Аккумуляторы для портативных радиостанций: проблемы и решения

Новости

Бюллетень Си-Би №5 Май 1996 г

Автор Иван "Козерог" (ТОО Дело)

Для начала разговора о химических источниках тока (ХИТ), используемых для питания портативных радиостанций, попробуем их классифицировать.

ХИТ можно разделить на две группы, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Группа 1. Нерегенерируемые ХИТ. Батарейки.

Группа 2. Регенерируемые ХИТ. Аккумуляторы.

В группе 1 лидерство по праву щзанимают марганцево-цинковые элементы. Для питания Си-Би аппаратуры батарейки используются не часто из-за их высокой стоимости, малой удельной емкости и, что самое главное,нестабильностью работы в режиме больших токов, т.е. в моменты работы трансивера на передачу, когда ток разряда достигает 1,,2 - 1,5 А. Несомненным достоинством батареек является их моментальная готовность к работе. Купил. Поставил. Говори. Но... Иссякли - выбрасывай.

К сожалению, опыты по регенерации элементов, работавших в портативках, положительных результатов не дали. Внутренее сопротивление элементов, которое иу новых довольно высокое, после регенерации сильно увеличивается, и к повторной работе “на передачу” батарейки непригодны.

Если же все же возникла необходимость использования в Вашей портативке батареек, обратите внимание на маркировку элементов. Пригодны только лишь элементы серий “HIGH POWER”, т.е. рассчитанные на большие токи разряда, и совсем неплохо работают отечественные элементы А316 с небольшим сроком хранения.

Группа 2. Аккумуляторы. Типов аккумуляторов для питания радиоаппаратуры существует множество, но мы ограничимся лишь теми, что могут пригодиться пользователям Си-Би.

Это две большие группы аккумуляторов: никель-кадмиевые и серебряно-цинковые. Общим для для обеих групп по сравнению с батарейками является значительно меньшее внутреннее сопротивление. Серебрпяно-цинковые элементы имеют, по сравнению со всеми остальными типами ХИТ, наибольшую удельную емкость (значит наименьшие габариты), высокую стабильность параметров в процессе эксплуатации. Однако очень высокая стоимость и ограниченное число циклов перезаряда (100-200) ограничивают их применение.

Поэтому самое широкое распространение получили никель-кадмиевые аккумуляторы (НКА). При низком внутреннем сопротивлении, относительно невысокой стоимости, высокой стабильности параметров НКА имеют еще значительный ресурс работы, доходящий у лучших типов до 800-900 циклов заряд-разряд.

К особенностям НКА следует отнести необходимость предварительной формовки и периодического контроля их состояния в процессе эксплуатации. Важным их преимуществом является способность переносить “ударные нагрузки”, когда ток разряда достигает единиц ампер, без увеличения внутреннего сопротивления, что наиболее важно при включении радиостанции “на передачу”.

Условием их долговечности является разряд до напряжения не ниже 1 В на элемент.

Нужно также учитывать, что емкость НКА зависит от температуры. При температурах -10 - -200C емкость их падает на 25-40% от номинальной.

Саморазряд элементов после заряда происходит особенно быстро в начале хранения: в первые сутки хранения НКА теряет 10% емкости, за 30 суток - 20-40%, в течении последующих 30 суток емкость практически не меняется.

Сегодня на рынке имеется большое разообразие типов и изготовителей НКА, но при выборе НКА для Вашей портативки советуем ориентироваться на один тип, изготавливаемый одной фирмой. Объяснение этому простое: если Вам удалось приобрести экзотические аккумуляторы емкостью, скажем 1,8 А “SANYO”, и у Вас вышел из строя один элемент ( что нередко случается), Вам придется, для обеспечения нормальной работы батареи искать именно такой элемент именно этой же фирмы-изготовителя. Привязка к фирме-изготовителю не случайна, т.к. нагрузочные характеристики аккумуляторов разных фирм (даже при одинаковой емкости) различны и в циклах разряд-заряд они не “уживаются”.

Учитывая эти соображения, можно рекомендовать выбор НКА средней емкости 0,6-0,85 А/ч любой из часто встречающихся на отечественном рынке фирм.

Остановимся и на отечественных НКА. Автор имеет достаточно полную информацию по элементам ЦНК 0,45 и ЦНК 0,55. Несмотря на непрезентабельный внешний вид и часто просроченный срок хранения, ЦНКашки, при внимательном подходе к первичной разбраковке и соблюдении правил эксплуатации (описанных ниже), имеют высокую смтабильность в эксплуатации и, что весьма немаловажно, невысокую стоимость. Даже из элементов с просроченным сроком хранения можно отобрать вполне надежные экземпляры по весьма низкой цене. Единственное, что следует сделать после покупки, это промыть ЦНКашки в 2-5% растворе борной или лимонной кислоты, насухо протереть и промазать места стыков изоляторов и выводов смазкой ЦИАТИМ 221-228.

При экспериментальной проверке ЦНК 0,45 и ЦНК 0,55 показали очень приличные результаты, отдавая в нагрузку заряд на 0,15-0,2 А/ч сверх номинальной емкости.

Публикации данной статьи является попыткой обобщения практического опыта работы с никель-кадмиевыми аккумуляторами (НКА) типа АА. Эти НКА имеют стандартный диаметр 14,6 мм max и высоту 50,0 мм max. В обозначение импортных элементов входит число, соответствующее его емкости в десятках мАч. Например, элемент c обозначением GP85AAK изготовлен фирмой Gold Peak, имеет емкость 850 мАч и типоразмер АА.

Автор не претендует на всеохватность и полноту материала, т.к. испытания проходили лишь те типы НКА, которые были доступны.

Хотелось бы также отметить, что, несмотря на простоту конструкции, НКА по своим физико-химическим процессам чрезвычайно сложны и зачастую мало изучены, поэтому мы не будем углубляться в эти вопросы.

Итак, на что следует обращать внимание при покупке аккумуляторов?

1. Типоразмер.

Посмотрите внимательно, может быть даже со штангенциркулем, габаритные размеры, т.к. НКА некоторых китайских и корейских фирм несколько больше по диаметру и длине. Разница может составлять всего 1-1,5 мм, но в отсек Вашей портативки они не войдут.

2. Номинальная емкость.

Значение номинальной емкости обозначается на каждом НКА (у отечественных - в Ач, у импортных - в десятках мАч) и может быть от 450 мАч до 1,2 Ач. Номинальное напряжение у всех элементов НКА - 1,2 Вольта. Хотелось бы предостеречь от погони за сверхъемкостью аккумуляторов, т.к. НКА с номинальной емкостью 0,95-1,2 Ач, как правило, в эксплуатации нестабильны и для реализации своей полной емкости требуют специальных, достаточно точных циклов зарядки.

3. Внешний вид.

Практически все фирменные НКА, а фирм-производителей более 200, имеют групповую упаковку, снабженную штрих-кодами. Надписи на НКА и групповой упаковке должны быть четкими, не расплывчатыми. По шейке запрессовки корпуса не должно быть никаких следов электролита. Элементы даже с незначительными следами электролита к эксплуатации практически не пригодны. Хотелось бы также обратить внимание на то, что все крупные фирмы мира, производящие НКА, такие как Varta, Motorolla, GP и т.д., на территории своей страны НКА не производят (из-за недостаточной экологичности этих производств) и не следует пугаться надписей “Сделано в Тайване” или “Сделано в Корее”. Это не подделка, а всего лишь расположение завода фирмы.

4. Первичный контроль.

При покупке НКА очень желательно произвести первичную разбраковку элементов. Для этого нужно иметь простейшее приспособление, состоящее из тестера или мультиметра с пределом измерения 1,5-3 В и резистора номиналом 2 Ома мощностью 1-2 Вт, подключенного параллельно щупам (рис.1а). Гораздо удобнее отбирать элементы в приспособлении, показанном на рис.1б.

После подключения к элементу (соблюдая, конечно, полярность) вольтметр должен показывать напряжение не ниже 1 Вольта, и оно не должно падать в течении 2-3 секунд. Если напряжение на элементе ниже 1 В, или заметно уменьшается, то такие элементы покупать не рекомендуется. Не верьте утвердениям продавца, что после зарядки все будет O’key. Хотя элементы с напряжением под нагрузкой менее одного вольта и поддаются реанимации, но для этого Вам придется потратить много сил и времени, а хороший результат не гарантирован.

Утверждаем: абсолютно все НКА проходят первичный заряд (так называемый “толчек”) на заводе-изготовителе. И если напряжение меньше 1 В, это свидетельствует о том, что либо НКА произведен с нарушение технологии, либо не соблюдены сроки или условия хранения.

Наконец Вы приобрели комплект НКА и принесли их домой. Чтобы в дальнейшем Вам не пришлось жаловаться, придется еще немного потрудиться. Следует довести НКА до готовности. Подчеркиваем, что на этап покупки и формовки следует обратить особое внимание, т.к. львиная доля успеха работы НКА зависит от этих Ваших действий.

Формовка

На этом этапе Вы должны вложить в НКА все его замечательные свойства. Для этого Вам потребуется зарядное устройство и терпение. На зарядное устройство следует обратит особое внимание. Как правило, те устройства, которыми комплектуются портативки, не выдерживают, к сожалению, никакой критики. Содержат они в лучшем случае понижающий трансформатор, выпрямитель и простейший фильтр. Вам же следует выяснить, какой зарядный ток обеспечивает именно Ваш зарядник. Для этого включите тестер в разрыв цепи заряда и замерьте ток. Чтобы не резать провода, можно вложить между одним из элементов и пружинным контактом кусочек тонкого фольгированного текстолита, к фольге которого подпаяны провода, идущие к миллиамперметру. Зарядный ток должен составлять 1/10 емкости Ваших НКА. Т.е. если Вы приобрели НКА емкостью 650 мА/ч, зарядный ток должен быть 65 мА. Если это так или близко к этому, считайте, что Вам повезло. Если ток отличается от номинального более, чем на 10%, попытайтесь подобрать другой Charger или придется переделать свой. Как это сделать, будет описано в следующей части статьи, которую мы планируем поместить в июньском номере Бюллетеня.

Предположим, ток заряда нормальный. Время заряда НКА - 14 часов, т.е. в НКА нужно ввести 140% энергии от номинальной емкости. Если ток заряда у Вас несколько отличается от номинального, Вы можете соответственно скорректировать время заряда, так, чтобы обеспечить необходимые 140% номинальной емкости.

Если Ваше зарядное устройство содержит стабилизатор тока, это обеспечивает уверенность в успехе. В процессе заряда необходимо контролировать температуру НКА. Как? Рукой! Если на ощупь НКА стали теплыми, заряд следует прекратить до их остывания, либо уменьшить зарядный ток. Заряд окончен, когда будет достигнуто на каждом элементе напряжение 1,4 Вольта. Заряжая ЦНК на холоде, но не ниже 00С, можно увеличить их емкость на 2-3%, но при заряде в нагретом состоянии (400С) они недоберут 8% емкости.

После окончания первоначального заряда следует повторить процедуру контроля каждого элемента под нагрузкой, как было описано выше. НКА, не выдержавшие испытания, к сожалению придется выбраковать, для питания радиостанции они не пригодны.

В партиях НКА лучших фирм может быть до 10% таких элементов, в партиях худших - 30% и даже больше. Не удивляйтесь, если Вам не повезло.

Если Вам повезло и все элементы выдержали испытание под нагрузкой, ставьте их в станцию. Но обязательно следите (особенно в течение первых циклов заряда-разряда), чтобы при разряде напряжение на элементах не падало (под нагрузкой) ниже 1 В!

Если хотя бы один из элементов “провалился” до 1 В, разряд следует прекратить, т.к. это может привести к необратимому выходу его из строя. Остальные элементы следует доразрядить до 1 В, нагрузив их лампочкой на напряжение 1,2 В. И уж затем все элементы можно собирать в батарею и производить заряд номинальным током.

Ускоренные зарядные циклы описывать не будем в связи с негативным отношением к ним автора.

В процессе эксплуатации примерно через полгода следует провести очередное обследование НКА, как это описано для новых.

Может быть, уважаемый читатель, ознакомившись со всеми этими премудростями, подумает: - А стоит ли игра свеч?

Утверждаем: - Стоит! Всегда готовые к работе НКА Вашей портативки и долгий срок их службы окупают все хлопоты сторицей. Опыт работы автора свидетельствует, что при соблюдении описанных рекомендаций НКА с гарантией выдерживают 500-700 циклов заряд-разряд.

Желаю удачи!

Бюллетень Си-Би №6 Июнь 1996 г

Автор Иван Николаевич Киселев (ТОО "Дело") "Козерог" (3А18601) канал 7D Eur

Зарядные устройства, как они есть

Оценим сначала то, что у Вас есть. Включите ЗУ на заряд батареи и измерьте зарядный ток и напряжение на батарее. Как это сделать? Не резать же провода? Резать ничего не надо. Для измерения достаточно вставить между выводом одного из элементов и контактом кусочек тонкого фольгированного с двух сторон стеклотекстолита с припаянными к фольге проводами. К проводам подключите миллиамперметр. Напряжение на батарее можно измерить, вставив полосочки жести с припаянными проводами под контакты крайних элементов. Если ЗУ обеспечивает Uзар³Uном  и Iзар³Iном, он пригоден к доработке. Uном и Iном можно подсчитать так:

Uном(В) = 1,42´N+3 В, где N- количество элементов в батарее, 1,42 В - конечное напряжение на элементе, 3 В - запас на регулировку,

 Iном (мА)=E/10, где E- емкость элемента в мАч.

Если условия не выполняются, ситуация несколько осложняется. Как из нее выйти, обсудим позже.

Далее Ваше ЗУ нужно разобрать. Если оно собрано на саморезах, проблемы нет. ЗУ, изготовленные в Тайване, Китае, Гонконге, как правило, склеены. Для начала попробуйте аккуратно скальпелем по стыку раскачать крышку и снять ее. Иногда это получается. Если не получилось, зажмите через прокладки в тиски Ваше ЗУ и аккуратно сожмите до появления легкого потрескивания. Проделайте эту операцию несколько раз в разных плоскостях. Обычно это дает результаты. Внутри ЗУ обычно обнаруживается выпрямитель, выполненный по одной из схем, показанных на рис.1.

ЗУ по схемам рис.1а,б к использованию практически непригодны и их сразу нужно доработать до схемы рис.1в. Можно использовать любые выпрямительные диоды, хотя удобнее применять диоды серий КД102, КД103 из-за их миниатюрности, или использовать микросборку КЦ407 с любым буквенным индексом. Номинал конденсатора C1 следует выбрать из диапазона 470,0 -1000,0 мкФ, отдавая предпочтение большим величинам. Рабочее напряжение - не ниже 25 В.

Читатель может выбрать любую из известных схем стабилизаторов тока, учитывая, что ток в зарядной цепи будет составлять 50-90 мА. Желательно, чтобы схема содержала элемент регулировки зарядного тока. Предлагаем две схемы разной степени сложности.

Схема, приведенная на рис.2, проста, но достаточно хорошо работает в зарядном устройстве. Резистором R4 устанавливается ток заряда. Номинал R4 зависит от варианта ЗУ и лежит в пределах от 10 Ом до 100 Ом. Под Rн понимается заряжаемая батарея НКА.

Схема рис.3 имеет гораздо более высокие показатели, но и более сложна. Условием применения этой схемы является Uвх³18 В, хотя большинство  ЗУ обеспечивают это напряжение. Резистором R1 устанавливается зарядный ток. Данная схема обеспечивает исключительно высокую стабильность зарядного тока. При ее использовании можно заряжать как целую батарею из 9-10 НКА, так и отдельные элементы, ток при этом не изменяется. Аналогичное устройство, изготавливаемое фирмой “Дело”, при многократном повторении зарекомендовало себя с самой лучшей стороны. Автор не приводит чертежей печатных плат, т.к. устройства чрезвычайно просты и могут быть выполнены даже навесным монтажом. Рекомендуется сделать предварительный макетный монтаж с подгонкой элементов под конкретный экземпляр ЗУ и батареи.

Если Вы выполнили стабилизатор не очень громоздким, он без проблем вставляется в свободное место внутри ЗУ. Есть смысл предусмотреть вывод “под шлиц” R1 для оперативной регулировки зарядного тока при переходе с одной емкости НКА на другую.

Очень полезным показало себя еще одно дополнение схемы, показанное на рис.4. Цепочка включается последовательно в зарядную цепь и служит для индикации тока заряда. Это предостерегает Вас от случайного нарушения контакта между элементами, когда и ЗУ включено, и время прошло, а заряда нет.

Номинал резистора R рассчитывается по формуле:

R(Ом)=(1,5-1,7)/Iзар(А),

где в числителе - напряжение зажигания светодиода. Желательно подобрать светодиод с возможно меньшим напряжением зажигания, например из серии АЛ307 красного свечения.

Доработка ЗУ, входящих в комплект портативной станции Dragon SY-101, по схеме рис.3, дает очень хорошие результаты. Гасящий резистор, установленный в аккумуляторном отсеке, нужно зашунтировать резистором 20 Ом. При этом светодиод, имеющийся в аккумуляторном отсеке, будет индицировать наличие зарядного тока и добавление схемы рис.4 не требуется.

Описанная переделка ЗУ, по мнению автора, многократно оправдывает затраченное на нее время за счет долгой безотказной работы аккумуляторов. Но следует иметь в виду, что после переделки ЗУ уже не может быть использовано для питания игрушек, калькуляторов и т.д. Зато теперь оно не боится короткого замыкания, т.к. ток автоматически ограничивается величиной Iзар.

Как мы отмечали ранее, заряд батареи следует прекращать, когда напряжение на элементах достигнет 1,4 - 1,42 В. Подключите параллельно заряжаемой батарее тестер (используя пластинки из жести с припаянными проводами под крайними контактами батареи) и когда время заряда приближается к 14 часам, посматривайте время от времени на вольтметр. Впрочем, если Вы передержите батарею на заряде лишних 15-20 минут, это для нее не опасно.

Схемы, обеспечивающие это условие автоматически, многократно описывались в радиолюбительской литературе, однако они существенно сложнее, и вряд ли Вы сумеете поместить в корпус ЗУ еще и автомат отключения.

Кстати, ЗУ солидных фирм, содержащие схемы стабилизаторов тока, аналогичные описанным, относятся к ценовой категории $40-$60.

В первой части статьи было упомянуто, что перед зарядом желательно доразрядить все элементы до напряжения 1 В фиксированным током, т.к. на заряд нужно ставить разряженные НКА. Для разряда можно использовать резистор, лампу накаливания, но лучше всего схему рис.5. Для доразряда одного элемента можно использовать лампочку на 1,2 В (от китайских фонариков).

Это устройство обеспечивает стабильный ток разряда, величину которого можно установить резистором R1. Обычно разрядный ток устанавливают равным Iзар. С помощью схемы рис.5 можно разряжать как батареи из 9-10 элементов, так и любое меньшее количество элементов (что бывает необходимо при первоначальной формовке НКА, пока параметры элементов, вхдящих в батарею, не выровнялись). Микроамперметр с добавочным сопротивлением позволяет определить, когда напряжение достигнет 1В на элемент и нужно окончить разряд. Очень удобно для этой цели использовать микроамперметр с разноцветной секторной шкалой. Доразряд батареи связан с необходимостью следить за напряжением практически непрерывно, когда оно приближается к значению 1 В на элемент. Если отвлечься и пропустить момент, напряжение может очень быстро (буквально за несколько минут) упасть до недопустимо низкого уровня, что для НКА очень вредно.

Для автоматического отключения нагрузки от разряжаемой батареи автору известна одна простая схема, показанная на рис.6.

Параллельно нагрузочному резистору (или схеме рис.5) подключено реле К1 (желательно выбрать тип реле с малым гистерезисом и одной-двумя группами контактов). Напряжение срабатывания реле должно быть ниже напряжения батареи, например 5-6 В. Устройство работает следующим образом. Нажатием кнопки S1 (с двумя группами замыкающих контактов) включается режим разряда. Резистором R1 подбирается напряжение отпускания реле. Оно должно соответствовать 1ВхN, где N- число элементов в батарее. Когда напряжение снижается до заданного, реле отпускается, контакты реле К1.1 размыкаются и отключают от батареи нагрузочный резистор R. При использовании этой схемы нужно иметь в виду, что ток, потребляемый реле, добавляется к разрядному току.

Имея комплект из устройств, показанных на рис.5,6 Вы сможете успешно эксплуатировать любые типы НКА.

Описанные схемы конечно не исчерпывают всего разнообразия возможностей. Дотошный читатель может почерпнуть много информации в журналах “Радио” и в выпусках серии “В помощь радиолюбителю”. Мы привели лишь самые простые, но хорошо зарекомендовавшие себя при многократных повторениях схемы.

А что же делать, если ЗУ не дает нужного напряжения? Можно попытаться домотать его вторичную обмотку дополнительным проводом или заменить трансформатор на более подходящий.

И, в заключение, хочется дать еще один совет, основанный на опыте многих радиолюбителей: не торопитесь выбрасывать НКА, которые уже кажется не показывают никаких признаков жизни. В большинстве случаев их, потрудившись, можно “реанимировать”, после чего они будут служить еще долгие годы. НКА, которые долгие годы хранились незаряженными, нужно начинать заряжать через стабилизатор тока не номинальным током (т.к. НКА может вздуться из-за газовыделения), а с одной десятой номинального тока. Через час, когда на НКА появится некоторое напряжение, ток можно прибавить до 0,2 Iном. И так далее, повышая ток заряда каждый час, доводят его до номинального. Затем следует провести процедуру формовки.

НКА, который показывает разрыв цепи, можно попытаться “оживить”, давая на него через стабилизатор тока заряд от источника повышенного напряжения (в несколько раз выше номинального, например 30, 40, или даже 60 В), чтобы пробить образовавшуюся пленку окислов. Процедура эта для НКА безопасна, поскольку после восстановления проводимости стабилизатор тока автоматически снизит напряжение на батарее до номинального.

Если НКА показывает короткое замыкание, его можно попытаться “прожечь”, кратковременно пропуская через него большой ток от любого мощного источника (быстро чиркая проводом по выводу аккумулятора). Иногда это удается после многократных попыток. При очень коротком импульсе тока опасности взрыва НКА нет.

Желаю успеха в экспериментах!



До 15 июня мы снизили цены на популярные модели

Количество товара по акции ограничено, наличие товара указано на сайте.

Автомобильная антенна Optim Hustler 1c/100
Диапазон: CB (27 МГц)
Магнитное основание
Длина антенны: 150 см
1280 руб.
999 руб.
Автомобильная антенна MegaJet T3-27 N mag 125
Диапазон: CB (27 МГц)
Магнитное основание
Длина антенны: 60 см
2200 руб.
1850 руб.
Автомобильная рация Optim Apollo v 3.0
Диапазон: CB (27 МГц).
Мощность: 6 Вт.
Удобное управление
Не требует установки
6220 руб.
5450 руб.
Автомобильная рация MegaJet MJ-850
Диапазон: CB (27 МГц)
320 (360) каналов
Мощность 18 Вт
Корейская сборка
6690 руб.
4400 руб.

 


ВходРегистрация