы.
Вторая схема (рис. 2 ) использует тот же принцип подзарядки элементов пульсирующим ассимметричным электрическим током. Она предложена С. Глазовым и проще в изготовлении, так как позволяет использовать любой трансформатор с обмоткой, имеющей напряжение 6,3 В . Лампа накаливания HL1 (6,3 В; 0,22 А) выполняет не только сигнальные функции, но и ограничивает зарядный ток элемента, а также предохраняет трансформатор в случае коротких замыканий в цепи зарядки.
Рис. 2
Стабилитрон VD1 типа КС119А ограничивает напряжение заряда элемента. Он может быть заменен набором из последовательно включенных диодов - двух кремниевых и одного германиевого - с допустимым током не менее 100 мА . Диоды VD2 и VD3 - любые кремниевые с тем же допустимым средним током, например КД102А, КД212А .
Емкость конденсатора С1 - от 3 до 5 мкФ на рабочее напряжение не менее 16В . Цепь из переключателя SA1 и контрольных гнезд Х1, Х2 для подключения вольтметра. Резистор R1 - 10 Ом и кнопка SB1 служат для диагностики элемента G1 и контроля его состояния до и после регенерации.
Нормальному состоянию соответствует напряжение не менее 1,4 В и его уменьшение при подключении нагрузки не более чем на 0,2 В .
О степени заряженности элемента можно также судить по яркости свечения лампы HL1 . До подключения элемента она светится примерно в полнакала. При подключении разряженного элемента яркость свечения заметно увеличивается, а в конце цикла зарядки подключение и отключение элемента почти не вызывает изменения яркости.
При подзарядке элементов типа СЦ-30, СЦ-21 и других (для наручных часов) необходимо последовательно с элементом включать резистор на 300...500 Ом . Элементы батареи типа 336 и других заряжаются поочередно. Для доступа к каждому из них нужно вскрыть картонное донышко батареи.
Рис. 3
Если требуется восстановить заряд только у элементов питания серии СЦ , схему для регенерации можно упростить, исключив трансформатор (рис. 3 ).
Работает схема аналогично вышеприведенным. Зарядный ток (I зар ) элемента G1 протекает через элементы VD1, R1 в момент положительной полуволны сетевого напряжения. Величина I зар зависит от величины R1 . В момент отрицательной полуволны диод VD1 закрыт и разряд идет по цепи VD2 , R2 . Соотношение I зар и I разр выбрано 10:1 . У каждого типа элемента серии СЦ своя емкость, но известно, что величина зарядного тока должна составлять примерно десятую часть от электрической емкости элемента питания. Например, для СЦ-21 - емкость 38 мА-ч (Iзар=3,8 мА, Iразр=0,38 мА) , для СЦ-59 - емкость 30 мА-ч (Iзар=3 мА, Iразр=0,3 мА) . На схеме указаны номиналы резисторов для регенерации элементов СЦ-59 и СЦ-21 , а для других типов их легко определить, воспользовавшись соотношениями: R1=220/2·lзap, R2=0,1·R1 .
Установленный в схеме стабилитрон VD3 в работе зарядного устройства участия не принимает, но выполняет функцию защитного устройства от поражения электрическим током - при отключенном элементе G1 на контактах Х2, ХЗ напряжение не сможет возрасти больше, чем уровень стабилизации. Стабилитрон КС175 подойдет с любой последней буквой в обозначении или же может быть заменен двумя стабилитронами типа Д814А , включенными последовательно навстречу друг другу ("плюс" к "плюсу"). В качестве диодов VD1, VD2 подойдут любые с рабочим обратным напряжением не менее 400 В .
Рис. 4
Время регенерации элементов составляет 6...10 часов . Сразу после регенерации напряжение на элементе будет немного превышать паспортную величину, но через несколько часов установится номинальное - 1,5 В .
Восстанавливать таким образом элементы СЦ удается три-четыре раза, если их ставить вовремя на подзарядку, не допуская полного разряда (ниже 1В ).
Аналогичный принцип работы имеет схема, показанная на рис. 4 . Она в особых пояснениях не нуждается.
Иванов Б.С. "В помощь радиокружку"
С амая разнообразная бытовая аппаратура (радиоприемники, магнитофоны, электропроигрывающие устройства), измерительные приборы, электронные часы и многие другие конструкции питаются от гальванических элементов и батарей. Проходит время, и источник питания приходится заменять, выбрасывая порою еще пригодные к работе элементы и батареи. Пригодные потому, что их, подобно автомобильной аккумуляторной батарее, можно подзарядить и пустить в работу вновь.
П роцесс восстановления работоспособности гальванического источника питания называют регенерацией, впервые о нем заговорили более трех десятилетий назад. Практика показала, что не каждый элемент (или батарея) пригоден для регенерации, а лишь тот, у которого напряжение, а значит и емкость, не опустились ниже определенной отметки. К примеру, для батареи 3336 таким пределом можно считать напряжение 2,4 В. Гальванический же элемент подлежит регенерации в случае, если его ЭДС не более чем на 0,2 В выше напряжения под нагрузкой. Причем ток нагрузки во время проверки должен быть равен примерно 5...10% значения номинальной емкости элемента.
С хема простейшего прибора для проверки способности элемента (или батареи) к регенерации приведена на рис. 109. Вольтметром PV1 измеряют ЭДС и напряжение испытываемого источника (его подключают к зажимам ХТ1 и ХТ2 в указанной на схеме полярности), а кнопочными выключателями SB1 и SB2 задают тот или иной режим разрядки (сопротивления нагрузки).
К ак свидетельствуют эксперименты, наиболее успешно поддаются восстановлению элементы (батареи), эксплуатирующиеся при больших токах нагрузки (детские игрушки, карманные фонари, переносные магнитофоны и т. д.), хуже - источники, работающие при малых токах (портативные радиоприемники, электромеханические часы-будильники).
Р ассказ о восстановлении гальванических элементов (батарей) следует начать, пожалуй, с того случая, когда подобный источник питания долго хранился и высох. Тогда нужно проделать шилом или тонким гвоздем два отверстия в верхней картонной крышке и битумной заливке элемента и впрыснуть в одно из отверстий с помощью медицинского шприца немного воды (лучше дистиллированной). При этом через второе отверстие будет выходить вытесняемый воздух. Кроме того, это отверстие станет контрольным - как только в нем покажется вода, шприц вынимают.
П осле "укола" отверстие заплавляют горячим паяльником или пламенем зажженной спички. Через некоторое время, а иногда и сразу, элемент готов к работе.
А налогично поступают с батареей, делая "укол" в каждый ее элемент.
Е сли же элемент (батарея) потерял первоначальную емкость во время эксплуатации, его подключают к зарядному устройству. А чтобы элемент зарядился, нужно пропустить через него вполне определенный зарядный ток и продержать элемент в таком состоянии положенное время. Обычно для аккумуляторов зарядный ток берется равным десятой части его емкости. Такое же соотношение можно принять и для гальванических источников питания. Поэтому зарядные устройства несколько отличаются друг от друга по схемотехническим решениям: ведь каждое из них обеспечивает зарядный ток для "своей" батареи.
У стройство, схема которого приведена на рис. 110, заряжает элементы 332 и 316 и даже малогабаритные аккумуляторы Д-0,2. Оно обеспечивает зарядный ток около 20 мА. Основная часть устройства - выпрямитель, собранный на диодах VD1 и VD2. Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром C1R2C2 и подается на зажимы ХТ1 и ХТ2, к которым подключают заряжаемый источник питания. Стабилитрон VD3 предохраняет от пробоя конденсаторы при случайном отключении нагрузки, резистор R1 ограничивает зарядный ток.
Р езистор R1 лучше всего применить марки ПЭВ (остеклованный, проволочный), но его можно составить и из четырех последовательно соединенных МЛТ-2 сопротивлением по 2 кОм (один из резисторов - 2,2 кОм). Диоды могут быть любые другие, рассчитанные на обратное напряжение не ниже 300 В и выпрямленный ток более 50 мА, а стабилитрон (кроме указанного на схеме) - Д809, Д814А, Д814Б. Конденсаторы - К50-6 или другие. Зажимы - любой конструкции. При отсутствии гасящего резистора R1 большой мощности или резисторов МЛТ-2 вместо него подойдет обыкновенный бумажный конденсатор емкостью 0,2...0,25 мкФ на номинальное напряжение не ниже 400 В.
Д ля зарядки элементов 373, 343 и батарей 3336 предназначено другое устройство (рис. 111), в котором гасящий резистор (он должен быть значительно большей мощности по сравнению с таким же резистором предыдущего устройства) заменен бумажным конденсатором С1. Параллельно конденсатору включен шунтирующий резистор R1, позволяющий конденсатору разряжаться после выключения устройства. Последующие цепи из диодов, конденсаторов и резисторов имеют такое же назначение, что и в предыдущем устройстве.
Н е удивляйтесь, что к этому зарядному устройству предлагается подключать источники с разным напряжением - 1,5 и 4,5 В. Зарядный ток у них разный, поэтому при подключении, скажем, элемента 373 из-за возрастания тока через него напряжение на выводах элемента упадет до указанного.
Д о сих пор мы говорили о зарядке гальванических элементов и батарей строго постоянным током, т. е. выпрямленным током, "очищенным" от пульсации переменного напряжения. Несколько лучшие результаты получаются при зарядке этих источников питания так называемым асимметричным переменным током, имеющим положительную постоянную составляющую. Простейшим источником такого тока является однополупериодный выпрямитель на диоде, шунтированном постоянным резистором, и без фильтрующих конденсаторов. Выпрямитель подключают к вторичной обмотке понижающего трансформатора с напряжением 5...10В.
Т огда при одном полупериоде сетевого напряжения ток будет протекать через диод и заряжаемый элемент (или батарею), а при другом - через резистор и ту же нагрузку. Изменением сопротивления резистора можно подбирать соотношение (асимметрию) между постоянной составляющей тока зарядки и эффективным значением его переменной составляющей в пределах 5...25 (практически это соотношение поддерживают в пределах 13...17).
В ариант с шунтирующим резистором обладает, к сожалению низким КПД и еще одним недостатком - при случайном отключении сетевого напряжения (или нарушении контакта сетевой вилки) источник питания будет разряжаться через резистор и вторичную обмотку трансформатора.
Б олее оптимален вариант с шунтирующим конденсатором (рис. 112). Его емкость такова, что на частоте 50 Гц емкостное сопротивление конденсатора получается равным примерно 320 Ом - оно и определяет асимметрию. Кроме того, в зарядную цель включена лампа HL1, выполняющая как роль стабилизатора зарядного тока, так и индикатора степени заряженности нагрузки - по мере зарядки источника G1 яркость лампы падает.
П онижающий трансформатор Т1 выполнен с отводами во вторичной обмотке. Это нужно для подбора напряжения, подаваемого на выпрямитель в зависимости от зарядного тока нагрузки.
П ри подключении к выпрямителю выводов 3-6 вторичной обмотки устройство готово к зарядке - регенерации батарей 3336 либо элементов 373, требующих постоянной составляющей зарядного тока 200... 400 мА. Если же подать на выпрямитель напряжение с выводов 4-6, к зарядному устройству можно подключать элементы 343, 332, 316. Если ток зарядки элементов 373 или 343 окажется чрезмерным, его нетрудно уменьшить подключением к выпрямителю выводов 3-5. Одним словом, комбинацией подключения к выпрямителю тех или иных выводов вторичной обмотки можно подбирать нужный зарядный ток.
Е сли же в вашем распоряжении окажутся лишь трансформаторы без отводов во вторичной обмотке, следует руководствоваться тем, что подводимое к выпрямителю (иначе говоря, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора) эффективное значение напряжения должно быть 2,3...2,4 В на один регенерируемый элемент. Поэтому при регенерации, например, батареи 3336, это напряжение должно составить 6,9...7,2 В.
Р егенерацию желательно проводить раздельно для каждого гальванического элемента, однако в некоторых случаях можно включать последовательно два-три элемента и подключать получившуюся батарею к зарядному устройству. Но такой вариант возможен лишь при одинаковой или близкой степени разряженности всех элементов. В противном случае самый "худший" (наиболее разряженный) элемент ограничивает ток, что скажется на времени и качестве регенерации.
В ыпрямительный диод может быть любой низковольтный, допускающий ток до 300 мА, оксидный конденсатор - К50-6, лампа - на напряжение 3,5 или 6,3 В (МН 3,5-0,14, МН 6,3-0,3). Трансформатор - самодельный, изготовленный на базе унифицированного выходного трансформатора звука ТВЗ-1-1. Его первичная обмотка остается, а вторичная дорабатывается - у нее делают отводы. Для этого от вторичной обмотки отматывают (но не обрывают) 30 витков, делают отвод (вывод 4), наматывают 26 витков и вновь делают отвод (вывод 5), наматывают оставшиеся 4 витка и подпаивают к концу провода вывод (6).
Т рансформатор может быть изготовлен самостоятельно на магнитопроводе Ш16Х24 или аналогичном по сечению. Сетевая обмотка (выводы 1-2) должна содержать 2400 витков провода ПЭВ-2 0,15, вторичная - 70 (выводы 3-4), 26 (выводы 4-5) и 4 (выводы 5-6) витка провода ПЭВ-2 0,57.
В о время регенерации периодически проверяют ЭДС элемента. Как только она возрастет до 1,7...2,1 В и в течение последующей часовой зарядки будет оставаться стабильной, регенерацию заканчивают.
О
б эффективности регенерации асимметричным током можно судить, проверяя энергетические параметры элемента или батареи: ЭДС и напряжение, продолжительность разрядки до определенного напряжения (при одинаковом сопротивлении нагрузки) до и после зарядки.
5.5 Зарядное устройство для гальванических элементов
Рассмотрим возможность многократного использования гальванических элементов и батарей. Как известно, наибольший эффект дает зарядка асимметричным током при соотношении зарядного и разрядного токов 10: 1.
Схема зарядного устройства представлена на рис. 115. Генератор импульсов с регулируемой скважностью выполнен на логических элементах DD1.1-DD1.3. Частота следования импульсов около 100 Гц. На транзисторах VT1 и VT2 собран ключ, усиливающий импульсы генератора по току. Если на выходе логического элемента DD1.3 напряжение низкого уровня, транзисторы VT1, VT2 открыты, и через батарею, подключенную к гнездам XS1, протекает зарядный ток. При напряжении высокого уровня на выходе элемента DD1.3 оба транзистора закрыты и батарея GB1 разряжается через резистор R7. Переменным резистором R1 изменяют в небольших пределах соотношение длительностей открытого и закрытого состояний транзистора VT2, т. е. скважность импульсов асимметричного тока.
Микросхему К561ЛН2 можно заменить на К561ЛА7, К176ЛА7; транзистор VT1 - любой из серий КТ203, КТ361, КТ501, VT2 - любой из серий КТ815, КТ817, КТ3117, КТ608. Диоды VD1,VD2 - Д311, КД503, КД509, Д223 с любыми буквами.
Налаживание устройства состоит в подборке резисторов R6 и R7 по требуемым значениям зарядного и разрядного токов. Напряжение питания выбирают в пределах б... 15 В в соответствии с общим напряжением заряжаемых элементов. Зарядный ток выбирают исходя из (6...10)-часового режима заряда. Скважность импульсов
Схема предназначеня для установки в промышленное зарядное устройство для аккумуляторов 7Д-0,115 (так у меня на нем написано) или "Ника". Не стоит применять его для восстановления батареек "Крона", т.к.
последние могут "потечь" и вывести из строя само устройство или привести к пожару.
Схема зарядного устройства приведена на рисунке. Зарядное устройство автоматически отключает аккумулятор по окончании заряда и включает его при разрядке аккумулятора ниже порогового значения (при данных номиналах резисторов это 10,5 В и 8,4 В соответственно). Светодиод LED1 сигнализирует о процессе заряда. Резистор R2 устанавливает порог отключения заряда, а R3 - гистерезис (при указанных номиналах 2,1В). Транзистор VT1 служит одновременно и генератором стабильного тока (10мА) и ключем. Кстати, если на выход устройства повесить конденсатор от 100мкФ и выше - получится автогенератор, который будет работать при отключенном аккумуляторе или отсутствии контакта.
Настройку следует начинать при отключенном аккумуляторе. Движок резистора R3 устанавливают в среднее значение и проверяют напряжение питания - оно не должно превышать 15В. Если напряжение больше - необходимо подобрать стабилитрон VD1 на меньшее напряжение. Если вы использовали новые детали - их необходимо "обкатать". Для этого берут конденсатор как можно большей емкости (я использовал 150.000mkF), параллельно ему включают сопротивление 3-10 кОм и подключают вместо аккумулятора, соблюдая полярность. Получается иммитация аккумулятора очень маленькой емкости. Светодиод начинает периодически загораться и тухнуть. В таком виде желательно оставить схему на 1-2 часа. После окончания "обкатки" сопротивление, включенное параллельно конденсатору, удаляют и подключают на его место вольтметр (лучше цифровой). Подстроечным резистором R2 устанавливают порог выключения светодиода 10,5 В. Если вы хотите, чтобы по окончании заряда емкость аккумулятора поддерживалать около 100% необходимо уменьшить номинал резистора R3 до 33 кОм.
Детали: конденсатор С1 на напряжение не менее 250 В, лучше 400 В; стабилитрон на напрядение 12-15 В; микросхему К561ЛН2 можно заменить на 561ЛЕ5, 561ЛА7, соответственно изменив схему включения; конденсатор С2 на напряжение 16В (при уменьшении его емкости до 470 мкФ желательно последовательно с C1 включить сопротивление на 100-200 Ом для ограничения броска тока в момент включения устройства в сеть); транзистор КП303 с начальним током стока 10мА (буквы: Г, Д, Е) можно использовать любой с аналогичными параметрами; светодиод - любой из серии АЛ307; резисторы 0,125 Вт.
В микросхеме 3 инвертора остаются неиспользуемыми. Это дает возможность собрать на них второй канал и установить все это в "китайское" зарядное устройство. Можно также использовать их для звуковой или световой индикации режимов работы.
Можно дополнить схему для "тренировки" и восстановления старых аккумуляторов рис.2. В этом случае резистор R3 (рис.1) необходимо заменить на подстроечный с номиналом не менее 200 кОм, для установки нижнего предела напряжения срабатывания схемы (7В). Здесь с помощью S1 выбирают режим работы заряд/тренировка (на схеме показан в режиме заряд). Этот режим особенно полезен для NiCd аккумуляторов как находящихся длительное время в эксплуатации, так и абсолитно новых (3-4 цикла тренировки позволяют им выйти на режим полной емкости). Для примера приведу опробирование этого режима с аккумулятором 7Д-0,125Д (год выпуска - 1991, год ввода в эксплуатацию - 1992, установлен в мультиметре "МР-12" с током потребления 1-2мА).
Использование обыкновенных батареек невыгодно, так как их ресурс работы очень сильно ограничен. Поэтому практичнее воспользоваться аккумуляторами. Их достоинство в неоднократном применении при условии правильного обращения с ними. Прежде всего, это связано с условиями их подзарядки. Аккумуляторы, отдавая накопленную энергию устройствам, периодически сами нуждаются в зарядке. Для этого и служат зарядные устройства для батареек.
История возникновения зарядных приборов
Открытие гальванического электричества привело к созданию первого прототипа аккумуляторных батарей. В 1798 году итальянский физик Алессандро Вольта провёл эксперимент, заключающийся в помещении последовательно подключённых пластин из меди и цинка в кислотный раствор. Он обнаружил, что при пропускании тока по пластинам после его прерывания на них сохранялся остаточный заряд. В последующее время этими экспериментами заинтересовались Готеро, Марианини, Беккерель. Но только в 1859 году Планте создал по-настоящему первый аккумулятор
.
В основе его опыта использовались полоски из свинца с проложенным между ними кусочком материи. Затем он скатывал полоски и погружал их подкисленную воду. Подавая и снимая ток, он получал на них разность потенциалов, то есть накопление элементом ёмкости. Дальнейшее развитие привело к тому, что при покрытии пластин окислами свинца улучшилось формирование активного слоя.
В 1896 году американская компания National Carbon Company (NCC) первая в мире начинает выпуск батарей. Сегодня она известна под именем Energizer. Вначале 1901 года учёный Томас Эдисон запатентовал никель-кадмиевый тип батарей. В то же время Вальдмар Юнгнер разрабатывает никель-железный тип, называемый щелочным аккумулятором. Щелочные батареи находят применение в транспорте и на электростанциях. Параллельно с развитием аккумуляторов развиваются и технологии восстановления заряда.
Типы аккумуляторов и их особенности
В зависимости от технологии изготовления аккумуляторных батарей (АКБ) применяются и различные методы заряда. В первую очередь это зависит от химических процессов, проходящих внутри элементов батареек. Используя одинаковый принцип работы, аккумуляторы разделяются по материалам изготовления и химическим процессам, проходящим в них.
При этом важно для многих типов не допускать перезаряда или доводить их до состояния глубокого разряда.
Какие батарейки можно заряжать в зарядном устройстве, определить несложно по маркировке. На предназначенных для перезарядов указывается их ёмкость в Ah и номинальное напряжение. Главное отличие заключается в химической реакции: для аккумуляторов она обратима, а для обычных батареек, таких как «таблетка», нет. Аккумуляторы разделяются по следующим типам:
Хотя на самом деле при ответе на вопрос можно ли заряжать алкалиновые батарейки, следует формально сказать, что да. Это связано с тем, что и в них тоже происходят химические процессы, пусть даже необратимые, но позволяющие накапливать ёмкость. Тут учитывается то, что заряд, накапливаясь, с большой скоростью приводит к быстрому нагреванию батарейки. Поэтому не следует их заряжать более 10−15 минут, при этом желательно контролировать поверхность на нагрев, а приложенное напряжение не должно превышать номинальное.
Таким образом, используемые зарядные устройства должны не допускать перезаряда батареек, контролировать температуру и иметь возможность бороться с так называемым эффектом памяти. Производители предлагают как универсальные приборы, подходящие для всех типов батарей, так и индивидуальные. Основное требование, предъявляемое к устройству - обеспечение безопасного и правильного процесса зарядки.
Методы зарядки
Перед тем как зарядить батарейку пальчиковую в домашних условиях, желательно знать, какой тип контроля зарядного прибора понадобится использовать. Применяют два метода контроля заряда:
- по току;
- по напряжению.
Первый способ применяется для NiCd и NiMh аккумуляторных батарей, а второй для свинцово-кислотных, LiIon и LiPol батарей. Автоматические ЗУ для аккумуляторов, использующие специализированные микроконтроллеры, позволяют правильно подзарядить любой тип элементов энергии, и контролируют этапы восстановления энергии.
ЗУ с контролем тока
Такие устройства называют гальваностатическими. Главным параметром ЗУ является значение тока батареи. Правильно перезарядить аккумулятор и не ухудшить его характеристики получится при подборе величины тока и скорости заряда. Для того чтоб определить значения тока, используется равенство I= 0,1C, где C- ёмкость батарейки. Почему не рекомендуется использовать большее значение, нетрудно понять, представляя химические процессы, проходящие в гальванических устройствах. Кроме этого, во-первых, это повышенный нагрев, а во-вторых, присутствующий эффект памяти.
Для избегания саморазряда обычно ЗУ в конце заряда переключаются на режим подзаряда малым током.
Но для щелочных аккумуляторов такой способ неприемлем, поэтому перезаряжать их в таком режиме нельзя. Для таких типов применяется способ прекращения заряда, когда ток не меняется в течение нескольких часов.
Способ контролирования напряжения
Вид работы основан на потенциостатическом режиме отключающий процесс заряда при достижении определённого напряжения. Для такого типа ЗУ используются различные скорости заряда. Для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных используют три скорости заряда: долгий (0,1С), быстрый (0,3С) и сверхбыстрый (1С). В процессе заряда сила тока уменьшается, а напряжение на выводах батарейки приближается к напряжению ЗУ. Считается, что таким методом невозможно полностью зарядить батарею.
Характеристики зарядных устройств
В магазинах встречаются разнообразные устройства, применяемые для заряда в различной ценовой категории. Они бывают простыми, настроенными на определённый ток заряда, или что предпочтительнее, интеллектуальными. К выбору ЗУ стоит отнестись серьёзно, так как от этого напрямую зависит срок эксплуатации аккумуляторов. Некачественные приборы заряда приводят к быстрому снижению ёмкости. При выборе зарядного устройства для пальчиковых батареек обращается внимание на следующие параметры:
При выборе часто путается автоматическая зарядка с интеллектуальной. Разница заключается в том, что первого типа отключает процесс заряда после достижения на клеммах аккумулятора требуемого значения напряжения. А второго типа предназначена не только для непосредственного заряда, но и для восстановления ёмкости аккумуляторов. Такие устройства при включении измеряют ёмкость батарейки и пытаются, проводя циклы тренировки, привести их характеристики к начальным параметрам.
Наиболее популярные из них следующие
- Panasonic Eneloop BQ-CC17;
- Technoline BC 700;
- La-Crosse BC-1000;
- Opus BT C3100.
Эти устройства являются универсальными, позволяя заряжаться различным типам батареек, и имеют несколько независимых каналов. Весь процесс сводится к установке аккумулятора в зарядное приспособление и его включения.
Устройство для регенерации гальванических элементов и заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащее три конденсатора, два диода, первый конденсатор соединен одним выводом с первой входной клеммой, а другим выводом с положительной выходной клеммой устройства, первый диод соединен катодом с положительной выходной клеммой устройства, второй соединен анодом с отрицательной выходной и второй входной клеммами устройства, второй конденсатор соединен одним выводом с первой входной клеммой устройства, а другим выводом с анодом первого диода и катодом второго диода, отличающееся тем, что дополнительно содержит два светодиода, резистор, первый светодиод соединен катодом с положительной выходной клеммой устройства, а анодом соединен последовательно с третьим конденсатором и первой входной клеммой, второй светодиод соединен катодом с отрицательной выходной клеммой устройства, а анодом соединен последовательно с резистором и положительной входной клеммой. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнической промышленности и предназначено для заряда, формовки аккумуляторных батарей (АБ) и регенерации гальванических элементов. Известно устройство для регенерации элементов и заряда АБ асимметричным током содержащее источник переменного тока, два конденсатора и два вентиля, анод одного из которых и катод другого подключены к выходным клеммам устройства, источник переменного тока образует с конденсаторами трехлучевую звезду, которая подключена одной конденсаторной ветвью к общей точке вентилей, а другими ветвями к выходным клеммам для подключения заряжаемой батареи. Недостатком этого устройства является то, что нет индикации процесса заряда АБ или регенерации химических элементов. При этом известно устройство для регенерации гальванических элементов и заряда аккумуляторных батарей асимметричным током являющееся аналогом содержащее три конденсатора, два диода, первый конденсатор соединен одним выводом с первой входной клеммой, а другим выводом с положительной выходной клеммой устройства, первый диод соединен катодом с положительной выходной клеммой устройства, первый диод соединен катодом с положительной выходной клеммой устройства, второй соединен анодом с отрицательной выходной и второй входной клеммами устройства, орой конденсатор соединен одним выводом с первой входной клеммой устройства, а другим выводом с анодом первого диода и катодом второго диода. Данное устройство обеспечивает индикацию непосредственно процесса заряда с помощью неоновой индикаторной лампы. Недостатком этого устройства является то, что для функционирования неоновой индикатоpной лампы по целевому назначению необходимо наличие двух дополнительных диодов. Предлагаемое устройство для регенерации гальванических элементов и заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащее три конденсатора, два диода, первый конденсатор соединен одним выводом с первой входной клеммой, а другим выводом с положительной выходной клеммой устройства, первый диод соединен катодом с положительной выходной клеммой устройства, второй соединен анодом с отрицательной выходной и второй входной клеммами устройства, второй конденсатор соединен одним выводом с первой входной клеммой устройства, а другим выводом с анодом первого диода и катодом второго диода, дополнительно содержит два светодиода, резистор, первый светодиод соединен катодом с положительной выходной клеммой устройства, а анодом соединен последовательно с третьим конденсатором и первой входной клеммой, второй светодиод соединен катодом с отрицательной выходной клеммой устройства, а анодом соединен последовательно с резистором и положительной выходной клеммой. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство для регенерации гальванических элементов и заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержит три конденсатора 1, 2, 3, два диода 4, 5, конденсатор 1 соединен одним выводом с входной клеммой 6, а другим выводом с положительной выходной клеммой 7 устройства, диод 4 соединен катодом с положительной выходной клеммой 7 устройства, диод 5 соединен с анодом с отрицательной выходной клеммой 8 и входной клеммой 9 устройства, конденсатор 2 соединен одним выводом с входной клеммой 6 устройства, а другим выводом с анодом диода 4 и катодом диода 5, два светодиода 10, 11, резистор 12, светодиод 10 соединен катодом с положительной выходной клеммой 7 устройства, а анодом соединен последовательно с конденсатором 3 и входной клеммой 6, светодиод 11 соединен катодом с отрицательной выходной клеммой 8 устройства, а анодом соединен последовательно с резистором 12 и положительной выходной 7 клеммой. Устройство работает следующим образом. На протяжении той части положительного полупериода напряжения сети, когда напряжение на конденсаторе 2 больше ЭДС заряжаемой АБ или регенерируемого элемента (РЭ), через конденсатор 2, диод 4, положительная выходная клемма 7 и АБ или РЭ протекает зарядный ток, а в остальную часть периода АБ или РЭ разряжается через конденсатор 1, входная клемма 5, источник переменного тока, входная клемма 9 и выходная клемма 8. Когда напряжение положительного полупериода достигает напряжения зажигания светодиода 10, он зажигается по цепи: источник переменного тока, входная клемма 6, конденсатор 3, светодиод 10, выходная клемма 7, АБ или РЭ, выходная клемма 8, входная клемма 9, источник переменного тока. Во время отрицательного полупериода светодиод 10 не светится. В случае отсутствия зарядного тока (при разрыве цепи заряда или достаточно большом внутреннем сопротивлении АБ или РЭ) во время отрицательного полупериода напряжения сети конденсатор 1 заряжается до амплитудного значения напряжения сети и это напряжение в течение всего остального полупериода поддерживается неизменным. При этом светодиод 10 не зажигается, так как в течение положительного полупериода разность напряжений на конденсаторе 1 и мгновенным сетевым напряжением недостаточна для зажигания светодиода 10. При заряде АБ или РЭ до напряжения конца заряда зажигается светодиод 11 по цепи: положительная выходная клемма 7, резистор 12, светодиод 11, отрицательная выходная клемма 8. Зажигание светодиода 11 при подключении АБ или РЭ к выходным клеммам 7, 8 и до подключения устройства к источнику переменного тока свидетельствует о нецелесообразности заряда АБ или РЭ.
Формула изобретения
Устройство для регенерации гальванических элементов и заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащее три конденсатора, два диода, первый конденсатор соединен одним выводом с первой входной клеммой, а другим выводом с положительной выходной клеммой устройства, первый диод соединен катодом с положительной выходной клеммой устройства, второй соединен анодом с отрицательной выходной и второй входной клеммами устройства, второй конденсатор соединен одним выводом с первой входной клеммой устройства, а другим выводом с анодом первого диода и катодом второго диода, отличающееся тем, что дополнительно содержит два светодиода, резистор, первый светодиод соединен катодом с положительной выходной клеммой устройства, а анодом соединен последовательно с третьим конденсатором и первой входной клеммой, второй светодиод соединен катодом с отрицательной выходной клеммой устройства, а анодом соединен последовательно с резистором и положительной входной клеммой.
Не спешите выбрасывать отработавшие гальванические элементы 373, 343 и др. Часть из них можно восстановить подзарядкой пульсирующим током.
Устройство питается от любого трансформатора, имеющего обмотку с напряжением 6,3 В. Лампа накаливания HL (6,3 В; 0,22 А) выполняет не только сигнальные функции, но и ограничивает зарядный ток элемента, а также предохраняет трансформатор в случае коротких замыканий в цепи заряда. Стабилитрон VD1 типа КС119А ограничивает напряжение заряда элемента. Он может быть заменен набором из последовательно включенных диодов - двух кремниевых и одного германиевого - с допустимым средним током не менее 100 мА. Диоды VD2 и VD3 - любые кремниевые с тем же допустимым средним током. Емкость конденсатора С - от 3 до 5 мкФ на рабочее напряжение не менее 16В.
Цепь из переключателя S1, контрольных гнезд X1, Х2 для подключения вольтметра, кнопки S2 и резистора R с сопротивлением 10 Ом служит для контроля состояния элемента Е до и после подзарядки.
Состояние элемента определяется напряжением без нагрузки и его уменьшением при подключении стандартной нагрузки 10 Ом. Нормальному состоянию соответствует напряжение не менее 1,4 В и его уменьшение не более, чем на 0,2 В. Восстановлению поддаются разряженные элементы без признаков протекания электролита, с напряжением без нагрузки не ниже 1 В. Восстановленные элементы с пониженной нагрузочной способностью (уменьшение напряжения более, чем на 0,62 В при подключении нагрузки 1 Ом) могут работать в электронных часах, транзисторных приемниках и других бытовых приборах с малым потребляемым током.
Напряжение восстановленного элемента лежит обычно в пределах от 1,5 до 1,8 В. Для всех типов элементов минимально необходимое время заряда не превышает 8 часов. О степени заряженности элемента можно также судить по яркости свечения лампы HL. До подключения элемента она светит примерно вполнакала; при подключении разряженного элемента яркость свечения заметно увеличивается, а в конце цикла заряда подключение и отключение элемента почти не вызывает изменения яркости.
Число циклов подзарядки не ограничено, элемент служит до разрушения цинкового стакана и протекания электролита. При подзарядке элементов типа СЦ-30, СЦ-21 и др. (для наручных часов) необходимо последовательно с элементом включить резистор на 300 - 500 Ом.
Элементы батарей типа 336 и др. заряжаются поочередно, для доступа к каждому из них нужно вскрыть картонное донышко батареи.