Светодиодный индикатор зарядки по току

Накладной индикатор напряжения (заряда) для модернизации литиевых батарей и сборок

Аккумуляторный электроинструмент все больше набирает популярность, поскольку предлагает большую свободу действий и позволяет не зависеть от сети 220V, что дает возможность работать в удаленных местах. Единственный их минус – это автономность, которая напрямую зависит от используемых батарей, поэтому в комплекте их всегда несколько. Но не все модели оборудованы индикатором заряда, поэтому дабы компенсировать данный недостаток без значительных капиталовложений, предлагаю познакомиться с недорогим накладным индикатором для различных Li-Ion батарей. Если заинтересовались, милости прошу…

Приобрести индикатор заряда можно здесь

Содержание

• Внешний вид:
• Габариты:
• Тестирование:
• Выводы:

Внешний вид:

Индикатор напряжения (заряда) поставляется в обычном пакете, на котором имеется небольшая наклейка с указанием рабочего диапазона напряжения:

Поскольку существует около десятка вариантов под различные сборки, а маркировка на корпусе отсутствует, рекомендую пакетик не терять или продублировать маркером на плате.

В моем случае индикатор рассчитан на отображение приблизительного заряда для Li-Ion 5S батареи с напряжением 18V (при полном заряде 21V). Выглядит весьма симпатично:

Основные преимущества данной модели заключаются в весьма небольших габаритах и возможности монтажа прямо на корпус батареи, например, на двусторонний скотч или клей. Для этого с обратной стороны электронные компоненты отсутствуют и дорожки заизолированы лаком:

От пользователя требуется лишь подключиться к выводам батареи. Можно монтировать как снаружи корпуса, так и изнутри, но придется позаботиться о соответствующих отверстиях напротив светодиодов. К тому же индикатор имеет всего два провода и не требует отдельного источника питания (третьего провода), поэтому очень прост в монтаже.

Индикатор очень прост в работе. На корпусе присутствует одна механическая кнопка, при нажатии на которую в течение пяти секунд отображается приблизительный заряд батареи:

Градация немного грубоватая, но общее представление дать может. Алгоритм у всех вариаций одинаковый, пороговые значения и количество индикаторов привязаны к следующим значениям напряжения (по заявления продавца):

• — более 3,9V на банку – горят все 4 индикатора (100%)
• — в диапазоне от 3,6V до 3,9V на банку – горят 3 индикатора (75%)
• — в диапазоне от 3,4V до 3,6V на банку – горят 2 индикатора (50%)
• — в диапазоне от 3,2V до 3,4V на банку – горит 1 индикатор 25%)

Именно такой формы существует две модели, отличающиеся цветом корпуса:

Как по мне, большинство корпусов темные и индикатор черного цвета будет для них более предпочтителен.

Габариты:

Размеры индикатора составляют всего 40мм*15мм*2,5мм:

По факту корпус оказался чуть толще и если учитывать толщину клеящего слоя, то в целом получается высота около 3мм:

Если сравнивать с минивольтметром, обзор на который я недавно выкладывал, то последний компактнее, но гораздо толще, что предусматривает установку только внутри корпуса:

Обозреваемый индикатор в этом плане просто шикарный:

Ну и по традиции сравнение с тысячной банкнотой и коробком спичек:

Тестирование:

Потребление индикатора составляет около 20mA:

При питающем напряжении от 21V до 19,8V (4,2-3,95V на банку) горят все 4 индикатора (100% заряд):

При питающем напряжении в диапазоне от 19,7V до 18,8V (3,9-3,75V на банку) горят 3 индикатора (75% заряд):

При питающем напряжении в диапазоне от 18,7V до 17,9V (3,7-3,65V на банку) горят 2 индикатора (50% заряд):

При питающем напряжении в диапазоне от 17,8V до 16,9V (3,6-3,4V на банку) горят 2 индикатора (25% заряд):

При питающем напряжении менее 16,8V горит только индикатор питания красного цвета, показывающий, что для серьезной работы батарея уже не годится и ее необходимо зарядить:

При минимально допустимом напряжении 2,5V на банку (12,5V общее для 5S). Индикатор работает и сохраняет нормальную работоспособности вплоть до 3,5V:

Если посмотреть среднестатистический график разряда одной высокотоковой банки средним током 10А, то можно увидеть плавное, практически пропорциональное снижение напряжение по мере разряда аккумулятора:

Если сопоставить его с параметрами индикатора, то за исключением первой и последней градации значения сходятся. При снижении напряжения ниже 3,2V, даже при небольшой нагрузке, банка дает ощутимую просадку, поэтому работать с батареей уже не всегда возможно, хотя для 25% индикации хотелось бы видеть более низкий порог (3,45-3,2V). Во всяком случае, общее представление об остаточном заряде батареи получить можно, а это главное.

Выводы:

Отличный индикатор для быстрой модернизации литиевых батарей. Из плюсов могу отметить: низкую стоимость, компактность, неплохую градацию и возможность размещения снаружи корпуса. Монтируется за 15 минут, при этом обеспечивает владельца очень полезной информацией. Однозначно рекомендую!

• Приобрести индикатор заряда можно здесь
• Немного другие вариации здесь или здесь
• Минивольтметр можно купить здесь

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.

Принцип работы

Работает схема индикатора заряда аккумулятора на светодиодах следующим образом. Застабилизированное с помощью резистора R7 и стабилитрона VD2 напряжение 6,2 вольт поступает на резистивный делитель, собранный из R8-R12. Как видно из схемы между каждой парой этих резисторов формируются опорные напряжения разного уровня, которые поступают на прямые входы компараторов. В свою очередь, инверсные входы объединены между собой и через резисторы R5 и R6 подключены к клеммам аккумуляторной батарее (АКБ).

В процессе заряда (разряда) аккумулятора постепенно изменяется напряжение на инверсных входах, что приводит к поочередному переключению компараторов. Рассмотрим работу операционного усилителя OP1, который отвечает за индикацию максимального уровня заряда АКБ. Зададим условие, если заряженный аккумулятор имеет напряжение 13,5 В, то последний светодиод начинает гореть. Пороговое напряжение на его прямом входе, при котором засветится этот светодиод, рассчитаем по формуле:
U_OP1+ = U_{СТ VD2} – U_R8,
U_{СТ VD2} =U_R8+ U_R9+ U_R10+ U_R11+ U_R12 = I*(R8+R9+R10+R11+R12)
I= U_{СТ VD2} /(R8+R9+R10+R11+R12) = 6,2/(5100+1000+1000+1000+10000) = 0,34 мА,
U_R8 = I*R8=0,34 мА*5,1 кОм=1,7 В
U_OP1+ = 6,2-1,7 = 4,5 В

Это означает, что при достижении на инверсном входе потенциала величиной более 4,5 вольт компаратор OP1 переключится и на его выходе появится низкий уровень напряжения, а светодиод засветится. По указанным формулам можно рассчитать потенциал на прямых входах каждого операционного усилителя. Потенциал на инверсных входах находят из равенства: U_OP1- = I*R5 = U_БАТ – I*R6.

Технические данные аккумуляторов

Основные применяемые типы аккумуляторов:

• Щелочные – Ni-Cd,
• Ni-MH – никель-металлогидридные,
• кислотные – аккумуляторы для автомобилей,
• Li-ion – литий-ионные,
• Li-po – литий-полимерные.

При эксплуатации аккумулятора необходимо учитывать его функциональные характеристики, такие как:

• значение ёмкости,
• выходное напряжение,
• размеры,
• сколько весит,
• допустимое минимальное напряжение,
• срок эксплуатации,
• коэффициент полезного действия,
• диапазон рабочей температуры,
• рабочий ток заряда и разряда.

К сведению. Все параметры указываются для 20 или 25 °С.

Аккумулятор для автомобиля (АКБ) состоит из 6 последовательно соединённых аккумуляторных секций с напряжением питания каждой 2,1-2,16 В, на хорошей батарее напряжение 13-13,5 В.

Важно! Не допускается снижение напряжения ниже 9 вольт, поскольку из-за особенностей процессов, происходящих в батареях, садится плотность, что повышает температуру промерзания электролита и ускоряет разрушение электродов. В свою очередь, уменьшается и срок службы аккумулятора.

Устройство конструкции

Многие ошибочно считают, что такое приспособление выполнено в виде светодиодной лампочки. Однако устройство этого прибора выглядит по-другому. В большинстве случаев используется специальный ареометр, который встраивается непосредственно в корпус АКБ. Это приспособление позволяет точно определить плотность электролита в устройстве. В зависимости от полученных данных, в трубке всплывает шарик определенного цвета, после чего он проецируется на специальное окошко, расположенное на поверхности устройства.

Рекомендуем: Характеристики и особенности аккумулятора Бош S4 004

Если батарея полностью заряжена, то на верху трубки находится зеленый шарик, который можно увидеть в окошке и принять за лампочку. Если устройство разряжено, всплывает красный шарик. В случае с черным цветом никакой шарик не всплывает, и в окошке просто виден черный цвет.

Использование такой конструкции обосновано тем, что электроника в виде обычной лампочки не подошла бы для этой задачи, поскольку она тоже требует энергии. Более того, любая лампочка может перегореть. В таком случае устройство перестанет выполнять свою задачу.

Здесь границы срабатывания определяют транзисторы R2, R3. Вместо старых моделей уместно использовать BC237, BC238 или BC317 взамен КТ3102 и BC556 или BC557 вместо КТ3107.

В режиме ожидания она потребляет минимальные токи. Транзисторы нужны n-канальные с минимальным напряжением отсечки. При питании нагрузки на затворе транзистора VT1 при участии делителя R1-R2 создается положительное напряжение. Если оно превышает напряжение отсечки транзистора, происходит его открытие, затвор VT2 притягивается на землю и закрывается. По мере снижения напряжения VT1 закрывается, а VT2 – открывается, обеспечивая сияние светодиода. Это знак о необходимости подзарядить элемент питания.

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.

Простой высокоточный индикатор разряда АКБ

Самая распространённая проблема водителей – это отсутствие в автомобиле индикации разрядки аккумулятора на панели с приборами. Такая проблема создаёт некоторый дискомфорт, в связи с тем, что водитель поздно замечает, разряженный аккумулятор, особенно если большой показатель утечки тока АКБ. Стоит обратить внимание, что собирается такой прибор для индикации довольно легко.

Измерять заряд аккумулятора можно и самому с помощью вольтметра. На сегодняшний день вольтметры очень дорогие, а так, как он не сильно то и обходим, потому что для нас важно лишь значение, до которого может доходить заряд.

Стоит обратить внимание на то, что прибор, с помощью которого будет измеряться заряд аккумулятора можно сделать своими руками и без вольтметра.

Ниже приведена система для создания индикатора разряженного аккумулятора, в качестве индикатора взята светодиодная лампа. Когда напряжение падает и заряд аккумулятора низкий, загорается светодиодная лампа, что и служит индикатором к подзарядке.

Глядя на схему, можно убедиться в том, что собрать её будет несложно. Любой элемент системы легко купить. Как транзисторы можно использовать:

• КТ 315Б
• КТ 3102
• S 9012
• S 9014
• S 9016

В качестве светодиодной лампы, можно приобрести любую, главное, чтобы её рабочее напряжение было в пределах 15–20 В.

Главный и незаменимый элемент системы – это переменный резистор R2, с его помощью устанавливается предел, при котором срабатывает индикатор, несмотря на то, что в схеме написано взять его с 1,5 кОм, необходимо брать более мощный в пределах 20 кОм. Потому что если брать R1= 20 кОм, то такого сопротивления будет мало, для того чтобы открыть ключ VT1.

Если брать аккумулятор с обыкновенным зарядом в 12 В и больше, то транзистор VT1 будет открывать и шунтировать индикаторную светодиодную лампу HL1. Когда напряжение аккумулятора падает, то VT1 будет со временем уменьшаться, пока не закроется, после его отключения, откроется VT2 и загорится светодиодная лампа HL1, это и служит сигналом о том, что заряд аккумулятора низкий. Для такой схемы, возможно, подключить любой порог сигнализирования.

В качестве платы можно использовать материал с ПК или старого телевизора. По размерам такая система маленькая и удобная.

Чтобы настроить систему, необходим прибор для питания с индикатором напряжения, с помощью которого будет регулироваться резистор, и выставляться пределы для срабатывания сигнализации.

В случае необходимости можно сделать несколько таких схем с разными порогами чувствительности, для более точного измерения.

Автор: ИвановАркадий, г. Астрахань.