Nejdřív bych zjistil zapojení toho článku, tj. jestli zem je opravdu mezi + a -.
Tj. proti zemi naměříš cca -3,6V a +3,6V.
V tom případě bych s ohledem na životnost nabíjel oba články zvlášť.

Použil bych nějakou variaci tohohle schématu:

Nabíjení jednoho článku (tj. půlka baterky): 7805 + patřičné kondenzátory 100n a dvě obyč. diody 1A do série pro jeden článek to ti dá cca 4V což je ok. Rezistor upravit tak, aby nabíjecí proud byl cca 0,5 kapacity článku tedy proud 350mA, nebo klidně i míň. Samozřejmě místo 7805 a diod lze použít LM317 + příslušný odporový dělič. (Dá se i např. použít trafo s vyvedeným středem a komplementární dvojící stabilizátorů a nabíjet oba články zároveň.)

Pokud bys nabíjel oba v sérii (mezi + a -) tak použij 7809 + kondíky + dvě diody, autor toho schématu se stím fakt nebabral jel dost na hraně.

To scéma je odtud, zdá se, že mu to takhle sloužilo celkem dlouho:
http://www.volny.cz/skocdopoler/Nabijeni/Nabijeni.htm
Pokud je to na tebe moc a chtěl bys rovnou hotový schéma, tak zjisti zapojení toho článku a já nebo někdo jinej to spácháme.
Edit: Teda pokud nemáš zbytečnýho 2,5 litru