Индикатор заряда аккумулятора 12в своими руками

Для продления жизни аккумуляторов важно не допускать перезаряда или глубокого разряда. Современные зарядные устройства часто снабжены индикаторами фактического уровня энергии, у некоторых потребителей также имеется такая функция. Но если подобная система отсутствует, ее можно организовать самостоятельно, собрав несложную электронную схему индикатора заряда аккумулятора.

Контроль уровня фактического запаса энергии и предельных значений заряда удобнее всего вести по напряжению на его клеммах. Оно примерно пропорционально фактическому заряду. Это хорошо работает для свинцово-кислотных аккумуляторов:

1. Уровень заряда довольно четко определяется выходным напряжением.
2. Разница между полностью заряженным и полностью разряженным состоянием составляет 2,1 вольта (от 12,6 до 10,5), что позволяет сделать даже многоступенчатый индикатор с точностью, достижимой в любительских условиях.

Примерно то же самое относится и к никель-кадмиевым, а также к никель-металлогидридным источникам питания. Что касается литий-ионных аккумуляторов, то у них данный способ может давать большую погрешность. Уровень выходного напряжения таких химических источников тока не соответствует однозначно степени заряженности. На графике видно, что одно и то же напряжение может соответствовать различным уровням запаса энергии (SOC).

Кроме того, у li-ion элементов разница между уровнями 0% (2,4 В) и 100 % (3,7 В) составляет всего 1,3 вольта, что требует повышенной точности замеров. Для литий-железофосфатных аккумуляторов все еще сложнее. Их достоинство – «плоские» разрядные кривые, то есть, практически в течение всего цикла напряжение на них держится одинаковым. Это является безусловным плюсом, но определение остаточного заряда методом замера выходного напряжения будет очень неточным.

Более точно можно измерить остаточный уровень li-ion элемента по установившемуся напряжению разомкнутой цепи, но этот способ требует специальных условий, которых в реале не бывает практически никогда. Прочие методы еще более сложны и требуют специальных датчиков. Поэтому для этой цели используют специальные расчеты, способные снизить погрешность.

В любительских условиях применяют схемы измерения остаточного заряда по напряжению даже для литий-ионных элементов. Это допустимо, но надо учитывать изложенные резоны и осознавать, что измерения могут быть неточными.

Простой индикатор порогового уровня

Несложную конструкцию можно собрать на одном транзисторе и стабилитроне. Пока выходное напряжение выше 3,2 вольта (напряжение стабилизации стабилитрона 2 В+падение напряжения на переходах коллектор-база и база-эмиттер 1,2 В), стабилитрон открыт, напряжение на нем остается стабильным, остаток падает на резисторе R2. Транзистор закрыт, ток от аккумулятора протекает через зеленый светодиод. Как только напряжение уменьшится ниже указанного порога, транзистор начнет открываться, часть тока потечет через него, зеленый LED начнет угасать, красный – постепенно светиться. В определенный момент транзистор полностью откроется, зашунтирует зеленый светодиод, а красный загорится в полную интенсивность. Недостаток схемы в том, что порог открывания устанавливается подбором стабилитрона, для этого надо иметь минимум десяток полупроводниковых приборов. Зато этот вариант интересен тем, что если в нем применить транзистор противоположной структуры, то светодиоды будут зажигаться при заряде – при переходе от меньшего напряжения к большему.

Простой ИНДИКАТОР ТОКА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРА / очень простая схема /

Индикатор на TL431

Но лучше собрать схему на микросхеме TL431 (ее называют программируемым стабилитроном). Подбор уровня срабатывания определяется соотношением резисторов R3 и R2. Подбором номинала можно выбрать нужный порог. А если «отзеркалить» схему, можно получить двухпороговый индикатор – он покажет как верхний предел напряжения, так и нижний. Подбирать напряжение микросхемы можно в широких пределах, поэтому данная схема применима как к литий-ионным батареям, так и к автомобильным на 12 вольт.

Эту схему можно «наращивать» для аккумулятора, состоящего из нескольких ячеек. Сколько ячеек, столько раз надо повторить схему.

Несмотря на название «программируемый стабилитрон», принцип работы TL431 отличается от принципа работы этого полупроводникового прибора. Термины «пробой» и т.п. в данном случае применять некорректно.

Многоступенчатый индикатор

Чтобы получить многоступенчатую индикацию, можно воспользоваться микросхемой LM3914. Она представляет собой набор компараторов со встроенным делителем напряжения.

На выводе 6 подбором соотношения плеч делителя R3R4 подбирается напряжение так, чтобы оно соответствовало верхнему порогу, на выводе 4 – нижнему (подбором R5). Дальше встроенный делитель разделит разницу между напряжениями на 10 равных участков, каждому будет соответствовать свой «столбик» горящих светодиодов.

Недостаток этой схемы в том, что разрядные кривые аккумуляторов нелинейны (особенно в конце участка). Поэтому при малых значениях остаточного запаса энергии показания будут особенно неточными.

Чтобы устранить эту проблему, можно собрать схему на отдельных компараторах, подобрав резисторы в соответствии с разрядными кривыми. Удобно выполнить такой индикатор на счетверенных операционных усилителях (LM339, LM324 и т.п.).

Индикаторы на микроконтроллерах

Еще проще получаются схемы на микроконтроллерах. В них часть функций «железа» берет на себя программное обеспечение, в результате схемы становятся проще. Пример такого индикатора приведен на рисунке.

Алгоритм для самостоятельного изготовления

Лучше всего выглядят самодельные электронные устройства, выполненные на печатных платах. Трудоемкость изготовления окупается эстетичным внешним видом, да и надежность такой сборки повыше.

Сначала надо разработать рисунок печатной платы (если он не приводится в описании к схеме). Это можно сделать дедовским способом – нарисовать посадочные места элементов на бумаге и начертить соединительные дорожки. Однако в настоящее время это удобнее делать в специальных компьютерных программах – например, бесплатной Spint Layout. Главное удобство в том, что на экране можно двигать элементы, добиваясь оптимального расположения.

Дальше рисунок надо перенести на плату. Можно нарисовать от руки лаком (например, для ногтей).

Но гораздо красивее получаются платы, изготовленные методом ЛУТ (лазерно-утюжная технология). Нарисованный в программе рисунок распечатывается на глянцевой бумаге на лазерном принтере и с помощью утюга переводится на плату.

В этом случае красота рисунка не зависит от художественного таланта мастера.

Нарисованная плата травится в растворе хлорного железа. Но практичнее применять следующий раствор:

• 30 грамм лимонной кислоты (продается в любом продуктовом магазине);
• 2-3 чайные ложки поваренной соли;
• 100 грамм аптечной перекиси водорода.

Компоненты этого состава проще приобрести, а испортить одежду или окружающие предметы при случайном разливе – сложнее.

После травления плата промывается в большом количестве воды, сушится, в ней сверлятся отверстия, и можно приступать к запаиванию элементов.

Другой способ – менее эстетичный, но не менее надежный – сборка схемы на макетной плате. От подобной платы надо отпилить кусочек подходящих габаритов (лучше применять плату с металлизированными отверстиями). Элементы запаиваются в отверстия, а соединения делаются отрезками монтажного провода.

В крайнем случае можно собрать схему без платы («паучком»), но вероятность замыканий и отрыва проводников и выводов при эксплуатации будет велика.

Собранная схема нуждается, как минимум, в проверке работоспособности. Готовое устройство надо подключить к регулируемому источнику постоянного напряжения. Повышая и понижая выходной уровень надо отследить, что индикация (загорание и погасание светодиодов) происходит в соответствии с заданным напряжением. Если наблюдается несоответствие, надо подобрать элементы, задающие порог (обычно, указываются в описании к схеме). Если схема не работает совсем, надо искать ошибку в монтаже или неисправную деталь.

В видео объясняют, как сделать индикатор заряда из Старого Тиристора.

Простой индикатор статуса аккумулятора на двух светодиодах

Правильно обслуживаемые аккумуляторы будут работать у вас хорошо и долго. Обслуживание подразумевает, в частности, регулярный контроль напряжения аккумулятора. Изображенная на Рисунке 1 схема подходит для большинства типов аккумуляторов. Она содержит опорный светодиод LEDREF, работающий при постоянном токе 1 мА и обеспечивающий эталонный световой поток постоянной интенсивности, не зависящей от напряжения аккумулятора. Это постоянство обеспечивается резистором R1, включенным последовательно со светодиодом. Поэтому, даже если напряжение полностью заряженного аккумулятора упадет до полного разряда, ток через него изменится всего на 10%. Таким образом, можно считать, что интенсивность излучения остается постоянной в диапазоне напряжений аккумулятора, соответствующем переходу от состояния полного заряда до полного разряда.

Световой поток измерительного светодиода LEDVAR меняется в соответствии с изменениями напряжения аккумулятора. Расположив светодиоды поблизости друг от друга, вы получите возможность легко сравнивать яркость их свечения, и, таким образом, определять статус аккумулятора. Используйте светодиоды с диффузно-рассеивающей линзой, поскольку приборы с прозрачной линзой раздражают ваши глаза. Обеспечьте достаточную оптическую изоляцию светодиодов, чтобы свет одного светодиода не попадал на линзу другого.

Измерительный светодиод работает при токе, меняющемся от 10 мА при полностью заряженном аккумуляторе до значений менее 1 мА при полном разряде. Стабилитрон DZ с последовательным резистором R2 необходимы для того, чтобы ток имел резкую зависимость от напряжения батареи. Сумма напряжения стабилитрона и падения напряжения на светодиоде должна быть чуть меньше, чем самое низкое напряжение аккумулятора. Это напряжение падает на резисторе R2. Изменения напряжения батареи вызывают большие изменения тока резистора R2. Если напряжение равно примерно 1 В, через светодиод LEDVAR течет ток 10 мА, и он светится намного ярче, чем LEDREF. Если напряжение ниже 0.1 В, интенсивность свечения LEDVAR будет меньше, чем у LEDREF, показывая, что аккумулятор разряжен.

Непосредственно после окончания зарядки аккумулятора напряжение на нем превышает 13 В. Для схемы это безопасно, поскольку ток ограничен значением 10 мА. Если светодиоды горят ярко, быстро отпустите кнопку S1, чтобы не допустить их повреждения (Рисунок 2).

Хотя в примере на Рисунке 2 индикатор заряда подключен к 12-вольтовой свинцово-кислотной аккумуляторной батарее, вы без труда можете адаптировать эту схему к другим типам аккумуляторов. Кроме того, вы можете использовать ее для контроля напряжения. Два зеленых светодиода индицируют состояние, когда заряд батареи превышает 60%. Набор красных светодиодов показывает, что заряд аккумулятора упал ниже 20%. Светодиоды LEDREFG и LEDREFR подключены через резисторы R1 и R2 сопротивлением 10 кОм. Последовательно с измерительными светодиодами, яркость свечения которых изменяется, включены стабилитроны и резисторы R3 и R4 сопротивлением 100 Ом. Диоды D1, D2 и D3 задают требуемое напряжение ограничения. Зависимость яркости свечения светодиодов от состояния аккумулятора показана в Таблице 1.

Для расчета интенсивности свечения зеленого измерительного светодиода можно использовать следующее выражение:

При токе зеленого светодиода 1 мА

VBATT = 10 −3 × 100 + 0.6 + 0.6 + 1.85 + 9.1 = 12.25 В.

Падение напряжения на используемых светодиодах при прямом токе 1 мА равно 1.85 В.

Если характеристики светодиодов отличаются, сопротивления резисторов необходимо пересчитать. При этом напряжении светодиоды светятся одинаково, что соответствует заряду аккумулятора на 60%. Описание свинцово-кислотных аккумуляторов можно найти в [1].

Для расчета интенсивности свечения красного измерительного светодиода можно использовать следующее выражение:

При токе зеленого светодиода 1 мА

VBATT = 10 −3 × 100 + 0.6 + 1.85 + 9.1 = 11.65 В.

Рисунок 3.	Оба измерительных светодиода светятся ярче, чем опорные светодиоды, что свидетельствует о полном заряде аккумулятора.

Поскольку при таком напряжении оба красных светодиода светятся одинаково, это означает, что аккумулятор заряжен на 20%. Светодиод LEDVARG не горит. Рисунок 3 показывает, что оба измерительных светодиода светятся ярче опорных, сообщая о том, что аккумулятор заряжен на 100%.

Как сделать индикатор разряда аккумуляторной батареи без транзисторов

Итак, сначала соберем, а потом определимся с принципом работы. Берем отрезок медного провода (это будет «+» индикатора) и припаиваем к одному концу резистор, предварительно обрезав длинный вывод.

Затем к другому краю отрезка припаиваем стабилитрон катодом.

Между выводами резистора и анодом стабилитрона припаиваем светодиод. Полярность подключения светодиода показана на рисунке.

Откусываем лишние вывода.

Ниже припаиваем резистор к светодиоду и катод стабилитрона, смотрите фото.

Соединяем вывода перемычкой. Это будет «минус» индикатора.

Можно припаять дополнительные вывода. Схема индикатора собрана.

Проверка индикатора

Теперь если подать на него напряжение от заряженной батареи, то светодиод не будет гореть, так как батарея в норме.

Но следует напряжению опуститься ниже 10,5 В (критическое напряжение для кислотных АКБ), то светодиод тут же загорится. Причем порог срабатывания всего пару десятых Вольта.

Поэтому даже при медленном опускании напряжения светодиод загорается практически сразу, без начального подсвечивания. Все это благодаря схеме, в которой светодиод имеет мостове включение. То есть когда напряжение выше 10,5 В в цепи светодиода присутствует почти нулевое значение. Как только напряжение падает ниже 10,5 В стабилитроны как бы закрываются, а резисторы стараются подтянуть светодиод каждый к своей шине питания. Вот такая простая и вполне практичная схема.

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.

Схема индикатора разряда аккумулятора

Стабилитрон работает таким образом, что начинает проводить ток при превышении на нем определенного напряжения, порог которого мы можем установить с помощью делителя напряжения на резисторах R1 и R2. В случае индикатора разряда, светодиодный индикатор должен гореть, когда напряжение батареи меньше, чем необходимо. Поэтому в схему добавлен n-p-n транзистор.

Как можно видеть регулируемый стабилитрон регулирует отрицательный потенциал, поэтому в схему добавлен резистор R3, задачей которого является включение транзистора, когда TL431 выключен. Резистор этот на 11k, подобранный методом проб и ошибок. Резистор R4 служит для ограничения тока на светодиоде, его можно вычислить с помощью закона Ома.

Конечно, можно обойтись и без транзистора, но тогда светодиод будет гаснуть, когда напряжение упадет ниже выставленного уровня — схема ниже. Безусловно, такая схема не будет работать при низких напряжениях из-за отсутствия достаточного напряжения и/или тока для питания светодиода. Данная схема имеет один минус, который заключается в постоянном потреблении тока, в районе 10 мА.

Схема индикатора заряда аккумулятора

В данном случае индикатор заряда будет гореть постоянно, когда напряжение больше, чем то, которые мы определили с помощью R1 и R2. Резистор R3 служит для ограничения тока на диод.

Пришло время для того, что всем нравится больше всего — математики

Я уже говорил в начале, что напряжение пробоя может изменяться от 2,5В до 36В посредством входа «Ref». И поэтому, давайте попытаемся кое-что подсчитать. Предположим, что индикатор должен загореться при снижении напряжении аккумулятора ниже 12 вольт.

Сопротивление резистора R2 может быть любого номинала. Однако лучше всего использовать круглые числа (для облегчения подсчета), например 1к (1000 Ом), 10к (10 000 Ом).

Резистор R1 рассчитаем по следующей формуле:

R1=R2*(Vo/2,5В — 1)

Предположим, что наш резистор R2 имеет сопротивление 1к (1000 Ом).

Vo — напряжение, при котором должен произойти пробой (в нашем случае 12В).

R1=1000*((12/2,5) — 1)= 1000(4,8 — 1)= 1000*3,8=3,8к (3800 Ом).

Т. е. сопротивление резисторов для 12В выглядят следующим образом:

А здесь небольшой список для ленивых. Для резистора R2=1к, сопротивление R1 составит:

• 5В – 1к
• 7,2В – 1,88к
• 9В – 2,6к
• 12В – 3,8к
• 15В — 5к
• 18В – 6,2к
• 20В – 7к
• 24В – 8,6к

Для низкого напряжения, например, 3,6В резистор R2 должен иметь бОльшее сопротивление, например, 10к поскольку ток потребления схемы при этом будет меньше.

Обновление (29/10/21)

Резистор R3 для схемы с транзистором можно рассчитать по следующей формуле :

• Umin — минимальное напряжение
• VREF — 2,5 В
• Imin — минимальный ток

Однако значение Umin следует принимать ниже предполагаемого. Для 12В возьмем 11,8 В. Необходимо также добавить 2 мА для правильной работы схемы — чтобы при минимальном напряжении (в нашем случае менее 12 В) через резистор протекал ток более 1 мА.

R3 = (11,8 В — 2,5 В) / 0,002 A = 4650 Ом

Резистор R4 можно рассчитать по следующей формуле:

• Uon — напряжение в рабочем состоянии — включено
• Imin — минимальное значение тока, протекающего через TL431 — возьмем 1 мА
• R3 – рассчитан ранее
• Uled — напряжение на светодиоде
• Iled — ток, протекающий через светодиод

Предположим: Uon = 12 В, Imin_off = 1 мА, R3 = 4,7 кОм , Uled = 2,4 В, Iled = 10 мА.

R4 = (12 В-0,001 А * 4700 Ом-2,4 В) / 0,010 А = 9,6 В-4,7 / 0,010 А = 4,9 / 0,010 А = 490 Ом

Таким образом, у нас будет полностью функциональная схема. Помните, что эта схема может быть нагружена током максимумом 100 мА (один светодиод примерно 25 мА). По схеме индикатора разряда нужно проверить максимальную нагрузку транзистора (для BC547 она составляет 100 мА). Потребление тока самого TL431 составляет всего 1,5 мкА — практически незаметно.

Минимальный порог напряжения — тот, который еще не повредит аккумулятор, составляет 0,9 В на ячейку. Однако все зависит от того, где вы хотите использовать схему, например, в случае летающих радиомоделей, напряжение на ячейку 0,9 В не является правильным, поскольку сигнализация включится только тогда, когда вертолет уже будет лежать на земле. Поэтому с летающими моделями лучше поставить 1,2 В на ячейку и конечно вместо светодиода лучше использовать зуммер.

Похожие записи:

• Самодельное зарядное устройство для NiMH аккумулятора на LM338. Схема
• Зарядное устройство для NiMH и NiCd аккумуляторов с автоматической разрядкой. Схема
• Контроллер для солнечной панели 5Вт / 12В своими руками. Схема и описание
• Зарядное устройство для NiCd и NiMH аккумуляторов на MAX712. Схема
• Зарядное устройство для NiCd и NiMH аккумуляторов на MAX713. Схема

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:

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

Простой индикатор-вольтметр для аккумулятора

18 марта 2012 г. Просмотров: 46400 RSS 16
Самопал

Встала задача определения состояния аккумуляторной батареи во время разряда, хранения ее и заряда, пришлось вспомнить навыки и взяться за паяльник. Все схемы с кучей компараторов и прочими ухищрениями своим размером навевали тоску — проще было мультиметр привязать к аккумулятору. Поэтому решено было придумать что-нибудь простое и элегантное, в результате родилась схема, которую можно масштабировать под свои нужды как в ширину, так и в глубину. На один шаг напряжения используются всего три элемента — стабилитрон, резистор и светодиод (на этом месте хлопни себя по лбу и воскликни: «Как я раньше не додумался!»

В общем лови схему и фото готового устройства из расчета на одну 12 Вольтовую свинцовую кислотную аккумуляторную батарею как в UPSах и автомобилях. Индикация от совсем разряжено (напряжение меньше 9,5В) до полностью заряжено (напряжение больше 14,6В). Если надо другие диапазоны или шкалу хочется шире, то берем ближайший стабилитрон по напряжению и считаем токоограничительный резистор для светодиода. (1,5В падение, 20мА ток).
В общем все просто.

Ну все, хватит слов, переходим к делу:

Если использовать SMD компоненты, то можно уложиться в эту десятикопеечную монету, ну у меня задачи миниатюризации не стояло, потому собрал на макетке.

Первый красный светодиод показывает, что схема подключена и какое-то напряжение есть. второй — больше 9 Вольт, третий, желтый, — больше 10В, четвертый — больше 11В, пятый, зеленый, — больше 12В и шестой — больше 13В. Градации между этими точками прекрасно видны по степени свечения соответствующих светодиодов. В данном случае аккумулятор стоит на заряде и вот-вот будет заряжен.

Если есть вопросы — спрашивай.