В советское время, ввиду всеобщего дефицита, были очень популярны различные способы восстановления и продления работы гальванических элементов питания. В статьях Б. И. Богомолова [1,2] был описан способ восстановления (регенерации) гальванических элементов и приведены схемы устройств.
В настоящее время дефицита гальванических элементов в продаже не наблюдается, однако цены на некоторые элементы питания (и особенно на "раскрученные" рекламой бренды) могут "кусаться". Поэтому, по мнению автора статьи, тема восстановления гальванических элементов питания и продления их "жизни" всё ещё не закрыта и до сих пор актуальна.
Как указано в статье [2], на выходе такого зарядно-восстановительного устройства получается "фигурная" форма зарядного тока. В результате происходит "встряхивание" ионного движения в гальваническом элементе, что благоприятно сказывается на процессе его регенерации.
Поводом к доработке и дальнейшему использованию этого зарядно-восстановительного устройства (далее - ЗВУ) более 25 лет назад послужила неисправность автомобильной аккумуляторной батареи (вероятно, ввиду сульфатации пластин). Аккумуляторная батарея не поддавалась зарядке полуавтоматическим зарядным устройством промышленного изготовления, оно сразу же отключалось. Здраво рассудив, что автомобильная аккумуляторная батарея, в принципе, такая же, только уж очень большая и тяжёлая, решил попробовать её восстановить с помощью это го ЗВУ. После подключения к ЗВУ автомобильной батареи и установки тока зарядки 150 мА аккумуляторная батарея заряжалась в течение десяти часов и затем под нагрузкой (фары дальнего света) показала номинальное напряжение. После такой "процедуры" автомобиль даже завёлся от этой батареи, но она была всё-таки дозаряжена до полной ёмкости тем же самым зарядным устройством промышленного изготовления, которое теперь уже не отключалось.
Как впоследствии оказалось, это ЗВУ наиболее пригодно как раз для восстановления именно аккумуляторных батарей и отдельных аккумуляторов. Подобным самодельным зарядновосстановительным устройством было восстановлено множество нерабочих аккумуляторов от мобильных телефонов, смартфонов и планшетов, которые получили фактически вторую "жизнь". Восстанавливались и подзаряжались как аккумуляторные батареи (в основном автомобильные), так и отдельные аккумуляторы (с номинальным напряжением от 1,2 до 3,9 В). С целью расширения интервала токов зарядки схема ЗВУ была дополнена и доработана. Доработанный вариант схемы ЗВУ представлен на рис. 1.
Рис. 1. Доработанный вариант схемы ЗВУ
В устройстве можно использовать понижающий трансформатор с напряжением вторичной обмотки 12...25 В и выходным током 0,3...1 А, проволочный токоограничивающий резистор R2 мощностью 10-15 Вт и сопротивлением 10...47 Ом, проволочный переменный резистор R3 мощностью 10-15 Вт и сопротивлением 330...470 Ом (использован ППБ-15Г), проволочный шунтирующий резистор R4 мощностью не менее 2 Вт (использован С5-16В), диод VD1 - любой из серии 1N400х или подобный с допустимым током 0,3...1 А, конденсатор С2 - ёмкостью 10...15 мкФ на напряжение 15...25 В (желательно К53-4 или подобный). В крайнем случае возможна установка на месте С2 обычного полярного оксидного конденсатора. Однако в этом случае не рекомендуется устанавливать ток зарядки более 50 мА. На месте R1 и R5 можно применить резисторы МЛТ или подобные. Переключатель SA1 - любой маломощный, поскольку основной ток идёт через шунтирующий резистор R4.
Очень важно: при монтаже устройства следует сначала на плату установить резистор R4, припаять к нему силовые провода, а только потом к этому резистору припаивать провода, идущие к микроамперметру РА1 и переключателю SA1. В качестве переключателя SA1 можно применить любую маломощную кнопку с фиксацией в нажатом положении или тумблер на два положения. Переключатель SA2 должен выдерживать ток не менее 150 мА.
В случае наличия только понижающего трансформатора с напряжением вторичной обмотки более 30 В (и отсутствия отводов вторичной обмотки) после плавкой вставки FU1 в разрыв провода, идущего к первичной обмотке, следует поставить гасящий конденсатор С1 с параллельно подключённым резистором R1 (дополнительные элементы на схеме выделены красным цветом). Для ограничения броска тока при подключении ЗВУ к сети 230 В между плавкой вставкой FU1 и цепью C1R1 можно включить дополнительный резистор сопротивлением 33...51 Ом мощностью 0,5...2 Вт, желательно МЛТ. В случае сильного нагрева этот резистор следует заменить более мощным. На месте С1 применялся конденсатор К73-17в на напряжение 630 В. Ёмкость конденсатора С1 можно как рассчитать по формуле [3], так и подобрать экспериментально по нужному напряжению на вторичной обмотке конкретного используемого понижающего трансформатора. Резистор R1 обеспечивает быструю разрядку конденсатора С1 и предотвращает удар током при случайном касании рукой контактов сетевой вилки ХР1 после отключения устройства от сети 230 В при нажатой кнопке SB1. Кнопка SB1 с фиксацией в нажатом положении должна быть рассчитана на коммутацию напряжения не менее 250 В и ток не менее 1 А. В качестве SB1 можно также применить тумблер с аналогичными параметрами. Плавкую вставку FU1 по предельно допустимому току подбирают под конкретный используемый понижающий трансформатор.
Токоограничивающий резистор R2 ограничивает максимальный ток зарядки. Переменным резистором R3 регулируют ток зарядки. Лампа HL1 устраняет бросок тока при подключении устройства к восстанавливаемому аккумулятору, ограничивает рабочий ток зарядки, служит дополнительным индикатором зарядки и защищает устройство от случайного замыкания на выходе. В качестве HL1 можно использовать низковольтную лампу накаливания (например, на 6,3 В, 300 мА). Переключатель SA2 позволяет пользоваться устройством при внезапном перегорании лампы HL1, окислении её контактов в патроне и невозможности её быстрой замены. Для визуальной индикации и контроля тока зарядки и выходного напряжения применён стрелочный микроамперметр РА1 (в моём случае - стрелочный индикатор уровня записи М476/1).
Формулы для приблизительного расчёта шунтирующего и добавочного резисторов (R4 и R5 на схеме рис. 1) взяты из [4]:
Rшунт. = R4 = (Iи · Rи) / (Iи.макс - Iи),
где Iи - максимальный ток стрелочного индикатора, мА; Rи - сопротивление рамки стрелочного индикатора, Ом; Iи.макс - требуемое наибольшее значение измеряемого тока, мА.
Rдоб. = R5 = (Uизм / Iи) - Rи,
где Uизм - максимальное измеряемое напряжение, В; Iи - максимальный ток стрелочного индикатора, А; Rи - сопротивление рамки стрелочного индикатора, Ом.
Сопротивления резисторов R4 и R5 рассчитаны по нужным для пользователя пределам измерения: тока - 150 мА и напряжения - 15 В. Естественно, при использовании стрелочного индикатора другой марки и при других необходимых пределах измерения тока и напряжения сопротивления резисторов R4 и R5 потребуется пересчитать и затем более точно подобрать при окончательной калибровке индикатора. При нахождении контактов переключателя SA1 в указанном на схеме положении индикатор РА1 показывает ток зарядки, в противоположном - подаваемое напряжение на восстанавливаемый аккумулятор (а при отключении устройства от сети 230 В - напряжение холостого хода подключённого аккумулятора). Для удобства визуального контроля тока и напряжения сверху и снизу шкалы индикатора на корпус устройства можно приклеить шкалу с указанием значений тока и напряжения (откалибровать по цифровому мультиметру), поверх шкалы желательно наклеить прозрачную липкую ленту для защиты от загрязнения и стирания надписей.
Для более достоверного измерения напряжения на восстанавливаемом аккумуляторе следует отключить устройство от сети 230 В и кратковременно подключить параллельно аккумулятору вместе с индикатором РА1, включённым в режим вольтметра, нагрузку в виде лампы накаливания или резистора сопротивлением 2...30 Ом мощностью 2...5 Вт. Для удобства подключения нагрузки можно также установить отдельную кнопку или тумблер (несколько кнопок или тумблеров для подключения нагрузок различной мощности). Для точного измерения напряжения на маломощных аккумуляторах достаточно просто подключения к ним индикатора РА1 в режиме вольтметра, поскольку он сам по себе является маломощной нагрузкой.
При попытке восстановления неисправного аккумулятора (особенно с остаточным напряжением 0...0,5 В) не следует выставлять слишком большой зарядный ток. Часто вполне достаточно 10...50 мА, здесь главное - выдаваемая устройством "фигурная" форма зарядного тока.
Единственный недостаток этого устройства - отсутствие защиты от перезарядки восстанавливаемого аккумулятора, поэтому требуется постоянный контроль зарядного тока, времени зарядки и напряжения восстанавливаемого аккумулятора.
Зарядка аккумулятора, как правило, производится током, равным 10 % от номинальной ёмкости, втечение 10...12 ч. При использовании этого ЗВУ обычно хватало даже трёх-пяти часов на полное восстановление работоспособности аккумулятора от мобильного телефона, смартфона или планшета. По крайней мере, 30 мин всегда хватало на то, чтобы определить, будет восстанавливаться заряжаемый аккумулятор или нет. Поскольку максимальный ток зарядки в устройстве ограничен значением 150 мА (и, как правило, выставлялся в пределах 30...70 мА), перегрева заряжаемых аккумуляторов не наблюдалось.
Рис. 2. Пластиковый бокс (отсек) с пружинящими контактами
Для временного размещения восстанавливаемого аккумулятора типоразмеров АА и ААА удобно пользоваться пластиковым боксом (отсеком) с пружинящими контактами (рис. 2). Желательно подключать к ЗВУ каждый аккумулятор отдельно, не в последовательном соединении с другими аккумуляторами, потому что самый "худший" аккумулятор неизбежно ограничит ток зарядки, что отрицательно скажется на времени и качестве регенерации всей составной батареи. В случае необходимости восстановления одновременно двух аккумуляторов (особенно разных типов, номинальных напряжений и ёмкостей) следует собрать устройство по схеме, фрагмент которой показан на рис. 3. Эту часть следует подключить к ЗВУ на рис. 1, переместив резистор R4 и микроамперметр РА1 из плюсовой в минусовую линию, отключить нижний по схеме вывод резистора R5 от минусовой линии и подключить его к контакту 1 переключателя SA1, а верхний по схеме вывод резистора R5 подключить к плюсовой линии (к точке соединения плюсового вывода конденсатора С2, катода диода VD1 и провода, идущего к зажиму Х1). Левый по схеме вывод резистора R6 следует подключить к точке соединения резисторов R2 и R3.
Рис. 3. Фрагмент схемы для устройства восстановления одновременно двух аккумуляторов
Токоограничивающий резистор R2 (см. рис. 1) ограничивает верхний предел общего тока зарядки. Переменными резисторами R3 (на рис. 1) и R6 (рис. 3) регулируют ток зарядки отдельно для аккумуляторов (или батарей) GB1 и GB2. Переключатель SA1 - на три положения. В верхнем положении (1) переключателя SA1 индикатор РА1 будет показывать напряжение на GB1, в среднем положении (2) - общий ток зарядки для GB1 и GB2, в нижнем положении (3) - напряжение на GB2. Поскольку главный показатель - ток зарядки, то основным рабочим положением переключателя SA1 будет среднее (2).
При необходимости контроля тока зарядки по каждому восстанавливаемому аккумулятору можно временно в процессе зарядки отсоединять зажим Х1 или Х3 от GB1 или GB2. Временное отключение/подключение в процессе зарядки для литий-ионных аккумуляторов с номинальным напряжением 3,7...3,9 В ничем не грозит. Однако никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы типоразмеров АА и ААА с номинальным напряжением 1,2 В из-за "эффекта памяти" придётся восстанавливать немного вслепую, без отключения их от ЗВУ для текущей проверки, ориентируясь только на их паспортную ёмкость, начальный зарядный ток и время зарядки. Но, если имеются два одинаковых стрелочных индикатора, их можно поставить в устройство в соответствии со схемой, показанной на рис. 1. В этом случае можно будет независимо контролировать ток зарядки и напряжение на каждом подключённом аккумуляторе. В случае сильного нагрева общего токоограничивающего резистора R2 (см. рис. 1) его следует заменить более мощным.
В качестве контрольно-измерительного прибора в ЗВУ можно также применить цифровой вольтметр-амперметр, например DSN-VC288. Это позволит более точно выставлять ток зарядки и одновременно контролировать напряжение на восстанавливаемом аккумуляторе. Схема устройства с цифровым индикатором представлена на рис. 4.
Рис.4. Схема устройства с цифровым индикатором
Для питания цифрового индикатора Р1 используется стабилизатор напряжения DA1 с выходным напряжением + 12 В на базе интегрального стабилизатора L7812. Поскольку напряжение питания этого цифрового индикатора может быть в пределах 4...30 В, то, в зависимости от напряжения на вторичной обмотке конкретного применяемого понижающего трансформатора, можно применить и другие стабилизаторы из серии 78хх, например, 7805, 7806, 7809, 7815, 7818, 7824.
В случае применения стабилизатора 7818 или 7824 не забудьте установить конденсатор С3 на напряжение не менее 25 В. Для снижения возможных помех параллельно конденсатору С3 можно установить керамический конденсатор ёмкостью 0,1...0,2 мкФ. Дополнительный конденсатор следует припаять непосредственно к выводам С3. В случае существенного нагрева стабилизатора DA1 его следует установить на небольшой теплоотвод. Во избежание сильного нагревания диода VD1 желательно применять аналогичный указанному на схеме кремниевый выпрямительный диод с максимально допустимым током не менее 1,5 А. В крайнем случае вместо одиночного мощного диода VD1 можно поставить два параллельно включённых одинаковых диода из серии 1 N400х или подобные однотипные. Также следует иметь в виду, что чёрный тонкий провод цифрового индикатора Р1 никуда не подключают, он гальванически связан с толстым чёрным проводом.
При размыкании контактов переключателя SA1 (переключении в нижнее по схеме положение) индикатор Р1 покажет напряжение холостого хода восстанавливаемого аккумулятора. Временное подключение нагрузки покажет реальное напряжение на аккумуляторе, а также позволит приблизительно оценить качество его восстановления и ёмкость. Лампа HL1 и переключатель SA2 выполняют те же функции, что и на рис. 1 и рис. 3. Переключатели SA1 и SA2 (рис. 4) должны выдерживать ток не менее 150 мA.
ЗВУ с цифровым индикатором успешно работает в составе самодельного комбинированного устройства (содержит регулируемый стабилизатор напряжения с двойной защитой, зарядно-восстановительное устройство для аккумуляторов, выход 12 В для питания микродрели, контрольный стерео-УНЧ). Внешний вид такого комбинированного устройства показан на рис. 5.
Рис. 5. Внешний вид комбинированного устройства
Рис. 6. Внешний вид приставки
Рис. 7. Внешний вид приставки
Другой экземпляр ЗВУ выполнен по схеме, показанной на рис. 1, и оформлен в виде приставки к самодельному трансформаторному регулируемому блоку питания (БП). Внешний вид приставки показан на рис. 6 и рис. 7. Приставка на рис. 7 располагается сверху БП. В качестве корпуса приставки использована часть корпуса от кассового аппарата, приклеенная термоклеем к плате. Печатная плата не разрабатывалась. Для размещения деталей устройства использовалась освобождённая от деталей печатная плата от нерабочей радиоаппаратуры, на которой по максимуму использовались нужные печатные проводники. Компоновка и крепёж приставки на деревянных рейках в данном случае обусловлены наличием выступающей ручки для переноски на верхней поверхности корпуса БП. Также эти рейки не дают смещаться корпусу приставки к стене. Переменное напряжение на приставку подаётся с вторичной обмотки понижающего трансформатора БП через плавкую вставку FU2, установленную на плате ЗВУ. Для оперативного отключения приставки от блока питания предусмотрено внешнее разъёмное соединение - применён разъём МГК1-1. С заряжаемым аккумулятором ЗВУ соединяется разноцветными проводами длиной 1 м с зажимами "крокодил" на концах (рис. 6). Во избежание влияния сопротивления соединительных проводов, а также шунтирующего резистора R4 (см. рис. 1 и рис. 3) на точность показаний индикатора калибровку как стрелочного, так и цифрового индикатора следует производить при подключении контрольного цифрового мультиметра непосредственно к выходным зажимам Х1 и Х2 (Х2 и Х3) при подключённом аккумуляторе (режим измерения напряжения) или между одним из выходных зажимов (Х1 или Х3) и плюсовым выводом аккумулятора (режим измерения тока) - см. рис. 1, рис. 3, рис. 4.
Литератрура
1.Богомолов Б. Восстановление элементов марганцево-цинковой системы. - Радио, 1981, № 7-8, с. 75.
2.Богомолов Б. Вторая "жизнь" гальванических элементов. - Радио, 1991, №5, с. 64-67.
3.Бирюков С. Простое зарядное устройство. - Радио, 1997, № 3, с. 50.
4.Борисов В. Юный радиолюбитель. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985, с.114, 115.
Автор: А. Шумилов, г. Архангельск