Регенерация энергоемких сухих батареек

Израсходованные и не утилизированные сухие батарейки интенсивно загрязняют окружающую среду. Заряжая их, можно и сэкономить средства, и сберечь природу.Обычные одноразовые батарейки типоразмеров АА и ААА устанавливаются штатно во многие бытовые приборы, такие как пульты дистанционного управления, беспроводные ком­пьютерные «мышки», электронные настенные и настольные часы и др. Особый интерес представляют батарейки способ­ные отдавать большой ток.

Ограничения применения сухих элементов

Основные технологии изготовления сухих элементов это:

1. Солевые или уголь-цинковые. Самая старая техноло­гия. Элементы этого типа непригодны для применения при больших токах нагрузки, поскольку при токах порядка 200…250 мА разряжаются очень быстро. Далее в статье они не будут рассматриваться.
2. Щелочно-марганцевые. Иногда на основе плохого пе­ревода с английского их называют «алкалиновые». Годятся для повышенных разрядных токов. К ним относятся, напри­мер, батарейки типа «Дурасел» (Duracell).
3. По технологии Oxyride с применением оксид-гидроксид ни­келя NiOOH. Самые мощные батарейки, с номинальным напря­жением 1,6 В, по цене приближаются к цене аккумуляторов.
4. Литиевые. Обладают большой емкостью и высоким раз­рядным током, довольно дорогие. Пример — некоторые типы батареек «Энергайзер» (Energizer Maximum, Ultra+).

Для всех перечисленных типов батареек в [1] приведены развернутые данные по их тестированию на разрядных непре­рывных токах 250 мА, 750 мА и при импульсном токе 2,5 А.

При применении сухих батареек в приборах с большим энергопотреблением требуется частая их замена и рано или поздно ставится вопрос о целесообразности их применения.

Энергопотребление некоторых типовых бытовых энерго­емких современных устройств приведено в таблице.

Отметим, что одного ком­плекта батарей (2 шт.) емко­стью 2…3 А·ч хватает при­мерно на полчаса оператив­ной работы фотоаппарата, а с перерывами в работе — при­мерно на час. Интересно от метить, что если иметь в запасе еще один комплект батарей, их попеременное применение (комплектно) продлевает срок службы двух комплектов больше чем в 2 раза, что свидетель­ствует о том, что батарея, поработав некоторое время, после отдыха несколько восстанавливает свою энергоемкость.

Устройства для регенерации емкости сухих батарей

В Интернете имеются рекламные описания, по крайней мере, двух таких устройств: типа SBC1001 фирмы Watts Clever (Тайвань) и типа Revive Alkaline Battery фирмы Elonex (Ве­ликобритания). В основе работы этих двух устройств регене­рации лежит принцип микропроцессорного управления, с по­мощью которого поддерживается оптимальный режим «заря­да» батареек без их перегрева в процессе восстановления.

В зависимости от модели батарейки и ее состояния по­сле разряда щелочную батарейку типоразмера AA или AAA можно восстанавливать до 10-20 раз в зависимости от ее состояния. Каждый раз процесс «зарядки» занимает до 4…6 ч. В штатный контейнер этих устройств для восстановления работоспособности размещается сразу 4 батарейки (2 шт. ти­поразмера ААА и 2 шт. типоразмера АА). Устройства содер­жат также визуальную индикацию в виде светодиодов, реги­стрирующих окончание «зарядки».

Отметим, что «зарядка» маломощных батареек, приме­няемых в таких мало потребляющих энергию устройствах, как электромеханические часы, пульты управления телевизоров и другие домашние бытовые приборы, с током разряда не превышающем 20…50 мА, экономически нецелесообразна.

Зарядное устройство для энергоемких сухих батареек

Так как отыскать схемы устройств типа SBC1001 и Revive Alkaline Battery не удалось, автору пришлось самостоятельно разработать зарядное устройство для регенерации энергоем­ких сухих батарей. Отметим особенности таких устройств.

Основные технические параметры устройств SBC1001 и Revive Alkaline Battery:

• применяемость для батареек типоразмера АА и ААА Alkaline и для Ni-Mh/Ni-Cd аккумуляторов;
• максимальная емкость аккумуляторов 2700 мA·ч;
• индивидуальная цепь заряда каждой батарейки — все­го 4 канала;
• максимальное выходное напряжение каждого из 4 каналов заряда 1,7 В;
• максимальный выходной зарядный ток каждого кана­ла 350 мA;
• время заряда каждой батарейки 4 ч;
• автоматическое отключение зарядного тока после окончания зарядки батарейки;
• встроенный датчик тепла для определения перегрева батарейки и отключения канала заряда;
• автоматическое отключение зарядного тока, в случае если батарейка вышла из строя во время заряда;
• LED-индикация заряда и состояния батарейки;
• ориентировочная цена устройства 40 USD.

Устройство функционально состоит из трех узлов, соеди­ненных между собой двумя 4-проводными кабелями с разъ­емами на концах.

В узле 1 устройства напряжение +15 В с AC/DC-преобра­зователя (можно использовать любой преобразователь с вы­ходным напряжением 15 В и током нагрузки не менее 350 мА) поступает на стабилизаторы напряжения КР142ЕН8Б на 12 В и КР142ЕН5А на 5 В. Последний используется в качестве ис­точника опорного напряжения для эмиттерного повторителя (ЭП), питающего зарядным током регенерируемые батарейки.

Второй узел — это устройство измерения и коммутации. Он содержит стрелочный измерительный прибор типа М4284.1 (I_ном = 200 мкА), работающий в режиме вольтметра, отрегули­рованный на максимум шкалы 2 В с отсчетной точкой 1,7 В: переключатель к этому прибору для подключения к каждой из двух заряжаемых батареек: измерительные гнезда для внешнего мультиметра и переключатель для его подключе­ния к токовой цепи каждой батарейки. Мощный транзистор Т1 типа 2N3055 (аналог КТ8150А или КТ819ГМ). Потенцио­метр типа SP5-14 1 кОм для установки напряжения на бата­рейках. Для развязки между собой заряжаемых батареек ис­пользуются цепочки VD1, R7 и VD2, R8.

Третий узел — собственно контейнер для батареек в качестве отдельной конструкции, подключается к макету «зарядного» устройства через шнур проводов длиной до 1 м. Для охлаждения батареек при регенерации исполь­зуется малогабаритный вентилятор типа MW-410M12S 12 В, 0,9 Вт, производства фирмы AVC, снятый с процессора ста­рой материнской платы ПК.

При работе с устройством следует подключить к клеммам КЗ, К4 цифровой мультиметр, включенный в режим измерения постоянного тока (диапазон 500 мА), и резистором R4 выставить зарядный ток каждой батарейки типоразмера АА или ААА около 350 мА. Затем переключить муль­тиметр в режим измерения на­пряжения и контролировать им напряжение между клеммами К1 и К4. При достижении напря­жения на заряжаемой бата­рейке 1,7 В её заряд следу­ет прекратить. В процессе заряда переключатель Пк1 используется для контроля напряжения на каждой из заряжаемых батареек.

Заключение

1. Аккумуляторы еще долгое время останутся более доро­гими по начальным затратам, чем батарейки, поэтому повтор­ное применение регенерируемых энергоемких батареек мо­жет составить определенную конкуренцию аккумуляторам.
2. Как показано в [1], щелочные батарейки оптимальны с точки зрения соотношения ёмкости и цены только в слу­чае, если они достаточно энергоемкие и разряжаются на нагрузку при сравнительно больших токах.
3. В [1] показано, что ёмкость литиевых батареек от раз­рядного тока почти не зависит, поэтому на больших разряд­ных токах они обеспечивают в несколько раз большую ёмкость, чем лучшие из щелочных. Однако пока стоимость литиевых ба­тареек типоразмера АА приближается к стоимости хороших Ni-MH аккумуляторов с ёмкостью 2700 мА·ч, и в ближайшее время они не будут конкурировать с аккумуляторами.

Литература

1. Артамонов О. Тестирование батареек формата АА.

Автор: Светлана Артюшенко, г. Киев