Индикатор напряжения литиевого аккумулятора. Индикатор разряда аккумулятора. Зачем следить за состоянием аккумулятора

Итак, вы видите принципиальную схему сигнализатора маленького напряжения для автомобильного свинцово-кислотного аккумулятора. Очень важно следить за зарядом аккумуляторной батареи, чтобы предотвратить чрезмерный разряд АКБ, который чреват негативными последствиями для вашей перезаряжаемой батареи мы сделаем несложное устройство, следящее за уровнем напряжения на выводах АКБ.

Собрав несложную и весьма полезную схему звукового сигнализатора разряда, вы сможете оперативно узнать о низком напряжении на клеммах аккумулятора и предпринять меры: зарядить его обыкновенным сетевым зарядным устройством или через встроенный генератор на транспорте.

Схема состоит из двух частей:
первая, следящая за разницей потенциалов и вторая – элементарнейший звуковой генератор . Разберем принцип работы.

Сначала последовательно включены резистор стабилитрон и еще один резистор. На стабилитроне падает то напряжение, на которое он рассчитан, в нашем случае 10 В, в его технической документации (1N4740A) указана максимальная мощность 1 Ватт, напряжение стабилизации 10 В (ZENER VOLTAGE RANGE), значит максимальный допустимый ток 1W/10V=0.1A, но на самом деле 91 mA (REGULATOR CURRENT), номинальный же ток стабилизации равен 25mA (TEST CURRENT).

Посчитаем сопротивление двух резисторов. Как известно при последовательном включении ток протекает на всех элементах цепи одинаковый, а вот падение напряжение на разных компонентах разниться. По условию на стабилитроне стопроцентно должно падать около 10 В, максимальное напряжения на клеммах аккумулятора 14 В, значит 14-10=4 В должно остаться в сумме на двух резисторах R=4V/25mA=160 Ohm. Но на самом деле нам недопустимо такое большое потребление на холостом ходу, поэтому мы берём резисторы с сопротивление значительно большим, вследствие чего ток уменьшается и на стабилитроне будет падать меньше чем 10 В. Мною были выбраны на 20 кОм постоянный и переменный на 3 кОм. Ток потребления будет всего около 200 мкА.

Для открытия транзистора VT1 нужно подать на его базу плюс, а на эмиттер минус, напряжение примерно 0,7 В (зависит от вашего экземпляра) за это у нас отвечает нижний резистор R2, для точной настройки используется подстрочный резистор.

К коллектору транзистора VT1 подключена база VT2. Таким образом, когда напряжение более нормы (на аккумуляторе) VT1 открыт и база VT2 подключена в минусу – он закрыт. Когда же напряжение на аккумуляторе станет меньше нормы (вы сами выбираете норму) первый транзистор закроется и теперь ничто не мешает второму быть открытым через резистор 10 кОм.

Разбор генератора звуковых колебаний: состоит он из двух транзисторов разной проводимости. Предположим, что в начальный момент времени всё транзисторы (VT3 и VT4) закрыты из-за того, что через динамик и конденсатор подается плюс на PNP транзистор. Как только конденсатор зарядиться полностью он больше не станет проводить ток для дальнейшего закрытия VT3 и теперь ничто не мешает ему открыться через резистор R4. Когда VT3 откроется через его ЭК «потечет плюс” на базу NPN VT4 и тот также откроется – теперь через КЭ четвертого транзистора и динамик протекает ток (происходит щелчок). Во время этого щелчка конденсатор оказывается замкнут через резистор и открытый переход КЭ VT4, естественно он разряжается, причём происходит это определенное время, которое зависит от ёмкости самого конденсатора и величины сопротивления резистора. Как только конденсатор разрядиться VT3 снова закроется через катушку динамической головки и C1 и далее всё пойдет также само. Несмотря на простоту RC звукового генератора на практике он не всегда стабильно работает.

Резистор R5 100 Ом здесь ограничивает ток базы NPN транзистора.

Настройка схемы
Мы должны сделать так: подключить к схеме регулируемый источник питания, предварительно настроив напряжение равное 12 Вольтам (что соответствует разряду в 75% без подключённой нагрузки (можно выбрать и другое значение, таблица ниже) и изменяя сопротивление подстрочного резистора RV1 добиваемся того, чтобы при маленьком обороте болтика резистора начинал пищать динамик, вот это и вся настройка.

То есть мы устанавливаем такое напряжение между базой и эмиттером VT1, когда при недопустимом разряде транзистор закрыт (у моего транзистора напряжение насыщение вышло 658 mV) и при малейшем увеличении напряжения на АКБ неизбежно растет падение напряжение на R2 и следственно на БЭ VT1 подается уже больше U БЭ - он открывается, закрывая VT2.

Убеждаемся еще раз в правильности конфигурации путем изменения напряжения ЛБП, должно быть вот так: при U=12V и более всё тихо, а при U менее 12V издается писк.

Схемка очень простая и собрал я её используя компоненты для поверхностного монтажа, что поспособствовало максимальной миниатюризации платки, размеры 24 на 13 мм. Потребление в автономном режиме вышло в ~2 mA, а при сигнале достигает 15-20 mA.

Скачать плату:

Корпус – это параллелепипед пластмассовый, такая коробочка, в которой я сделал отверстие для буззера.

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!

Индикатор разряда аккумулятора предназначен для получения оперативного предупреждения о разряде аккумуляторной батареи, что поможет защитить вас от многих проблем. Предлагаемая схема достаточно проста, а вся регулировка заключается в выставление порога срабатывания переменным резистором для включения светодиодной индикации.

Чтобы максимально упростить самодельную конструкцию, информация о степени разряда батареи поступает по принципу светодиодного столбика, то есть чем выше напряжение на батареи, тем больше светодиодов загорается. Нижний уровень отмечается красным светодиодом (верхний по схеме), на максимальное напряжение указывает нижний зеленый светодиод. Полное отсутствие свечения говорит о сильной критическом разряде аккумулятора.

В основе конструкции лежат четыре компаратора операционного усилителя LM324, каждый из них контролирует определенный уровень напряжения.

Опорное напряжение в 5 вольт для всех четырех компараторов идет со стабилитрона и сопротивления R6.

Если на прямом входе ОУ потенциал будет меньше потенциала на его инверсном входе, на выходе компаратора присутствует низкий логический уровень и светодиод не горит. Если опорное напряжение превысит потенциал на противоположном входе компаратор переключается, и светодиод загорится. Для каждого компаратора установлен свой персональный уровень, который настраивается сопротивлением делителя на резисторах R1-R5.

Вариант этой конструкции, но уже на операционном усилителе LM 339 подойдет для аккумуляторов с выходным напряжением 6 или 12 вольт.

В арсенале отечественных микросхем имеется серия КР1171, которые специально разработаны для контроля снижения напряжения питания. Вот и используем ее для контроля напряжения в аккумуляторной батареи.

Малый потребляемый ток в режиме «Вык.» позволяет встраивать данную конструкцию в устройства с непрерывным контролем напряжения аккумуляторной батареи. При этом индикатор можно подключить до выключателя питания устройства, напрямую к клеммам аккумуляторной батареи. Для переделки данной схемы индикатора на другое напряжение достаточно использовать соответствующую микросхему серии КР1171 и подобрать резистор R1 для нового напряжения. Исключение составляет только микросхема КР1171СП20, т. к. ее пороговый уровень 2В, а генератор на микросхеме К561ЛА7 не работает.

Для достижения минимальных размеров можно вместо динамика использовать миниатюрный излучатель. C помощью сопротивления R6 можно регулировать громкость звука.

Данная конструкция рассчитана на напряжение аккумуляторной батареи от 6 до 24 вольт.

Схема состоит из делителя напряжения на резисторах R1 R2, первый транзистор реагирует на уменьшение напряжения ниже заданного значения, а электронный ключ на втором транзисторе, через стоковую цепь запускает свepxъяркий светодиод.

При подключении схемы к аккумуляторной батареи, напряжение котopoгo необходимо контролировать, на затворе первого транзистора появляется напряжение положительной полярности, регулируемое резистором R2. Если оно выше порогового - транзистор открыт, сопротивление его канала не выше десятка Ом, поэтому напряжение на стоке второго транзистора VТ2 стремится к нулю и он закрыт, светодиод соответственно не горит, сигнализируя о том, что напряжение аккумуляторной батареи в норме. При снижении напряжения до порогового уровня, при котором напряжение на затворе первого транзистора становится ниже порогового, он закрывается, сопротивление его канала резко возрастает и напряжение на стоке стремится к значению напряжения питания. При этом открывается транзисторный ключ и светодиод загорается, говоря о недопустимой степени разряда аккумуляторной батареи.

На транзисторах VT2, VT3 построен триггер Шмитта, на VT1 - модуль запрета его срабатывания. В коллекторную цепь VT3 включен индикатор HL1, размещенный на приборной панели. В горячем состоянии нить накала индикатора обладает сопротивление в районе 50 Ом. Сопротивление холодной нити индикатора в несколько раз ниже. Поэтому транзистор VT3 выдерживает бросок тока в коллекторной цепи до уровня 2,5 А.

Напряжение бортовой сети за минусом напряжения на стабилитроне VD2 через делитель R5-R6 поступает на базу VT2. Если оно выше 13,5 В, триггер Шмитта переключается и транзистор VT3 закрыт, а HL1 не светится.

Li-ion очень капризен к переразряду и чтобы не убить аккумулятор, решил сделать самодельный индикатор разряда аккумулятора для шуруповерта. описывал ранее. Светодиод на корпусе акб должен загораться и гореть при падении напряжения ниже заданного уровня.

Для чего нужен индикатор разряда аккумулятора.

Например, вы используете литий-ионые аккумуляторы без платы защиты. Чтобы не перегрузить их случайно можно поставит обычный плавкий предохранитель ампер на 30. Берем автомобильный или делаем самодельный из медной жилы сечением 0.5мм2.

Для того, чтобы не переразрядить АКБ больше нужного предела используем приведенный ниже индикатор разряда, светодиод которого загорится, когда аккумулятор разрядиться до установленного уровня. Балансировку осуществляем при заряде для этого я вывел на корпус разъем.

Также можно настроить схему на промежуточную разрядку например 50% или 75%-типа скоро сядет. Или даже использовать несколько схем настроенных на разные напряжения. Например, три. Один загорается при 75%, второй при 50%, а третий при 25% от заряда.

Схема самодельного индикатора.

Итак к схеме (нарыл в интернете). Схема собрана, проверена, заработала сразу.

В схеме используется TL431 .

Очень удобная штука, я вам скажу. Многие схемы с ней сильно упрощаются. Так что можете закупать их сразу пачку, как я.

На ее основе можно так же сделать и балансир для аккумулятора, но об этом в другой раз.

Брал . У них пачка стоит, как у нас одна штука.

Транзистор BC547 очень распространен, стоит копейки и есть в любом магазине радиокомпонентов. Можно купить и у китайцев , но он и так очень дешевый. Если только тоже пачку взять.

Резисторов я уже закупил в свое время разных номиналов. Вот очень дешевый набор резисторов , который еще долго будет вас радовать.

R1*(у меня)=4,6K; R2=1К; R3=11К(подобран под транзистор BC547); R4=1,5К(подбираем под светодиод в зависимости от напряжения питания схемы).

Светодиод берем любой маломощный трех миллиметровый , просто smd не удобно монтировать в корпус.

Расчет резистора R1 под необходимое напряжение срабатывания схемы осуществляется по формуле: R1=R2*(Vo/2,5В - 1) .

Я рассчитывал чтобы индикатор загорался при 14В, то есть при 3,5В на банку (мой АКБ состоит из четырех АКБ номиналом 3.7В). В полностью заряженном состоянии 16.8В (по 4.2В на банку). Возьмем R2 равный 1К. (При настройке на низкие напряжения, например 3.6В, необходимо R2 брать 10К).

Итак рассчитываем на 14В . R2=1КОм=1000 Ом. R1=1000*(14В/2,5В-1)=1000*(5,6-1)=1000*4.6=4600 Ом = 4,6КОм (Для шуруповерта на 14.4В (4 банки по 3,7В), переделанного на литий).

Для 12В (3 банки по 3,7В) шуруповерта при 10,5В R2=1К R1=1000*(10,5/2,5-1)= 3,2КОм .

Для 18В (5 банок по 3,7В) шуруповерта , переделанного на литий: срабатывание при 17,5В R2=1К R1=1000*(17,5/2,5-1)= 6КОм .

Список значений R1 при R2=1КОм для тех кому лень считать:

5В – 1К
7,2В – 1,88К
9В – 2,6К
10,5В — 3,2К
12В – 3,8К
14В — 4,6К
15В - 5К
17,5В — 6К
18В – 6,2К
20В – 7к
24В – 8,6к

Готовый индикатор разряда аккумулятора шуруповерта.

Этот несложный прибор оповестит о разряде 12-вольтовой (например, автомобильной) аккумуляторной батареи звуком зуммера. Появление звукового сигнала будет означать, что аккумулятор разряжен и требует подзарядки. Порог чувствительности компаратора составляет приблизительно 0,2 вольта.

Схема собрана всего на трёх транзисторах и доступна для повторения даже начинающими радиолюбителями.

В режиме ожидания потребляемый ток около 3 ма, а при работе зуммера - около 4 ма.

Схема устройства приведена на рисунке:

Левая часть схемы на транзисторе Т1 представляет из себя компаратор, определяющий порог напряжения, ниже которого не должен разряжаться аккумулятор. Правая часть схемы на транзисторе Т2 - это звуковой генератор, а Т3 - усилитель.

Состояние разряда аккумулятора приблизительно можно оценить ориентируясь на данные таблицы:

Напряжение, В	Заряд, %
12,6-12,9	100
12,3-12,6	75
12,1-12,3	50
11,8-12,1	25
11,5-11,8	0

При подключении питания 12 вольт устройство начинает работать сразу, если же этого не произошло, значит, возможно, где-то в монтаже допущена ошибка.

Регулятором R1 следует добиться пропадания звука зуммера при заряженном состоянии аккумулятора, тогда зуммер включится, если напряжение снизится примерно на 0,2 вольта.

Проверка схемы сводится к простым действиям.

Отсоединяем коллектор транзистора Т1 от схемы, подключив питание, и убеждаемся, что звуковой генератор работает. Тональность звука можно изменить (если не устраивает) подбором номинала конденсатора С1 . После этого восстанавливаем соединение коллектора Т1 по схеме.

После этого можно перейти к настройке компаратора, собранного на транзисторе Т1 . Для этого, включив питание, измеряем вольтметром напряжение на стабилитроне ZD1 : оно должно быть 5 вольт. Далее плавно поворачиваем движок потенциометра R1 и добваемся появления звукового сигнала. При плавном повороте в обратную сторону движка этого потенциометра звук должен пропасть.

Для финальной настройки желательно запитать схему от регулируемого источника постоянного тока напряжением до 15 вольт. Подключаем параллельно питанию цифровой мультиметр в режиме вольтметра, выставляем по этому вольтметру напряжение, соответствующее предельному уровню разряда аккумулятора (по таблице выше) и регулировкой R1 добиваемся пропадания звукового сигнала. Фиксируем движок R1 в найденном положении. Затем на источнике питания начинаем плавно понижать напряжение до момента появления звукового сигнала зуммера и убеждаемся, что оно примерно на 0,2 вольта ниже, чем было установлено ранее.

При каком уровне понижения напряжения должно сработать звуковое оповещение, каждый пользователь может выставить регулятором R1 индивидуально.

На базе этой схемы можно сделать нагрузочную вилку для проверки аккумуляторов под нагрузкой, если дополнить схему мощным проволочным резистором, сопротивлением порядка 1,2 Ом, параллельно проводам питания схемы. Такая нагрузочная вилка позволит проверять степень просадки напряжения аккумулятора при протекании тока около 10А, допустимый уровень просадки выставляется, как и ранее, потенциометром R1 .

В схеме в качестве транзистора Т2 следует ставить только указанный тип транзистора 2SC945. Т1 и Т3 можно заменить на аналоги, например 2SC1213, 2N2222 или подобные им отечественные КТ315, КТ503. Стабилитрон ZD1 - любой маломощный на напряжение стабилизации 5 вольт. Буззер – обычный электродинамический излучатель с сопротивлением обмотки около 50 Ом (такие применяются на компьютерных платах).