Регенерация энергоемких сухих батареек

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Светлана Артюшенко, г. Киев
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 «ал-калиновые». 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-провод-ными кабелями с разъемами на концах (рис.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 (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 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 MW-410М12S 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 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. Устройство для регенерации энергоемких сухих батареек показало свою работоспособность. Время заряда элементов «Дурасел» типоразмера АА - около 4ч.
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/online.shtml7articles/hardware/tower/23101.
2. В. Босенко Зарядка сухих элементов // Электрик. - 2001. - №2. - С.22
PA 04'2018

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR