когда возникла необходимость заряжать малогабаритные герметизированные АЭ, то я решил это делать именно в близком к этому режиме.
Изложу еще ряд общих соображений. Для зарядки АЭ целесообразно применять «источник тока», т. е. зарядное устройство должно выдавать постоянный ток независимо от величины напряжения на АЭ. В процессе зарядки в АЭ системы НК выделяется никелевым электродом кислород, который поглощается кадмиевым электродом, и это является нормальным процессом при соблюдении равновесия выделяемого и поглощаемого газа. Конструктивно ГНКА выполнены так, что обычно герметизация обеспечивается некоторым избыточным давлением газа При большом зарядном токе и при перезарядке выделяется газа больше, чем его может поглотить кадмиевый электрод. В этом случае внутри элемента давление возрастает, и если оно достигает предела текучести материала корпуса, то корпус вздувается. При этом может нарушиться внутри контактная система и ГНКА выйти из строя. Восстановить систему иногда можно сжатием ГНКА до прежних размеров в тисках. В процессе разрядки давление падает, и при напряжении меньше минимального (1 В) оно может снизиться до величины, которая не обеспечивает герметичности, что может привести к вытеканию электролита.
Критерий необходимости зарядки АЭ я определяю так. По номинальному напряжению Uн системы данного типа элемента нахожу номинальную нагрузку (величину нагрузочного резистора Rн) и, соответственно, номинальный ток Iн, исходя из паспортной емкости Q элемента. Для всех АЭ системы НК напряжение Uн = 1,25 В, Iн = Q/10. Отсюда величина резистора, через который при подключении его к электродам АЭ, потечет ток Iн, равна: Rн = 10 Uн/Q = 12,5/Q. Например, для Д-0,26 его Q = 0,26 А∙ч и отсюда находим Rн = 12,5/0,26 ~ 50 Ом. Если при таком Rн (любого типа мощностью 0,125 Вт и более) напряжение на элементе 1,2 В и выше, то вновь устанавливаю АЭ в потребитель. Если напряжение от 1 до 1,2 В, то АЭ готовлю к зарядке. Для этого нагружаю АЭ на резистор с величиной сопротивления около 3∙Rн и контролирую по вольтметру постепенное уменьшение напряжения до 1 В, после чего начинаю зарядку АЭ в отработанном мною режиме. Так определяю необходимость зарядки или довожу до зарядки аккумуляторы всех типов, в том числе для ручных часов АЭ зарубежного производства.
Необходимость разрядки АЭ до минимального напряжения 1 В связана с устойчивым мнением о «памяти» аккумуляторов. При начале зарядки, например, с напряжения 1,25 В и полной затем зарядке элемент при последующей работе отдаст только ту энергию, которую получил при подъеме напряжения с 1,25 В до предельного 1,37 В, т. е. когда он не принял полный заряд. А при начале зарядки с минимально допустимого напряжения 1 В АЭ отдаст затем значительно большую энергию, т. е. будет работать более продолжительное время.
При зарядке в однополупериодном режиме «закачиваю» в АЭ 160 % его номинальной емкости Q в течение 20 часов средним током I3 = 0,08∙Q. Одновременно в течение каждой обратной полуволны напряжения разряжаю АЭ средним током Iз = 0,008∙Q. Так что окончательно в элемент по завершении зарядки заводится 144 % его емкости. После отключения выпрямителя напряжение на АЭ максимально и равно 1,44 В. Оно затем уменьшается и через 20–25 минут становится стабильным около 1,37-1,39 В. Если после зарядки АЭ длительно не будет использоваться, его нужно держать под тренировочным током, равным примерно 0,01 Q. Периодически следует измерять напряжение. Когда оно снизится до 1 В, то АЭ надо снова зарядить. Так содержащийся АЭ сохраняет свою емкость и работоспособность до 10–15 лет и более. Нужно помнить, что если не держать ГНКА под тренировочным током, то уже после месяца бездействия он может потерять до 20–40 % его первоначальной емкости и в дальнейшем потери будут расти. Однако бывает, что АЭ долго не применялся и не был под тренировочным током, а напряжение на нем составляет десятые доли В. Значительную часть емкости такого АЭ можно попытаться восстановить. Первоначально надо его зарядить током величиной 0,04∙Q в течение 40 часов, а затем разрядить таким же током до напряжения 1 В. Снова зарядить током 0,06∙Q в течение 30 часов и опять разрядить таким током. После чего зарядить током 0,08∙Q за 20 часов и разрядить снова этим током до 1 В. Зарядив еще раз в последнем режиме, можно АЭ использовать по назначению или ставить под тренировочный ток. При всех зарядках должна быть одновременная разрядка АЭ током, составляющим 10 % от тока зарядки, как это представлено ниже при описании работы зарядного устройства по рис. 2. По моим оценочным измерениям, ряд таких элементов восстановили свою емкость до 60–70 % от паспортной.
Рис. 2.Схема зарядного устройства:
Rз — резистор зарядной цепи; Д — диод; Э — аккумулятор; Rp — резистор разрядной цепи
Перехожу непосредственно к зарядному устройству. Чем меньше оно содержит электронных компонентов и чем схемно проще, тем оно надежнее и безопаснее для ГНКА. Конечно, нельзя отрицать применение автоматов и полуавтоматов с временными таймерами и контролем переданной в АЭ энергии. Описаний таких систем в последние годы появляется достаточно много. Однако в условиях круглосуточной работы многоэлементные устройства имеют большую вероятность выйти из строя и повредить ГНКА. А самое главное, я на основании своего долговременного опыта 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, выбрасываемых в мусор или на свалку. Все или часть электронных компонентов можно купить в торговой сети.
Собственно схема зарядного устройства (ЗУ) приведена на рис. 2. ЗУ включают непосредственно в сеть с напряжением U = 220 В. Зарядный ток автоматически устанавливается постоянной величины, т. е. режим наиболее благоприятный для АЭ. Цепь тока зарядки Iз в течение каждого полупериода выделена жирной линией. Цепь разрядки элемента током Iр в течение каждого следующего полупериода показана дополнительной тонкой 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 по схеме рис. 2. Резистор может быть присоединен и как показано штриховой линией, но тогда его величина должна быть на 10 % меньше. В таком ЗУ содержится минимум деталей. Определим величины резисторов по схеме рис. 2 применительно к зарядке АЭ с емкостью Q = 0,038 для ручных часов. Как говорилось выше, средний ток должен быть равен I3 = 0,08∙Q и превышать Iр в 10 раз. Следует отметить, что 10 % от общего зарядного тока через Э по схеме рис. 2 проходит через Rp, через который в следующий полупериод он протекает обратно. Поэтому величина R параллельно соединенных резисторов Rз и Rp равна:
R = K∙U/(0,08∙Q), (1)
где U = 220 В, а коэффициент К = 0,45 для усреднения тока при однополупериодном выпрямлении без каких-либо дополнительных фильтровых элементов для сглаживания пульсаций тока. Подставив значения всех членов в формулу (1), получим R = 0,45∙220/(0,08∙0,038) = 32,5 кОм. Исходя из правила для параллельного соединения резисторов и помня, что Iр = 0,1∙I3, имеем: 1/R = 1/R3 + 1/(10∙Rз) или Rз = 1,1∙R, т. е Rз = 36 кОм, Rp = 360 кОм. Резисторы по ГОСТ с такими номиналами выпускаются. (Если резистор Rp присоединить по цепи штриховой линии (рис. 2), то Rз — R, а Rp = 9∙Rз.) Определим теперь мощность резисторов по известной формуле Р = I2∙R. Подставив соответствующие величины для токов через резисторы и величин резисторов, получим для резистора R, мощность Рз = 0,32 Вт, а для Rp — меньше 0,1 Вт. В данном случае мощность резисторов должна быть не менее 0,5 Вт, так как при Р = 0,5 Вт рабочее напряжение резистора 350 В, при 1 Вт — 500 В и т. д. Эти резисторы могут быть любого типа, например, МЛТ, С2-10, С2-23 и др., 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 выпускаются они с разбросом величин как в большую сторону, так и в меньшую. Можно каждый резистор заменить параллельно-последовательно соединенными резисторами с равными им общими величинами сопротивлений. Полупроводниковые диоды практически все пропускают такой ток, однако в ЗУ они должны выдерживать обратное напряжение сети 310 В. Такими вентилями могут служить кремниевые диоды на обратное напряжение 400 В типа Д202К (5 А), КД209А (0,7 А), 2Д215А (0,85 А) и др. Можно включить последовательно 2 или 3 одинаковых диода на меньшее обратное напряжение, но тогда каждый из них надо зашунтировать равными по величине резисторами с величинами сопротивлений около I МОм для равномерного деления обратного напряжения.
Конструкция ЗУ для часовых АЭ очень проста, но в то же время достаточна удобна. Все детали закреплены на обычной бельевой пластиковой прищепке увеличенного размера (рис. 3).
Рис. 3.Конструкция зарядного устройства: