Регенерация энергоемких сухих батареек

Израсходованные и не утилизированные лю­бые сухие батарейки интенсивно загрязняют ок­ружающую среду. Заряжая их, можно и сэконо­мить средства, и сберечь природу.Массовое применение мобильных телефонов способствовало широкому использованию эф­фективных малогабаритных аккумуляторов, ис­пользующих три базовые электрохимические тех­нологии: никель-кадмиевую (NiCd), никель-металлгидридную (NiMH) и литий-ионную (Li-ion), в том числе при конструктивном выполнении в ви­де популярных типоразмеров АА и ААА.

Тем не менее, обычные одноразовые батарей­ки этих типоразмеров не только не исчезли из производства и продажи, но и устанавливаются штатно во многие бытовые приборы, такие как пульты дистанционного управления, беспровод­ные компьютерные «мышки», электронные до­машние часы и др. Вынужденное использование батареек происходит и тогда, когда нет возмож­ности зарядить комплект аккумуляторов.

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. При­менение в качестве альтернативы аккумуляторам таких энергоемких батареек, как«Дурасел» емко­стью 2…3 А·ч (или им подобных) из-за их высо­кой начальной стоимости при частой замене то­же становится достаточно накладным.

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 от­метить, 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. Этот факт свидетельствует о том, что батареи этого типа обладают свойст­вом восстанавливать свою энергоемкость, что и используется в предлагаемом устройстве.

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 АА или ААА 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».

Краткая заметка о «зарядке» сухих элементов типов 316, 326, 332 и 343 была опубликована в [2]. Ток «заряда» в этом простейшем устройстве равен выбранному рабочему току светодиодов (около 20 мА), и это устройство невозможно ис­пользовать для регенерации батареек типа «Дурасел», требующих для заряда ток 200…350 мА. Кроме того, заряд батареек требует обязатель­ного контроля их нагрева, иначе взрыв их герме­тичного корпуса может быть крайне опасным для окружающих.

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.

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 мА·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 мА;
• время заряда каждой батарейки 4 ч;
• автоматическое отключение зарядного тока после окончания зарядки батарейки;
• встроенный термо датчик 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 (рис.
  

  Рис. 1

  1).

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 СП5-14 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 MW410M12S 12 В, 0.9 Вт, производства фирмы AVC, снятый с процессора старой материнской платы ПК. Внешний вид уст­ройства показан на фото.При работе с устройством следует подключить к клеммам К3, 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.

Устройство для регенерации энергоемких су­хих батареек показало свою работоспособность. Время заряда элементов «Дурасел» типоразмера АА -около 4 ч.

Заключение

Массовое применение заменяемых сухих ис­точников питания уже давно вызывает тревогу экологов. Разряженные сухие батарейки в боль­шинстве случаев у нас просто выбрасываются и практически не утилизируются. Как утверждают экологи, одна выброшенная пальчиковая бата­рейка может загрязнить около 20 м² почвы или 400 л воды. При этом, по оценкам специалистов, на Украине используется и не утилизируется око­ло миллиарда батареек. В то же время, к приме­ру, в Германии используется гораздо большее число сухих источников питания и в 2017 г. соби­ралось и утилизировалось порядка 45…50% ба­тареек, находящихся у населения.

Литература

1. Артамонов О. Тестирование батареек фор­мата АА. — http://www.fcenter.ru/oniine.shtml7arti-cles/hardware/tower/23101.
2. В. Босенко Зарядка сухих элементов // Электрик. — 2001. — №2. — С.22

Автор: Светлана Артюшенко, г. Киев
Источник: Радиоаматор №4/2018