Израсходованные и не утилизированные сухие батарейки интенсивно загрязняют окружающую среду. Заряжая их, можно и сэкономить средства, и сберечь природу.
Ограничения применения сухих элементов
Основные технологии изготовления сухих элементов это:
- 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.
- 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).
- По технологии Oxyride с применением оксид-гидроксид никеля NiOOH. Самые мощные батарейки, с номинальным напряжением 1,6 В, по цене приближаются к цене аккумуляторов.
- 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.
| Цифровой фотоаппарат Canon PowerShot А510 | 800 мА (сред.), 1400 мА max. |
| Электронная вспышка Pentax AF-500FTZ | 700 мА (max.) |
| Фонарь на лампе накаливания | 700 мА |
| Детская дистанционно управляемая модель автомобиля | 240 мА |
| Фонарь на 5- ти светодиодах | 100 мА |
| Мр3-плеер Cowon iAudio 5 | 100 мА |
| Электробритва Gilette М3 Power | 85 мА |
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 (Iном = 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
- Аккумуляторы еще долгое время останутся более дорогими по начальным затратам, чем батарейки, поэтому повторное применение регенерируемых энергоемких батареек может составить определенную конкуренцию аккумуляторам.
- 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.
- 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
- Артамонов О. Тестирование батареек формата АА.
Автор: Светлана Артюшенко, г. Киев