Вопрос повторного использования гальванических элементов питания марганцево-цинковой (МЦ) системы издавна волновал любителей электроники. На протяжении многих лет применялись самые разнообразные способы “оживления”элементов: шприцевание водой, кипячение, деформация стакана, зарядка различными токами. В отдельных случаях наблюдался всплеск ЭДС с последующим ее быстрым угасанием. Ожидаемой емкости элементы не набирали, а порою, они текли и даже взрывались.

Но информация о работах в этой области постоянно появлялась в технической литературе. В потоке информации более двух десятилетий назад промелькнуло сообщение о способе регенерации (восстановления) элементов, предложенном инженером И. Алимовым. Но, к сожалению, этот способ не удостоился внимания массового читателя, поскольку не содержал сведений о рациональных токовых режимах. По этой же причине появившиеся в продаже зарядные устройства были малоэффективными, а порою просто неработоспособными.

Воспользовавшись идеей и предложенной И. Алимовым схемой, автору этих строк удалось определить оптимальные токовые режимы регенерации, исследовать и разработать различные диагностические устройства. И регенерация стала возможной для большинства элементов. Они порою обретали емкость, несколько превосходящую первоначальную.

Разработанные диагностические устройства, о некоторых из которых пойдет рассказ позже, позволяют определить пригодность или непригодность элементов к регенерации независимо от величины ЭДС элемента. И восстанавливать нужно именно элементы, а не батареи из них. Поскольку даже один из последовательно соединенных элементов батареи, пришедший в негодность (разряженный ниже допустимого уровня) делает невозможным восстановление батареи. По этой же причине не следует заряжать цепочку элементов в последовательном соединении, поскольку наихудший элемент исказит и ограничит токовый режим настолько, что регенерация окажется или весьма затяжной или ее вообще не будет.

Что касается процесса зарядки, он должен проводиться асимметричным током при вполне определенном напряжении — 2,4 ... 2,45В. При меньшем напряжении регенерация весьма затягивается, элементы даже после 8 ...10-часовой зарядки не набирают половинной емкости. При большем же напряжении нередки случаи вскипания элементов, и они приходят в негодность. По этим причинам становится очевидным применение соединительных проводов между трансформатором и зарядными цепями возможно большего сечения. Таковы вкратце отправные моменты, которые следует учитывать при разработке и изготовлении зарядных устройств.

А теперь о диагностике элементов. Смысл ее состоит в определении способности элемента “держать” определенную нагрузку, например, в виде резистора сопротивлением 10 Ом. Для этого к элементу подключают вначале вольтметр и измеряют остаточное напряжение, которое не должно быть ниже 1В (элемент с меньшим напряжением однозначно непригоден к регенерации). Затем нагружают элемент на 1...2с. указанным резистором. Если напряжение элемента упадет не более чем на 0,2В, он пригоден к регенерации.

Рис.1.

Если нет вольтметра, диагностическое устройство можно изготовить по схеме, приведенной на рис. 1. В нем индикатором служит светодиод HL1, включенный в коллекторную цепь транзистора VT1 — на нем собран электронный ключ. На вход транзисторного каскада подают (с помощью щупов ХР1 и ХР2) напряжение с проверяемого гальванического элемента.

При допустимом остаточном напряжении элемента светодиод ярко вспыхнет. Когда будет нажата (кратковременно!) кнопка SB1, яркость светодиода должна упасть незначительно, что будет свидетельствовать о пригодности элемента к регенерации. Если же светодиод не вспыхнет при подключении элемента к устройству или погаснет при нажатии кнопки, такой элемент для регенерации не годится.

Рис.2.

Резисторы диагностического устройства — МЛТ-0,125, транзистор — любой из серии КТ315, источник питания — элемент 332 либо 316. Все детали устройства можно смонтировать в небольшом корпусе (рис. 2), расположив снаружи источник питания, самодельный кнопочный выключатель и площадку - щуп ХР1 из медной пластины. Из корпуса выводят многожильный монтажный провод в изоляции с наконечником - щупом ХР2.

Проверяя элемент, его ставят плюсовым выводом на площадку и касаются щупом ХР2 минусового вывода. Резистор R2 подбирают такого сопротивления, чтобы светодиод при напряжении 1,2В и выше светился ярко, при снижении напряжения до 1В его яркость падала, а при меньшем напряжении свечение исчезало.

Рис.3.

При разработке постоянно действующего зарядного устройства узел диагностики можно совместить, например, с блоком питания (рис. 3). Правда, питаться узел диагностики будет переменным напряжением, снимаемым со вторичной обмотки понижающего трансформатора Т1. Но светодиод HL1 в данном случае играет роль полупроводникового выпрямительного диода, обеспечивающего однополупериодное напряжение для работы транзисторного каскада.

Для ограничения яркости светодиода в эмиттерную цепь транзистора включен резистор R4 небольшого сопротивления. Во время диагностики щуп ХР2 должен соединяться с плюсовым выводом элемента, а ХРЗ — с минусовым. В разъем XS1 вставляют вилку блока регенерации, с которым познакомимся позже.

Самая ответственная деталь блока питания — трансформатор — ведь напряжение на его вторичной обмотке должно быть строго в пределах 2,4 ... 2,45В независимо от количества подключенных к ней в качестве нагрузки регенерируемых элементов. Готового трансформатора с таким выходным напряжением найти не удастся, поэтому один из вариантов — приспособить имеющийся подходящий трансформатор мощностью не менее 3 Вт, намотав на нем дополнительную вторичную обмотку на нужное напряжение. Провод должен быть марки ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,8 ...1 мм.

Для этих целей подойдут унифицированные выходные трансформаторы кадровой развертки телевизоров (ТВК), у которых достаточно смотать имеющуюся вторичную обмотку и намотать тем же проводом новую. К примеру, для трансформатора ТВК-70, вторичная обмотка которого содержит 190 витков, нужно намотать в два провода 55 витков.

Если есть трансформатор ТВК-70 или ТВК-110 с 146 витками во вторичной обмотке, вместо нее достаточно намотать тоже в два провода 33 витка. У ТВК-110А сматывают все 210 витков вторичной обмотки и размещают вместо нее 37 витков провода диаметром 0,8 мм. Подойдет и ТВК от старых ламповых телевизоров, например - “Темп - 6М” или “Темп-7М” и т.д., содержащий 168 витков вторичной обмотки. Вместо нее укладывают в два провода (в крайнем случае, можно и в один) 33 витка.

Если же вариант с готовым трансформатором неприемлем, придется изготовить трансформатор самим. Для этого нужно из имеющейся трансформаторной стали (типов Ш, УШ, ШЛ и т. д.) набрать магнитопровод сечением сердечника около 4 см² и намотать на магнитопровод обмотки трансформатора, предварительно рассчитав их число витков. Многие годы автор пользуется простейшими эмпирическими формулами, обеспечивающими тем не менее сравнительно высокую точность расчета. Так, число витков первичной (сетевой) обмотки определяют по формуле:

W₁ = K*Uc/S, где:

• W₁ — число витков первичной обмотки;
• К — коэффициент, учитывающий качество стали и КПД трансформатора;
• Uc — напряжение сети, 220В;
• S — сечение магнитопровода, см².

Коэффициент К для витой стали берут равным 35, для стали УШ — 40, для остальной стали — 50.

Число витков вторичной обмотки (W2) определяют по формуле:

W₂ = W₁*2,4/Uc.

Если при расчете вторичной обмотки получится нецелое число витков, его округляют до большего целого числа и пересчитывают по этому значению число витков первичной обмотки.

Диаметр провода обмоток зависит от протекающего по ним тока. Определить ток нетрудно делением мощности трансформатора на напряжение обмотки. А уже по таблицам справочников для заданного тока определяют диаметр провода. К примеру, для трансформатора мощностью 6 Вт первичную обмотку нужно намотать проводом диаметром 0,14 ... 0,2 мм, а вторичную — 1...1,2 мм.

Рис.4.

Трансформатор монтируют на шасси из изоляционного материала, которое сверху прикрывают крышкой (рис. 4) из такого же материала. На стенке шасси делают прорези, за которыми внутри шасси укрепляют гнезда разъема XS1 из пружинящего материала (латунь, бронза). Как и в предыдущей конструкции, на верхней панели крышки размещают детали диагностического устройства.

Рис.5.

К блоку питания подключают блок регенерации (рис. 5), рассчитанный на одновременную установку шести гальванических элементов. Каждый из ни оказывается соединенным с источником переменного напряжения через цепочку из параллельно соединенных диода и конденсатора. Причем, в один полупериод переменного напряжения “работают” диоды первой тройки элементов, в другой полупериод — диоды второй тройки. Такая мера позволила добиться равномерной нагрузки трансформатора в оба полупериода напряжения.

Поскольку ток через диод протекает лишь в один полупериод, а через конденсатор — в оба, получается “фигурная” форма зарядного тока. В результате происходит “встряхивание” ионного движения в элементе, что благоприятно сказывается на процессе регенерации (это утверждается авторским свидетельством И. Алимова). Для визуального контроля работы блока регенерации в нем установлен светодиод HL2.

Рис.6.

Конструкция блока регенерации показана на рис. 6. На шасси размерами 205 х 105 х 15 мм укреплены пружинящие контакты на расстоянии 30 мм друг от друга. Напротив контактов на уголке из изоляционного материала расположены две металлические планки (желательно медные), выполняющие также роль контактов.

Расстояние между планками и пружинящими контактами должно быть таким, чтобы между ними входил элемент 373 и надежно удерживался. Для установки же элементов 316, 332, 343 следует изготовить вставки с переходными пружинами, которые обеспечат соединение элемента с контактами блока регенерации. На боковой стенке шасси размещены планки из фольгированного стеклотекстолита (либо просто медные полоски) — вилки разъема ХР4. На верхней панели шасси расположен светодиод HL2.

Как было сказано выше, прежде чем начать регенерацию элементов, их нужно проверить на диагностическом устройстве. Из нескольких отобранных для регенерации элементов желательно заметить наиболее разряженный, чтобы в дальнейшем следить за его восстановлением. Продолжительность регенерации 4 ... 6, а иногда и 8 ч.

Периодически тот или иной элемент можно вынимать из блока регенерации и проверять на диагностическом устройстве. Еще лучше следить с помощью вольтметра за напряжением на заряжаемых элементах. Как только оно достигнет 1,8...1,9В, регенерацию прекращают, иначе элемент может перезарядиться и выйти из строя. Аналогично поступают и в случае нагрева какого-либо элемента.

И последнее. Не пытайтесь заряжать элементы, “забракованные” диагностическим устройством. Помните, что полуразряженные элементы, особенно долго хранившиеся в таком состоянии, как правило, теряют способность к регенерации в результате сложных химических процессов, происходящих в электролите и на электродах элементов. Деформация стаканов, подтеки на них также свидетельствуют о невозможности восстановления элементов.

Лучше всего восстанавливаются элементы, работавшие в детских игрушках, если ставить их на регенерацию сразу же после разрядки. Причем такие элементы, особенно с цинковыми стаканами, допускают многоразовую регенерацию, несколько хуже ведут себя современные элементы в металлическом корпусе. В любом случае главное — не допускать глубокой разрядки элемента и вовремя поставить его на регенерацию.

Б. Богомолов

Р5-1991