Сигнализатор разряда li on аккумулятора своими руками. Индикатор разряда для аккумуляторной батареи. Индикатор окончания заряда аккумулятора на светодиодах

Из теории об аккумуляторных батареях мы помним, что литиевые аккумуляторы нельзя разряжать ниже уровня 3,2 Вольт на банку, иначе он теряет заложенную емкость и гораздо быстрее выходит из строя. Поэтому контроль минимального уровня напряжения очень важен для литиевых батарей. Конечно в мобильном телефоне или ноутбуке вариант критического разряда исключен умным контроллером, а вот аккумулятор для китайского фонарика можно убить очень быстро, а потом писать на форумах, какое гавно выпускают китайцы. Чтобы подобное не произошло предлагаю собрать одну из простых схем индикатора разряда литиевого аккумулятора.

В роли элемента индикации в данной схеме используется светодиод. В качестве компаратора используется прецизионный регулируемый стабилитрон TL431. Напомним TL 431 - регулируемый кремниевый стабилитрон с выходным напряжением, которое задается в любом значение от 2.5 до 36 вольт с использованием двух внешних резисторов. Порог срабатывания схемы задается делителем напряжения в цепи управляющего электрода. Для автомобильного аккумулятора надо подобрать другие значения резисторов.

Светодиоды лучше всего взять синие яркие, они наиболее заметны. Стабилитрон TL431 - используется во многих импульсных блоках питания в цепи управления оптроном защиты и его можно позаимствовать от туда.

Пока напряжение выше заданного уровня, в нашем примере 3,25 Вольта, стабилитрон работает в режиме пробоя, поэтому, транзистор заперт и весь ток протекает через зеленый светодиод. Как только напряжение на li ion батареи начинает снижаться в интервале от 3.25 до 3.00 вольт VT1 начинает отпираться и ток идет через оба светодиода.

При напряжение на аккумуляторе 3В или менее горит только красный индикатор. Серьезным минусом схемы является сложность подбора стабилитронов для получения нужного порога срабатывания, а также в высоком токовом потреблении от 1 мА.

Уровень срабатывания индикатора задается подбором номиналов резистора R2 и R3.

Благодаря использованию полевиков, ток потребления схемы очень мал.

Положительное напряжения, на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя собранного на двух сопротивлениях R1-R2. Если его уровень выше напряжение отсечки полевика, он открывается и смажает затвор VT2 на общий провод, тем самым блокируя его.

В заданный момент, по мере разряда li ion батареи, напряжение, с делителя нехватает для открытия VT1 и он запирается. На затворе VT2 появляется потенциал, близкий к уровню питающего, следовательно Он открывается и загорается светодиод. Свечение которого говорит о необходимости подзаряда аккумулятора.

Порог срабатывания задается делителем на сопротивлениях R2-R3. При указанных на рисунке номиналах он равен 3.2 Вольта. При снижении этого порога на аккумуляторе, микросборка перестанет шунтировать светодиод и он загорится.

Если используется аккумулятор состоящий из нескольких последовательно включенных батарей, то схему выше придется подсоединить к каждой банке.

Для наладки схемы подключаем вместо аккумулятора регулируемый источник питания и подбором R2 (R4) добиваемся загорания индикатора в нужный интервал.

Индикатор, в роли которого используется с ветодиод начинает мигать, как только напряжения на батарее снизится ниже контролируемого уровня. Схема детектора базируется на специализированной микросборке MN13811, а схема реализована на основе биполярных транзисторов Q1 и Q2.

Если используется микросхема MN13811-M, то когда напряжение на батарее падает ниже 3.2В, светодиод начинает мигать. Огромным плюсом схемы является то, что во время мониторинга схема потребляет меньше 1 мкА, а в режиме мигания около 20 мА. В устройстве задействованы два биполярных транзистора разной проводимости. Интегральные микросхемы серии MN13811 имеются на разное напряжение, в зависимости от последней буквы, поэтому если требуется микросборка на другой порог срабатывания, то можно использовать эту же микросхему, но с другим буквенным индексом.

TL431 — трехногая микросхема, которую часто называют «управляемым стабилитроном», ведь с ее помощью можно получать любое напряжение в диапазоне 2,5…36 вольт. Кроме того, ее можно использовать как компаратор на напряжение 2,5 вольта:

— если на входе меньше, чем 2,5 вольта — ток через выходной транзистор микросхемы не идет;
— если на входе больше, чем 2,5 вольта — транзистор открыт, и ток идет через него.

Очень похоже на транзистор в ключевом режиме, не? И даже нагрузку — те же индикаторные светодиоды — можно включать точно так же, как в транзисторный ключ.

Готовая схема на 7 вольт (для двух последовательно соединенных Li-ion батарей, где 8,4 вольта при полном заряде); для повышения точности R2 можно сделать из постоянного на 47k и подстроечного на 10k . Вывод 1, проводя аналогию с n-p-n транзистором — «база», вывод 2 — «эмиттер», вывод 3 — «коллектор» (условно, конечно, стабилитрон — не транзистор). Пока на «базе» напряжение выше, чем 2,5 вольта — микросхема открыта, и ток идет через нее. По мере разряда батареи напряжение снижается, и как только с делителя пойдет меньше, чем 2,5 вольта — транзистор микросхемы закроется, и ток пойдет через светодиод.

При желании можно собрать эту же схему на резисторах 10k и 5k6 — она будет работать, но станет чуть более прожорливой. Так что для экономии лучше взять резисторы побольше номиналом. Повторюсь: индикатор разряда батареи не должен сильно ее разряжать .

R3 задает ток через светодиод-нагрузку и выходной транзистор микросхемы. Подбирается хотя бы и по желаемой яркости свечения.

Красным светодиодам для включения надо маленькое напряжение (начиная с 1,5 В), так что они могут светиться даже тогда, когда TL431 , по идее, открыта и шунтирует их. Решение — последовательно поставить второй светодиод или диод 1N4007. Или использовать светодиоды с более высоким напряжением включения — зеленые, синие, белые.

Думаю эта тема будет актуальна тем, у кого в пользовании более двух автомобилей. Как правило, один эксплуатируется зимой, другой — летом. То есть один из них сезон в году стоит в гараже или на стоянке. А пока он стоит там, мы не знаем, как себя чувствует его аккумулятор. Нет, конечно можно "щупать" его периодически вольтметром или купить готовый индикатор, коих много на том же Али-экспресс (например вставляющийся в прикуриватель). Но мне захотелось сделать свой индикатор, который бы показывал промежуточные значения остаточного заряда АКБ. Ну, например, — более 75%, 75%, 50% и 25% заряда. Причем хотелось бы так лениво радеть за здоровьем АКБ, чтобы лишний раз не лезть под капот авто и не распаковывать без надобности зарядное устройство.

Долго искал приемлемые схемы в инете. Собрал некоторые. Но все не то. То гистерезис срабатывания индикации такой, что лучше бы ее и не было, этой индикации, проще и надежнее тестером померить. То установки плавают и нет стабильности, то вообще яркость светодиода плавно изменяется в зависимости от напряжения на АКБ и поди узнай, что там на ней есть. И вот нашел одну схему на каком-то португальском сайте. Проста до неприличия и вроде должна работать. Построена она на операционном усилителе UA741. Вот она:

В ней я поменял только номинал стабилитрона с 6,2 в на 7,5 в. Срабатывания четкие. Светодиод загорается на нужной установке (регулируется подстроечным резистором R2). R2 лучше применять многооборотный, так как выставить им нужное напряжение не просто. Чувствительность в зоне срабатывания очень нежная и почти незримый поворот винта регулировки уносит нужное напряжение в сторону.

Настраивать необходимо, используя точный регулируемый лабораторный источник питания с цифровым вольтметром, показывающим десятые (а лучше сотые, я параллельно включал цифровой тестер) доли вольт. Поскольку я возжелал видеть степень зарядки АКБ в градациях указанных выше, я собрал схему из трех таких блоков. Вот рисунок печатки:

При полной зарядке батареи напряжение на ней выше 12,7 в, при этом ни один светодиод не горит и все прекрасно (фото 1).

Первый блок зажигает зеленый светодиод при напряжении на клеммах АКБ менее 12,5 в, что соответствует около 75% заряда АКБ (фото 2).

Второй зажигает желтый светодиод при напряжении ниже 12,2 в, что есть около 50% заряда (Фото 3).

Ну а третий, красный, загорается при напряжении ниже 11,7 в или около 25% остаточного заряда АКБ (Фото 4).

Значения установок напряжения я использовал для AGM батарей (у меня на автомобилях такие стоят). Для обычных кислотных их можно изменить на другие. Плату поместил в небольшой (40 мм х 70 мм) корпус. На корпусе разместил дополнительно малогабаритный выключатель в разрыве плюсового провода для удобства, чтобы не скидывать зажимы с клемм АКБ, когда не требуются замеры и чтобы устройство не потребляло при этом хотя и небольшой (около 20 мА, в основном определяется током горящих светодиодов) ток от батареи. К аккумулятору от устройства подключается двойной красно-черный провод с зажимами на концах (Фото 5).

Устройство подключено к клеммам аккумулятора стоящего в гараже автомобиля постоянно. Когда нужно, зайдя в гараж, без лишних "плясок" включаю выключатель на устройстве, наблюдаю, каким цветом горят "лампочки" и вижу здоров ли мой АКБ или его надо "подлечить".

Индикатор заряда аккумулятора – нужная штука в хозяйстве любого автомобилиста. Актуальность такого устройства возрастает многократно, когда холодным зимним утром автомобиль, почему-то, отказывается заводиться. В этой ситуации стоит определиться, то ли звонить другу, что бы тот приехал и помог завестись от своей батареи, либо аккумулятор приказал долго жить, разрядившись ниже критического уровня.

Зачем следить за состоянием аккумулятора?

Автомобильный аккумулятор состоит из шести последовательно соединённых аккумуляторных батарей с напряжением питания 2,1 — 2,16В. В норме АКБ должен выдавать 13 — 13,5В. Нельзя допускать значительного разряда аккумуляторной батареи, поскольку при этом падает плотность и, соответственно, повышается температура промерзания электролита.

Чем выше износ аккумулятора, тем меньшее время он удерживает заряд. В тёплое время года это не критично, а вот зимой забытые во включённом состоянии габаритные огни к моменту возвращения способны полностью «убить» аккумулятор, превратив содержимое в кусок льда.

В таблице можно увидеть температуру промерзания электролита, в зависимости от степени заряженности агрегата.

Критическим считается падение уровня заряда ниже 70%. Все автомобильные электроприборы потребляют не напряжение, а ток. Без нагрузки даже сильно разряженный аккумулятор может показывать нормальное напряжение. Но при низком уровне, во время запуска двигателя, будет отмечаться сильная «просадка» напряжения, что является тревожным сигналом.

Своевременно заметить приближающуюся катастрофу возможно лишь в том случае, когда непосредственно в салоне установлен индикатор. Если во время работы автомобиля он постоянно сигнализирует о разрядке – пора ехать на СТО.

Какие существуют индикаторы

Многие АКБ, особенно необслуживаемые, имеют встроенный датчик (гигрометр), принцип работы которого основан на измерении плотности электролита.

Этот датчик контролирует состояние электролит и ценность его показателей относительна. Не очень удобно по несколько раз залазить под капот автомобиля, что бы проконтролировать состояние электролита в разных режимах работы.

Для контроля состояния АКБ значительно удобнее электронные приборы.

Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи

В автомагазинах продаётся множество таких устройств, различающихся дизайном и функционалом. Фабричные приборы условно делятся на нескольких типов.

По способу подключения:

• к разъёму прикуривателя;
• к бортовой сети.

По способу отображения сигнала:

• аналоговые;
• цифровые.

Принцип работы у них одинаков, определение уровня заряда АКБ и отображение информации в наглядном виде.

Как сделать индикатор заряда аккумулятора на светодиодах?

Существуют десятки разнообразных схем контроля, но результат они выдают идентичный. Подобное устройство возможно собрать самостоятельно из подручных материалов. Выбор схемы и комплектующих зависит исключительно от ваших возможностей, фантазии и ассортимента ближайшего магазина радиотоваров.

Вот схема для понимания как работает индикатор заряда аккумулятора на светодиодах. Такую портативную модель можно собрать «на коленке» за несколько минут.

Д809 – стабилитрон на 9В ограничивает напряжение на светодиодах, а на трёх резисторах собран сам дифференциатор. Такой светодиодный индикатор срабатывает на силу тока в цепи. При напряжении 14В и выше сила тока достаточно для свечения всех светодиодов, при напряжении 12-13,5В светятся VD2 и VD3 , ниже 12В — VD1 .

Более продвинутый вариант при минимуме деталей можно собрать на бюджетном индикаторе напряжения — микросхеме AN6884 (KA2284) .

Схема led индикатора уровня заряда АКБ на компараторе напряжения

Схема работает по принципу компаратора. VD1 – стабилитрон на 7,6В, он служит в качестве эталонного источника напряжения. R1 – делитель напряжения. При первоначальной настройке он выставляется в такое положение, чтобы при напряжении 14В светились все светодиоды. Напряжение, поступающее на входы 8 и 9, сравнивается через компаратор, а результат дешифруется на 5 уровней, зажигая соответствующие светодиоды.

Контроллер зарядки АКБ

Что бы отслеживать состояние аккума во время работы зарядного устройства, делаем контроллер заряда АКБ. Схема устройства и используемые компоненты максимально доступны, в то же время обеспечивают полный контроль над процессом подзарядки батарей.

Принцип работы контроллера следующий: пока напряжение на аккумуляторе ниже напряжения заряда – горит зелёный светодиод. Как только напряжение сравняется, открывается транзистор, зажигая красный светодиод. Изменение резистора перед базой транзистора меняет уровень напряжения, необходимого для открытия транзистора.

Это универсальная схема контроля, которую можно использовать как для мощных автомобильных аккумуляторов, так и для миниатюрных литиевых батареек-аккумуляторов.

Светодиодный индикатор уровня заряда обычной или аккумуляторной батареи, где все пороги устанавливаются с помощью потенциометров, можно собрать по приведённой в данном материале схеме. Огромным плюсом является то, что он работает с батареями от 3 до 28 В.

Схема индикатора разряда аккумулятора

Сами светоизлучающие диодные индикаторы бывают различных типов и цветов, рекомендуемые показаны на самой схеме. Из-за различий в прямом падении напряжения, токоограничивающие резисторы должны быть скорректированы для достижения наилучшей производительности и однородности свечения. По схеме R18-R22 предлагаются одинакового сопротивления — обратите внимание, что эти резисторы в итоге не должны быть равны. Однако, если все они одного цвета, одного номинала резистора будет достаточно.

Цвет светодиода — уровень заряда

• Красный : от 0 до 25%
• Оранжевый : 25 — 50%
• Желтый : 50 — 75%
• Зеленый : 75 — 100%
• Синий : >100% напряжения

Здесь LM317 работает как простой источник опорного напряжения 1.25 В. Минимальное входное напряжение должно превышать выходное напряжение на значение в пару вольт. Минимальное входное напряжение = 1,25 В + 1,75 В = 3 В. Хотя LM317 имеет минимальную нагрузку по даташиту 5 мА, не обнаружен ни один экземпляр, который не функционировал бы при 3,8 мА. Именно резистор R5 (330 Ом) обеспечивает минимальную нагрузку.

При испытаниях оценивался уровень заряда 4,5 В батареи, именно для неё и приводятся напряжения на схеме. Настройка происходит так: сначала должны быть определены напряжения срабатывания каждого компаратора в соответствии с уровнем разряда батареи, потом напряжение должно быть разделено по коэффициенту деления делителя напряжения. Так, для 4,5 В АКБ, оно выглядит следующим образом:

Пороговое значение напряжений

• 4.8V 1.12V
• 4.5V 1.05V
• 4,2 0.98V
• 3.9V 0.91V

Работа индикатора состояния АКБ

Микросхема LM317 U3 — это 1.25 вольтовый источник опорного напряжения. Резисторы R5 и R6 образуют делитель напряжения, что снижает напряжение батареи до уровня, который находится недалеко от значения опорного напряжения. Элемент U2A является усилителем, так что независимо от того, сколько ток потребления этого узла, напряжение остается стабильным. Резисторы R8 — R11 обеспечивают высокое сопротивление на входы компаратора. U1 состоит из четырёх компараторов, которые сравнивают опорное напряжение потенциометров с напряжением батареи. ОУ LM358 U2B — тоже работает как своеобразный компаратор, который контролирует светодиод низшего порядка.

На граничных значениях напряжения светодиоды могут светить не чётко, как правило происходит мерцание между двумя соседними светодиодами. Чтобы предотвратить это, небольшое количество напряжения положительной обратной связи добавляется через R14 — R17.

Тестирование индикатора

Если тестирование проводится непосредственно с аккумулятора, обратите внимание, что защита от обратной полярности не предусмотрена. Лучше изначально цепи питания подключать через резистор 100 Ом, чтобы ограничить возможные неисправности. А после определения того, что полярность правильная, этот резистор может быть удален.

Упрощённая версия индикатора

Для тех, кто хочет собрать устройство попроще, микросхема U2, все диоды и некоторые резисторы могут быть устранены. Советуем начать с этой версии, а затем, убедившись в нормальной работе, собирать полную версию индикатора разряда аккумулятора. Всем удачи в запуске!