Аккумуляторные элементы вместо обычных батареек

В бытовых условиях широко применяют автономные источники электропитания. Они необходимы для работы электронных часов и микрокалькуляторов, магнитол и радиоприемников, аудиоплейеров, электрических фонариков, различных пультов дистанционного управления, фотоаппаратов «мыльниц», видеокамер, для детских игрушек и т. д. Все эти источники подразделяют на элементы и батареи. У гальванических элементов напряжением около 1,5 В, которые принято называть электрохимическими источниками тока, только два электрода – плюсовой (положительный) и минусовой (отрицательный). Батарея же – это источник с напряжением от 3 до 9 В и более, состоящий из двух и более гальванических элементов, соединенных последовательно. В просторечии обычно называют «батарейками» как элементы, так и батареи из них, что, конечно, неправильно.

Если источник позволяет многократно заряжать его, то это аккумулятор (аккумуляторный элемент или аккумуляторная батарея).

Номинальное напряжение источника обычно указано на его этикетке и приводится в справочных данных. Это напряжение определяется только электрохимической системой источника, то есть гальванической парой и электролитом, из которых и состоит источник. Так что изменить конструктивно это напряжение невозможно. Еще одной важной характеристикой источника является количество запасаемой в нем энергии, для измерения которой применяют внесистемную единицу измерения – киловатт-час (кВт/ч) или кратные ему значения. Правда, чаще оперируют другой характеристикой источника – количеством запасенного в нем заряда, или емкостью источника. В международной системе единиц измерения (СИ) заряд измеряют в Кулонах (Кл = А * с), но на практике, как правило, емкость источника оценивают в ампер-часах (А*ч) или мА*ч. Следует отметить, что правильнее все же говорить о количестве запасенной энергии, а не о емкости.

Еще в начале 1990 года в стране в продаже имелись в основном отечественные гальванические элементы однократного действия на 1,5 В и батареи на 4,5 и 9 В, то есть элементы, не подлежащие новой зарядке. Ныне же торговая сеть наводнена аналогичными батарейками из западной Европы, Юго-Восточной Азии и обеих Америк. Разобраться в качестве этих изделий практически невозможно. Неразбериху создает и реклама, часто далекая от истины. Нередко под маркой известных фирм встречается и контрафактная (поддельная) продукция. Всякие дополнительные приписываемые источникам свойства, как-то Quality (качественность), Super (супер), Extra (самый лучший), Special (специальный), New Heavy Duty (новый напряженный режим) и др., являются обычно рекламным трюком.

Выпускаемая в России скромная номенклатура источников марганцово-цинковой (МЦ) системы была хорошо известна: Крона, Корунд, Уран М и т. д. Международная электротехническая комиссия (МЭК или IEC), членом которой является и Россия, выпустила рекомендации по единому международному обозначению автономных источников, и Россия начала их выполнять. Поэтому наряду с традиционным названием батарейки стоит и ее международное наименование. В перспективе же должно остаться только международное наименование. Классификация МЭК довольно сложная и неоднозначная. Так, отечественная батарея Крона обозначается теперь по МЭК как 6PLF22. Первая цифра 6 означает, что источник состоит из последовательно соединенных 6 элементов, то есть эта батарея на 9 В. Если стоит цифра 2, то это 3-вольтовая батарея, цифра 3 – 4,5-вольтовая. Буква L означает щелочной (апкалический) электролит (если этой буквы нет, то в источнике недорогой солевой электролит). Буква F говорит, что источник прямоугольной формы, буква R – цилиндрической. Цифры 22 обозначают длину (в мм) сторон элемента. Если между первой цифрой (в данном случае 6) и буквами LF (LR или R, F) помещена одна из букв C, P, S, то батареи с буквами С и Р имеют конструктивные преимущества над батареями с буквой S. МЭК допускает батарею Крона обозначать и более кратко, а именно 6F22. Итак, согласно изложенным правилам отечественная «пальчиковая» батарейка 316, или Уран М, обозначается теперь как R6 или R6S, то есть это цилиндрический элемент на 1,5 В с солевым электролитом.

Таблица. Международное обозначение отечественных «батареек»

Обозначение, тип Номинальное напряжение, В Размер, мм
Отечественное По МЭК
293 R1, LR1 1,5 12 х 13
286 R03, LR03 1,5 10,5 х 44,5
316, Уран М R6, LR6 1,5 14,5 х 50,5
343, Юпитер, Прима R14, LR14 1,5 26,2 х 50,5
373, Ореон М R20, LR20 1,5 34,2 х 61,5
3336, Планета-1 3R12, 3LR12 4,5 22 х 67 х 62
Крона, Корунд Ореол 6F22, 6PLF22 9 16 х 49 х 26

В таблице приведены некоторые сведения об отечественных «батарейках». Отмечу, что американские и европейские фирмы выпускают высококачественные элементы и батареи, но они имеют и значительную цену. Фирмы Японии, Гонконга и Китая часто работают по американским технологиям, но цена за их источники относительно небольшая. Продукция российских фирм в три-четыре раза дешевле зарубежной. Кстати, в результате испытаний оказалось, что в пересчете на один А*ч отечественные элементы Уран М более выгодны, чем аналогичные зарубежные элементы SUM-3 (фирмы Toshiba), HR6M, R6P (Hi-Watt), 15S (Golden Power) и др. Наша батарейка Юпитер М оказалась лучше SUM-2, С, HR14M, R14P; Орион М – лучше SUM-2, D, R20S, НР20Р и др. Таким образом, и в России выпускают приличные по энергетике источники питания. Повторяю, по энергетике. А вот технология их изготовления явно устарела. Нередко оставленные надолго в приборах наши батарейки и элементы разгерметизируются и портят контакты и платы в них. Хочу также добавить, что как отечественные, так и зарубежные элементы на 1,5 В и батареи на 4,5 В прекращают выдавать ток при некотором высыхании в них электролита. Они как бы выработали свой ресурс, в результате потребитель их тока перестает работать. Однако эти батареи при определенном воздействии на них еще способны послужить. Так, если аккуратно прогнуть внутрь в ряде мест их внешний цинковый электрод, то оставшийся электролит перераспределится в объеме и источник снова начинает функционировать. В настенных часах, например, элемент на 1,5 В после такой операции дополнительно служит еще до 8 месяцев. Можно попробовать и после этого еще раз прогнуть корпус источника, и часто он снова начинает работать. Я деформирую корпус батарейки легким простукиванием по нему металлическим молотком, положив батарею на деревянную подставку.

А теперь поговорим об отечественных химических источниках тока многоразового пользования (аккумуляторах), также применяемых для питания фонариков, игрушек, различной аппаратуры. Выбор аккумуляторов, правда, невелик. Это щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы (НКА) небольшой емкости типа Д-0,1; Д-0,125; Д-0,26; Д-0,55, а также специальные аккумуляторы повышенной емкости типа ЦНК-0,9; КТН-1,5 и др. Все аккумуляторы системы НК подразделяют на герметизированные (ГНКА) и негерметезированные (ННКА). Эти источники достаточно надежные и служат десятки лет, если соблюдать правила их хранения, эксплуатации и зарядки. Правила эти простые. Так, перед установкой в какой-либо прибор их нужно тщательно очистить от окислов и смазать стык металл-изолятор техническим вазелином, солидолом или другими консистентными смазками, не сорбирующими влагу. В дальнейшем придется следить за чистотой этих мест, так как при разгерметизации стыков выходящие из аккумулятора пары щелочи разъедают проводники устройств, где эти источники установлены. Основным же условием долговременной работы НКА является недопустимость их перезарядки! К сожалению, момент окончания зарядки точно установить трудно, так что приходится руководствоваться только опытными данными. При приобретении НКА необходимо измерить его напряжение (ЭДС) высокоомным вольтметром. На одном элементе оно должно быть не менее 1,35 В. Номинальная емкость аккумулятора зависит от его типа, а ее значение входит в обозначение НКА. Так, номинальная емкость аккумулятора Д-0,26 составляет 0,26 А*ч, то есть аккумулятор должен обеспечить ток 0,26 А в течение часа. Но если от источника отбирать такой ток в течение часа, то, как правило, он будет испорчен. Поэтому емкость рассчитывают из нагрузки аккумулятора в течение не 1 ч, а 10 ч током 26 мА, то есть током в 10 раз меньшим. После такой разрядки напряжение на аккумуляторе станет 1,1 В или немного меньше, при этом и дальнейший отбор такого тока испортит источник. Однако при нагрузке совсем маленьким током, например, 2,5 мА, аккумулятор будет выдавать его уже не 100 ч, а существенно дольше (до момента снижения напряжения до 1,1 В). Минимальное напряжение для НКА составляет 1 В, после этого дальше разряжать аккумулятор не рекомендуется.

В 90-х годах в России освоен выпуск аккумуляторных литиевых элементов (ЛЭ), в которых «минусовым» электродом служит щелочной металл литий (вместо кадмия, цинка или свинца, обычно используемых в традиционных источниках). Такая замена обеспечивает почти двукратное увеличение напряжения на элементе от 1,7 до 3,6 В (в зависимости от вещества «плюсового» электрода) и повышение его удельной энергоемкости до 0,6 Вт*ч/г или 1,1 А*ч/см3. ЛЭ имеют температурный диапазон работы от -60°С до +90°С и характеризуются очень маленьким саморазрядом (менее 2% в год). Недостатком же ЛЭ является наличие в них химически активных и пожароопасных веществ. Однако производители гарантируют защищенность ЛЭ от разгерметизации при выполнении правил их эксплуатации. Конструктивно ЛЭ выпускают в дисковом (пуговичном), цилиндрическом и призматическом (плоском) исполнении. Номенклатура отечественных ЛЭ невелика по сравнению с зарубежной, однако и она охватывает диапазон емкостей от сотых долей до сотен А*ч на элемент. Наибольшую удельную энергоемкость (до 1,1 А*ч/см3) среди ЛЭ и вообще среди всех производимых химических источников тока имеют системы «литий-тионил-хлорид».

У меня дома используются уже в течение 10…15 лет различные аккумуляторные элементы и наборные батареи из них (последовательно и параллельно-последовательно включенные) в десятке устройств: часах, электрофонарях, радиоприемниках, дистанционных пультах, детских игрушках и т.д. Еще давно я определил, что выгоднее и надежнее применять в качестве автономных источников тока не одноразовые батарейки, а аккумуляторы, конечно, при соответствующей их эксплуатации. Приобретенные еще во времена СССР герметезированные никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы типа Д-0,26 и Д-0,55 работают в большинстве своем и сегодня, то есть уже 10…15 лет. Ниже я излагаю мой опыт обслуживания этих и другого типа автономных источников.

Во-первых, каждые 3…5 месяцев я вынимаю и осматриваю поочередно все аккумуляторные элементы, хотя они еще нормально работают. Основное внимание уделяю изолирующему стыку, где при микротечи электролита образуется белый или другого цвета налет. Через эти места идет утечка тока, в результате чего элемент теряет запасенную энергию (емкость). Главное же – испарения электролита способны повредить контакты в посадочных местах для элементов, разрушить тонкие соединения на электронной плате или, наоборот, создавать каналы токовой связи между близко расположенными проводниками на плате. Просматриваю изолирующий стык даже через лупу с 7-кратным увеличением. При наличии белого налета по всей окружности стыка у элемента, вынутого из ручных часов, такой элемент выбраковываю. Из гнезда этого элемента в часах аккуратно извлекаю узкую кольцевую изолирующую прокладку со следами щелочи или соли на ней, промываю ее в воде и сушу. Иногда заменяю прокладку на новую, которую вырезаю из фторопластовой или полиэтиленовой пленки. Для этого трубчатым металлическим пробойником формирую в пленке отверстие диаметром 5,3 мм, надавливая рукой на пробойник и слегка поворачивая его. Затем ножницами вырезаю вокруг отверстия кольцо с шириной стенки около 1 мм. Поверхности гнезда и контактов в нем очищаю тонкой кисточкой из натурального меха, стараясь, чтобы окислы не попадали через щели внутрь часов. Продуваю и протираю поверхности и контакты спиртом. Если у элемента на стыке следов электролита и окислов мало, то его быстро промываю в проточной воде, при этом остро заточенным концом спички провожу по изоляции, затем удаляю влагу со стыка и всего элемента сухой хлопчатобумажной тканью и протираю в месте стыка изоляцию спиртом. Затем измеряю напряжение на часовом элементе при нагрузке его на резистор с сопротивлением около 400 Ом. Если напряжение 1,2 В и более, то устанавливаю элемент снова в часы. Если напряжение меньше указанного, то элемент готовлю к зарядке и заряжаю (о зарядке я расскажу ниже). В неответственных случаях, когда, например, элемент запитывает только звуковоспроизводитель или звонок, после указанной очистки стыка (при сохранившейся рабочей разности потенциалов или после зарядки) я ставлю его снова. Но за таким элементом теперь надо присматривать почаще. Практика показала, что в ручных электронных часах, особенно дорогостоящих, надежнее применять элементы заграничных известных фирм с качественной герметизацией стыка. Это фирмы – Panasonic, Philips, Sony, Toshiba, Hitachi, Duracell, Ugar, Varta.

Рис. 1. Так зажимают аккумуляторный элемент в тисках (для ремонта)

Рис. 1. Так зажимают аккумуляторный элемент в тисках (для ремонта): 1 – изолирующая прокладка; 2 – элемент; 3 – диск из диэлектрика

Элементы большего размера (типа Д-0,26; Д-0,55) подвергаю аналогичной ревизии и обработке. При этом сначала убираю смазку с поверхности изолирующего стыка элемента и краев электродов, а перед установкой элемента обратно в потребитель на эти места наношу свежую смазку. Были случаи, когда утечки щелочи нет, а напряжение на элементе равно нулю, и он не заряжается. Выяснилось, что внутри элемента отрицательный электрод подсоединен к собственному источнику тока тонким проводником, который в месте контакта иногда отсоединяется или разрушается электролитом. Тогда я вырезаю из 2-миллиметрового текстолита (можно и из другого твердого диэлектрика) диск, диаметр которого меньше внешнего диаметра отрицательного электрода на 5…7 мм. Затем элемент с этим диском, прижатым к отрицательному электроду, устанавливаю между губками тисков (рис. 1), не забыв предусмотреть дополнительную изолирующую прокладку и с другой стороны элемента (для предохранения от случайного закорачивания электродов). Сжимая губки тисков, продавливаю диском поверхность отрицательного электрода на 0,5…0,7 мм до появления контакта, что контролирую по вольтметру, так как некоторый заряд в элементе всегда остается. Несколько так «отремонтированных» элементов прослужили у меня от 3 до 5 лет и используются в настоящее время.

Как-то прочитал, что аккумуляторы типа Д-0,26 после длительной эксплуатации или хранения без использования иногда теряют много электролита, поэтому слабо заряжаются. И для восстановления их работоспособности советовалось просверлить отверстие диаметром 1 мм в донышке положительного электрода и залить через него посредством медицинского шприца электролит – едкий калий плотностью 1,21…1,24 г/см3. После этого отверстие запаивали. Однако при пайке элемент сильно нагревается и может выйти из строя. Поэтому лучше отверстие сделать сбоку положительного электрода и, залив электролит, отверстие заклеить тонкой липкой лентой. Затем отрезать кольцо шириной 5 мм от хлорвиниловой трубки диаметром 22 мм, немного нагреть ее в теплой воде и с натягом натянуть на положительный электрод. Для лучшей герметизации желательно поверх кольца установить бандаж из полоски жести шириной 5 мм и длиной 98 мм от жестяной банки. Такой метод позволяет многократно заправлять электролит и использовать элемент вплоть до износа электродов. При сверлении отверстия следует ограничить проникновение сверла внутрь, одев на него ограничительную полимерную трубку, иначе можно повредить электродную систему внутри элемента.

Теперь о зарядке аккумуляторных элементов. Еще почти 40 лет назад знакомый специалист по кислотным автомобильным аккумуляторам объяснил мне, что аккумулятор лучше всего заряжать током, значение которого примерно в 15 раз меньше значения емкости аккумулятора, выраженной в А*ч. Для зарядки следует применять однополупериодный выпрямитель, заряжая аккумулятор в течение одной полуволны тока 50-герцового сетевого напряжения и разряжая его в каждый следующий полупериод током, сила которого составляет 10% от зарядного тока. Действительно, при таком режиме зарядки автомобильные аккумуляторы служили, как правило, до 10 лет. Поэтому, когда возникла необходимость заряжать малогабаритные герметезированные аккумуляторные элементы, то я решил это делать в таком же режиме.

Изложу еще ряд общих соображений. При зарядке элементов целесообразно применять зарядное устройство, которое должно выдавать постоянный ток независимо от значения напряжения на элементе. В процессе зарядки элемента никелевый электрод выделяет кислород, который поглощается кадмиевым электродом, что является нормальным процессом при соблюдении равновесия выделяемого и поглощаемого газа. Конструктивно герметичные никель-кадмиевые элементы выполнены так, что обычно требуемая герметизация обеспечивается некоторым избыточным давлением газа. При большом зарядном токе и при перезарядке газа выделяется больше, чем его может поглотить кадмиевый электрод. В этом случае внутри элемента давление возрастает и его корпус вздувается, что может нарушить контактную систему внутри элемента. Восстановить эту систему иногда удается, сжимая элемент до прежних размеров в тисках. А вот в процессе разрядки давление газа падает и при напряжении меньше минимального (1 В) может снизиться так, что не обеспечит герметичности корпуса элемента.

Параметры зарядки элемента я определяю так. По номинальному напряжению Uн данного типа элемента нахожу номинальную нагрузку (нагрузочный резистор Rн. Для этого нужно знать номинальный ток Iн, который напрямую связан с паспортной емкостью Q элемента. Для всех никель-кадмиевых элементов напряжение Uн = 1,25 В, а Iн = Q / 10. Отсюда сопротивление резистора, через который при подключении его к электродам элемента потечет ток Iн, равно Rн = Uн / Iн = 10Uн / Q = 12,5 / Q. Например, у элемента Д-0,26 емкость Q = 0,26 А*ч, так что Rн = 12,5 / 0,26 = 50 Ом. Если при таком Rн (резистор любого типа мощностью 0,125 Вт и более) напряжение на элементе выше 1,2 В, то вновь устанавливаю его в потребитель. Если напряжение от 1 до 1,2 В, то готовлю элемент к зарядке. Для этого нагружаю его на резистор сопротивлением около 3Rн и контролирую по вольтметру постепенное уменьшение напряжения на элементах до 1 В, после чего начинаю зарядку элемента в отработанном мною режиме. Подобным образом определяю необходимость зарядки (или довожу до зарядки) аккумуляторы всех типов, в том числе элементы зарубежного производства для ручных часов.

Необходимость разрядки элементов до минимального напряжения 1 В связана с устойчивым мнением о «памяти» аккумуляторов. Это значит, что при начале зарядки, например, с напряжения 1,25 В, после полной зарядки элемент при последующей работе отдаст только ту энергию, которую получил при подъеме напряжения с 1,25 В до предельного 1,37 В. А вот при начале зарядки с минимально допустимого напряжения 1 В элемент отдаст затем значительно большую энергию, то есть будет работать более продолжительное время.

При зарядке в однополупериодном режиме «закачиваю» в элемент 160% его номинальной емкости Q в течение 20 ч средним током Iз = 0,08Q. Одновременно в течение каждой обратной полуволны напряжения разряжаю элемент средним током Ip = 0,008Q. Так что окончательно в элемент по завершении зарядки «заводится» 144% его емкости. После отключения выпрямителя на элементе максимально (1,44 В). Если после зарядки аккумуляторный элемент будет бездействовать, его нужно держать под тренировочным током разрядки, равным примерно 0,01Q. Периодически следует измерять напряжение. Когда оно снизится до 1 В, элемент снова заряжают. Аккумуляторный элемент, содержащийся таким образом, сохраняет свою емкость и работоспособность до 10…15 лет и более. Нужно помнить, что если не держать герметизированный элемент под тренировочным током, то уже после месяца бездействия он способен потерять до 20…40% первоначальной емкости, а в дальнейшем эти потери будут расти. Случается, что элемент долго не применялся и не был под тренировочным током, в результате напряжение на нем составляет десятые доли В. Значительную часть емкости такого элемента можно попытаться восстановить. Для этого первоначально надо его зарядить током силой 0,04Q в течение 40 ч, а затем разрядить таким же током до напряжения 1 В. Снова зарядить теперь уже током силой 0,06Q в течение 30 ч, после чего опять разрядить таким же током. Далее его опять заряжают током уже 0,08Q в продолжение 20 ч и в очередной раз разряжают аналогичным током до 1 В. Зарядив элемент еще раз в последнем режиме, его можно использовать по назначению или ставить под тренировочный ток.

Как я уже говорил, при всех зарядках должна быть предусмотрена одновременная разрядка элемента током, составляющим 10% от тока зарядки. Так что перехожу непосредственно к зарядному устройству. Чем меньше оно содержит электронных компонентов и чем его схема проще, тем оно надежнее и безопаснее. Конечно, нельзя отрицать применения в зарядных устройствах автоматов и полуавтоматов с временными таймерами и контролем переданной в элемент энергии. Описаний таких систем в последние годы достаточно много. Однако в условиях круглосуточной работы многоэлементные зарядные устройства имеют склонность выходить из строя с ущербом для аккумулятора. Я же предлагаю применять очень простые и надежные зарядные устройства, содержащие минимум электронных компонентов. Устройство может быстро изготовить даже неподготовленный к радиомонтажным работам читатель. Детали для такого устройства можно извлечь практически из любого старого телевизора или радиоприемника. Всю электронику или большую ее часть легко купить в торговой сети.

Рис. 2. Схема зарядного устройства

Рис. 2. Схема зарядного устройства: Rз – резистор зарядной цепи; Д – диод; Rр – резистор разрядной цепи

Схема зарядного устройства (ЗУ) приведена на рис. 2. ЗУ включают непосредственно в сеть с напряжением U = 220 В. Цепь тока зарядки Iз в течение полупериода выделена на рис. 2 жирной линией. Ток зарядки проходит через гасящий напряжение резистор Rз, полупроводниковый диод Д и заряжаемый элемент Э. Ток разрядки течет в обратном направлении через резистор Rp. На рис. 2 цепь тока разрядки показана тонкой линией. В таком ЗУ содержится минимум деталей. Определим сопротивление резисторов (см. рис. 2) применительно к зарядке элемента для ручных часов емкостью Q = 0,038. Как говорилось выше, средний ток Iз равен 0,08Q и превышает Iр в 10 раз. Следует отметить, что 10% от общего зарядного тока через элемент Э проходит через Rр, через который в следующий полупериод он протекает обратно. Поэтому общее сопротивление R параллельно соединенных резисторов Rз и Rр равно: R = K*U / 0,08Q. В этой формуле U = 220 В – напряжение в сети, а К = 0,45 – коэффициент усреднения тока при однополупериодном выпрямлении без каких-либо дополнительных фильтровых элементов для сглаживания пульсаций тока. Подставив значения всех членов в формулу (Q = 0,038 А*ч), получим, что R = 0,45 * 220 / 0,08 * 0,038 = 32,5 кОм. Исходя из правила для параллельного соединения резисторов и помня, что Iр = 0,1 * Iз, получим: 1/R = 1 / Rз + 1 / 10*Rз или Rз = 1,1 * R, то есть Rз = 36 кОм, Rp = 360 кОм. Резисторы с такими номиналами у нас выпускают. Определим теперь мощность резисторов Rз и Rp по известной формуле Р = I * I * R. Подставив соответствующие значения токов и резисторов, получим для резистора Rз мощность Рз = 0,32 Вт, а для Rp = меньше 0,1 Вт. В данном случае мощность резисторов должна быть не менее 0,5 Вт. Резисторы подойдут любого типа, например МЛТ, лишь бы они с запасом выдерживали амплитуду сетевого напряжения 310 В. Перед монтажом желательно для надежности отобранные по номинальным значениям резисторы измерить любым омметром, так как выпускают их с разбросом номинала как в большую сторону, так и в меньшую. Полупроводниковые диоды практически все пропускают зарядный ток, однако в ЗУ они должны выдерживать обратное напряжение сети 310 В. Подходящими вентилями будут кремниевые диоды, .рассчитанные на обратное напряжение 400 В: Д202К (5А), КД209А (0,7 А), 2Д215А (0,85 А) и др.

Рис. 3. Конструкция зарядного устройства

Рис. 3. Конструкция зарядного устройства: 1 – резистор Rз; 2 – резистор Rр; 3 – диод; 4 – аккумуляторный элемент; 5 – соединительный провод

Конструкция ЗУ для часовых элементов очень проста, но в то же время достаточно удобна. Все детали закреплены на обычной бельевой пластиковой прищепке увеличенного размера (рис. 3). В сжимающих концах губок прищепки нагретым на газе шилом сделаны отверстия, в каждое из них вставлен облуженный провод диаметром 0,7 мм, который скручен снаружи. Эти петли образуют положительный и отрицательный контакты ЗУ. Подобные скрутки сделаны и на противоположных краях губок, к которым припаяны выводы от сетевого провода.

Согласно схеме (см. рис. 2) к скруткам-контактам припаяны резисторы Rз и Rp, а также диод Д. Для зарядки, разведя концы губок, вводите между контактами аккумуляторный элемент, соблюдая полярность его электродов и контактов ЗУ, и вставляете вилку шнура в розетку сети 220 В. Процесс зарядки пошел. Остается начать отсчет времени (зарядка продлится 20 ч). Иногда зарядку прерываю на время моего отсутствия, вынимая из розетки ЗУ, а из контактов аккумулятор. Затем опять запускаю зарядку, чтобы набрать необходимые для нее 20 ч. Если готовый к работе элемент пока не нужен, ставлю его под тренировочный ток, как это описано выше. Для этого я сделал несколько прищепок с такими же контактами, как у прищепки ЗУ (см. рис. 2). Только к контактам припаял гибкие проводники, а к ним – резисторы с соответствующими номиналами. Нередко между контактами ставлю под нагрузочный ток по два элемента. Прищепки с такими разгружаемыми элементами держу, как правило, в холодильнике, завернув их в полиэтиленовые пакеты. При температуре около 0°С сохранность элементов лучше. Тренировочный ток просто организовать и с помощью ЗУ, если штыри сетевой вилки соединить между собой нужным резистором. У меня для этого запасены соответствующие резисторы, проволочные выводы которых имеют на концах петли из одного или двух витков, чтобы надевать их на штыри вилки.

Подобные простейшие ЗУ я и мои знакомые успешно применяем в течение многих лет без каких-либо претензий к ним. Недостаток их – наличие открытых контактов под напряжением 220 В. Поэтому я всегда помещаю включенное ЗУ в закрытую коробку из диэлектрика и убираю на полку. Для большей безопасности удобнее применить понижающий трансформатор с напряжением на вторичной обмотки 24 или 36 В, в крайнем случае подойдет трансформатор на 12 В. Все оголенные выводы из трансформатора, находящиеся под напряжением 220 В, обматывают изоляционной лентой или же трансформатор помещают в закрытый кожух, не забыв сделать в его стенках вентиляционные отверстия для охлаждения. Номиналы резисторов, необходимые при применяемых напряжениях легко подсчитать по изложенному выше примеру, заменяя напряжение в сети (220 В) на соответствующее напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Рис. 4. Конструкция зарядного устройства

Рис. 4. Конструкция зарядного устройства: 1 – плата; 2 – положительный электрод; 3 – зажимной винт; 4 – полиэтиленовая трубка; 5 – аккумуляторные элементы; 6 – минусовой электрод; 7 – резистор Rр; 8 – сетевой шнур; 9 – резистор Rз («сдвоенный»); 10 – диод

Элементы большей емкости типа Д-0,26, Д-0,55 заряжаю также по схеме, приведенной на рис. 2, только в цепь зарядки одновременно включаю последовательно до 9 таких элементов. Связано это с тем, что в моих аппаратах-потребителях стоят батареи именно из трех, шести или девяти элементов. Такие батареи в прищепке ЗУ уже не умещаются. Я для элементов каждого типа смонтировал на отдельной пластине из текстолита толщиной 3 мм свой зажим (рис. 4). В качестве обоймы для элементов приспособил отрезок трубы от полиэтиленового шланга (для Д-0,26 подошел шланг с внутренним диаметром 20 мм). Для этих целей подойдет и подходящий пластиковый пузырек с отрезанными донышком и горловиной. Продольный разрез в трубке служил для упругого центрирования в ней элементов (наружный диаметр Д-0,26 равен 25 мм) и визуального контроля их положения. Если диаметр трубки велик, следует сделать в ней продольный разрез, нагреть в кипящей воде и, сжав края трубки, остудить в холодной воде. И наоборот, таким же способом легко увеличить диаметр трубки, расширив разрез. На поверхности пластины (под зажимным винтом) укреплен минусовый электрод из нержавеющей стали (фольга толщиной 0,3…0,5 мм). По краю электрода отогнуты лепестки, которые не позволяют обойме с элементами сдвинуться с электрода. Положительный электрод, изготовленный из стальной полосы толщиной 2 мм и шириной 15 мм, закреплен двумя винтами на текстолитовой пластине. В верхней горизонтальной полке электрода сделано отверстие с резьбой М4, в которое ввернут винт. Вращая этот винт, сжимают всю стопку элементов в трубке, создавая надежный контакт между всеми элементами стопки и самой стопки с обоими электродами. Высота положительного электрода такая, что под ним можно установить один на другой до 9 элементов. На текстолитовой пластинке находятся и все детали схемы ЗУ. Следует отметить, что в данных ЗУ сила зарядного тока остается постоянной, то есть не зависит от числа заряжаемых элементов и степени их зарядки. Номиналы резисторов рассчитывают по изложенной выше методике. Так, для зарядки элемента Д-0,26 понадобятся резисторы: Rз сопротивлением 5,24 кОм и мощностью 1,84 Вт, а также Rp сопротивлением 52,4 кОм и мощностью 0,21 Вт (Rp). Наиболее близкие номиналы выпускаемых резисторов равны 5,1 и 5,6 кОм (Rз) и 51 и 56 кОм (Rp). Для лучшего отвода теплоты и повышения надежности в ЗУ включены последовательно в качестве Rз два резистора типа МЛТ-2 сопротивлением 2,4 и 2,7 кОм, а в качестве резистора Rp – резистор МЛТ-1 сопротивлением 51 кОм. Это же ЗУ используют для нагрузки элементов тренировочным током, для чего штыри вилки соединяют между собой соответствующим резистором. Под этим током могут находиться от 1 до 9 элементов. ЗУ для более крупных элементов и элементов большей емкости по схеме и конструкции аналогичны ЗУ, приведенному на рис. 4. Во всех ЗУ гасящий резистор Rз разрешается заменить конденсатором любого типа (кроме электролитического) с рабочим напряжением 400 В и больше. Емкость конденсатора С рассчитывают с учетом номинала резистора Rз по формуле: С = 1 / (2 * π * f * Rз). Здесь f – частота переменного тока в сети (50 Гц).

Рис. 5. Устройство источника питания из аккумуляторных элементов (вместо батарейки типа Планета-1)

Рис. 5. Устройство источника питания из аккумуляторных элементов (вместо батарейки типа Планета-1): 1 – заготовка; 2 – аккумуляторные элементы; 3 и 4 – контакты источника; 5 – резистор для тренировочного тока

Хочу сказать, что в ряде аппаратов вместо предусмотренных для их питания элементов и батареек однократного действия я использую в ряде потребителей «самодельные» батареи из аккумуляторных элементов. В частности, для сигнального автомобильного электрофонаря, дающего белый и мигающий красный свет, я изготовил автономный источник из трех параллельно соединенных батарей, каждая из которых составлена из трех последовательно включенных элементов Д-0,26. Источник успешно служит у меня уже 8 лет. Для него с учетом размеров посадочного гнезда в корпусе фонаря, где предусмотрено размещение батарейки на 4,5 В, например, типа Планета-1, изготовил из сухого дерева заготовку (рис. 5). Из одностороннего фольгированного текстолита толщиной 2 мм вырезал 2 пластины размером 55 х 72 мм, сделав для заготовки как бы крышку и дно. В заготовке просверлил три сквозные отверстия для батарей из аккумуляторных элементов. Предусмотрел, что и верхнюю, и нижнюю пластины можно было прикрепить к соответствующим граням заготовки пятью винтами. Напротив трех отверстий для элементов к обеим пластинам припаял пружинящие контакты из нержавейки. К торцу также прикрепил винтами контакты, как у обычной плоской трехэлементной батарейки на 4,5 В. К обеим пластинам припаял гибкие проволочки в изоляции и каждую из них присоединил к своему боковому контакту. Для резистора, обеспечивающего тренировочный ток, предусмотрел в заготовке еще одно отверстие диаметром 10 мм. Учитывая достаточно частое пользование фонарем, я поставил резистор сопротивлением 5,1 кОм, чтобы тренировочный ток был существенно меньше рекомендованного выше. Верхний и нижний проволочные выводы этого резистора завел вокруг ближайших винтов, крепящих пластины к заготовке. Эти винты по высоте должны быть меньше половины толщины заготовки, чтобы не закоротить батарею. Уложив в корпус фонаря несколько слоев пленки из полиэтилена, вставляю в него батарею, закрываю крышку фонаря, и он готов к работе. И хотя лампочка фонаря отбирает от каждой из трех стопок элементов ток силой 0,1 А, но из-за кратковременности их нагрузки (больше чем на 20 минут фонарь не включаю) выходов из строя элементов за 8 лет не было.

Рис. 6. Батарея из аккумуляторных элементов в радиоприемнике (вместо четырех гальванических элементов типа Прима)

Рис. 6. Батарея из аккумуляторных элементов в радиоприемнике (вместо четырех гальванических элементов типа Прима): 1 – пружинящий контакт; 2 – гвозди; 3 – деревянная вставка; 4 – полиэтиленовая трубка; 5 – аккумуляторные элементы

Один из моих переносных радиоприемников должен по паспорту питаться от четырех повторно не заряжаемых гальванических элементов на 1,5 В, например, типа Прима (LR14), создающих напряжение 6 В. Для последовательного соединенных батареек в корпусе радиоприемника предусмотрена полость длиной 210 мм с плюсовым и минусовым контактами (пружина из проволоки) у торцов полости. Так как этот приемник обычно брали на садовый участок, при выездах на природу и т.д., то батарейки быстро вырабатывали свой ресурс даже с учетом деформации внешних электродов элементов. Естественно, что пришло решение заменить батарейки многократно заряжаемыми аккумуляторными элементами, тем более, что опыт подобных замен уже был. Наиболее подходящими по диаметру оказались элементы типа Д-0,26. Четыре таких элемента последовательно вставил в тонкостенную разрезанную по образующей пластиковую трубку (корпус от пузырька с отрезанными дном и горловиной), образовав таким образом батарею на 6 В. На рис. 6 показано положение такой батареи в корпусе приемника. Так как батарея имеет небольшую длину, то в остальную часть полости я вставил круглый отрезок из сухого дерева длиной 175 мм, в торцы которого вбил небольшие по длине гвозди, подложив под их шляпки шайбы. Гвозди соединены между собой тонким проводом, положенным по поверхности вставки (на рис. 6 провод не приведен). Вставка упирается левым торцом в пружинящий проволочный контакт, обеспечивая в нем фиксацию батареи и надежное электрическое соединение между собой всех элементов. С учетом имеющейся запасной аналогичной батареи приемник исправно работает до двух суток. При необходимости первую батарею подключают для зарядки в полевых условиях к автомобильному аккумулятору.

Автор надеется, что содержащиеся в данном материале полезные советы вызовут интерес у читателей сайта к очень простым в изготовлении и пользовании зарядным устройствам для аккумуляторных элементов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Мы Вконтакте
Разместить материал
Мы с радостью разместим Ваши интересные статьи на нашем сайте. Для отправки материала свяжитесь с нами через Форму обратной связи.
Свежие комментарии