Простой индикатор заряда LiIon аккумулятора. Схема индикатора заряда аккумулятора на светодиодах Контроль заряда аккумулятора своими руками

Удивительно, что абсолютное большинство автомобилей не имеет датчика зарядки аккумулятора. Как определить зимой, что АКБ стоит подзарядить за ночь, чтобы утром не идти на работу пешком? Или если машину завести не получается – как не загонять безсмысленно батарею до полного истощения?

Используя эту схему вы сможете легко собрать своими руками датчик зарядки аккумулятора. Притом себестоимость, как видите, будет ниже чем у любого китайского аналога, а качество намного лучше! Запитывать модель имеет смысл от замка зажигания, дабы диод светился только, когда ключ вставлен.

Цвет светодиода будет обозначать степень зарядки. Красный – от 6 Вольт до 11, синий от 11 до 13, зелёный боле 13

В комплект входят следующие детали:

Транзисторы
BC547 – 1шт
BC557 – 1шт
Резисторы
1 кОм – 2шт
220 Ом – 3 шт
2,2 кОм – 1 шт
Диоды (стабилитроны)
10 v – 1шт
9,1 v – 1шт
Светодиоды
RGB светодиод – 2шт

Светодиод проверяем тестером, заодно проверяем какой вывод соответствует каждому цвету:

После примеряем детали к печатной плате и вырезаем нужный нам кусок:

Затем приклеиваем светодиод к плате и начинаем монтаж элементов. Важный момент! Так как этот модуль вы будете использовать в автомобиле, то целесообразно не припаивать светодиод к плате, а вывести его на проводах. Так, чтобы вы могли установить его отдельно на приборной панели. Мы же установим его на плату – для простоты и наглядности.

Схема транзисторов(на всякий случай):

Вот что получилось:

Схема отлично работает, тестировалась полчаса, прогоном напряжения от минимального до максимального. В качестве источника питания использовался блок питания от ноутбука с выходным напряжением 19V. Регулятор напряжения – LM 317 и подстроечный резистор 10 кОм. На видео есть небольшой сбой срабатывания на переходе красный – синий и синий – зеленый, это связано со слишком быстрым падением/приростом напряжения (тестер не успевал фиксировать изменения вольтажа), на аккумуляторе все это будет срабатывать плавнее и точнее.

Простейший вариант показан на Рисунке 1. Если напряжение на клемме B+ равно 9 В, будет светиться только зеленый светодиод, поскольку напряжение на базе Q1 равно 1.58 В, в то время, как напряжение на эмиттере, равное падению напряжения на светодиоде D1, в типичном случае составляет 1.8 В, и Q1 удерживается в закрытом состоянии. По мере уменьшения заряда батареи напряжение на светодиоде D2 остается практически неизменным, а напряжение на базе уменьшается, и в какой-то момент времени Q1 начнет проводить ток. В результате часть тока станет ответвляться в красный светодиод D1, и эта доля будет увеличиваться до тех пор, пока в красный светодиод не потечет весь ток.

Для типичных элементов двухцветного светодиода различие в прямых напряжениях составляет 0.25 В. Именно этим значением определяется область перехода от зеленого цвета свечения к красному. Полная смена цвета свечения, задаваемая соотношением сопротивлений резисторов делителя R1 и R2, происходит в диапазоне напряжений

Середина области перехода от одного цвета к другому определяется разностью напряжений на светодиоде и на переходе база-эмиттер транзистора и равна приблизительно 1.2 В. Таким образом, изменение B+ от 7.1 В до 5.8 В приведет к смене зеленого свечения на красное.

Различия в напряжениях будут зависеть от конкретных комбинаций светодиодов и, возможно, их будет недостаточно для полного переключения цветов. Тем не менее, предлагаемую схему все равно можно использовать, включив диод последовательно с D2.

На Рисунке 2 резистор R1 заменен стабилитроном, в результате чего область перехода становится намного более узкой. Делитель больше не оказывает влияния на схему, и полная смена цвета свечения происходит при изменении напряжения B+ всего на 0.25 В. Напряжение точки перехода будет равно 1.2 В + V Z . (Здесь V Z - напряжение на стабилитроне, в нашем случае равное примерно 7.2 В).

Недостатком такой схемы является ее привязка к ограниченной шкале напряжений стабилитронов. Еще больше усложняет ситуацию тот факт, что низковольтные стабилитроны имеют слишком плавный излом характеристики, не позволяющий точно определить, каким будет напряжение V Z при малых токах в схеме. Одним из вариантов решения этой проблемы может быть использование резистора, включенного последовательно со стабилитроном, чтобы иметь возможность небольшой подстройки за счет некоторого увеличения напряжения перехода.

При показанных сопротивлениях резисторов схема потребляет ток порядка 1 мА. Со светодиодами повышенной яркости этого достаточно для использования прибора внутри помещения. Но даже такой небольшой ток весьма значителен для 9-вольтовой батареи, поэтому вам придется выбирать между дополнительным потреблением тока и риском оставить питание включенным, когда необходимости в нем нет. Скорее всего, после первой внеплановой замены батареи вы почувствуете пользу от этого монитора.

Схему можно преобразовать таким образом, чтобы переход от зеленого к красному свечению происходил в случае повышения входного напряжения. Для этого транзистор Q1 надо заменить на NPN и поменять местами эмиттер и коллектор. А с помощью пары NPN и PNP транзисторов можно сделать оконный компаратор.

С учетом довольно большой ширины переходной области, схема на Рисунке 1 лучше всего подходит для 9-вольтовых батарей, в то время как схема на Рисунке 2 может быть адаптирована для других напряжений.

Индикатор заряда аккумулятора своими руками на двух светодиодах — правильно обслуживаемые аккумуляторы будут работать у вас хорошо и долю. Обслуживание подразумевает, в частности, регулярный контроль напряжения аккумулятора. Изображенная на Рисунке 1 схема подходит для большинства типов аккумуляторов. Она содержит опорный светодиод LED REF , 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 LED VAR 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.

Работа измерительного светодиода

Измерительный светодиод работает при токе, меняющемся от 10 мА при полностью заряженном аккумуляторе до значений менее 1 мА при полном разряде. Стабилитрон D z с последовательным резистором R 2 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 R 2 . Изменения напряжения батареи вызывают большие изменения тока резистора R 2 . Если напряжение равно примерно 1 В, через светодиод LED VAR течет ток 10 мА, и он светится намного ярче, чем LED REF . Если напряжение ниже 0.1 В, интенсивность свечения LED VAR var будет меньше, чем у LED REF . показывая, что аккумулятор разряжен.

Индикатор заряда аккумулятора своими руками — 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 S 1 1(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 индуцируют состояние, когда заряд батареи превышает 60%. Набор красных светодиодов показывает, что заряд аккумулятора упал ниже 20%. Светодиоды LED REFG и LED REFR подключены через резисторы R 1 и R 2 сопротивлением 10 кОм. Последовательное измерительными светодиодами, яркость свечения которых изменяется, включены стабилитроны и резисторы R 3 и R 4 сопротивлением 100 Ом. Диоды D 1 , D 2 и D 3 задают требуемое напряжение ограничения. Зависимость яркости свечения светодиодов от состояния аккумулятора показана в Табпице1.

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

V BATT = 10 G x 100 +V D1 +V D2 +V LEDG +V DZ1

V BATT =10 3 x 100+0.6+0.6+1.85+9.1=1225B.

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

V BATT = I R x IOO+V D3 +V LEDR +V ZD2

При токе зеленого светодиода 1 мА

V BATT =10 -3 x 100 +0.6 + 1.85 + 9.1 =11.65 В.

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

В обзоре будет исследование немногочисленных характеристик данного модуля, небольшая доработка с целью корректировки порогов индикации и установка в корпус повербанка с тремя литиевыми батареями (схема включения 3S). Здесь уже был аналогичной платы для одного литиевого аккумулятора, но там автор больше хвастался своим «колхозом» а саму плату не изучил. В этом обзоре будет полная схема и доработка платы.

Во время заказа очередной электронной мелочи в DX, случайно обратил внимание на данный модуль и вспомнил, что у меня валяется древний Power Bank (далее буду называть его ПБ, чтобы избежать споров о правильном написании) в котором нет даже индикации степени заряда аккумулятора. После недолгих сомнений добавил в корзину. Отдельно покупать такую плату не стал бы. Лень ходит на почту за сторублёвыми пакетиками и напрягать продавцов такой мелочью совесть не позволяет. Кстати, заранее прошу не открывать мне истину, что в других магазинах эти платы в разы дешевле. Взял именно здесь исключительно из-за удобства (добавил к большому заказу). Разница в 100 рублей для меня несущественна.

Пришла плата в небольшом антистатическом пакете.


Все элементы расположены с одной стороны. Два контакта для подключения аккумулятора под пайку. Индикация четырьмя светодиодами, каждый из которых включается при определённом значении напряжения на аккумуляторе. Питается плата от того же напряжения, которое меряет. Края не обработаны (торчали волокна текстолита). Монтаж элементов аккуратный, только светодиоды запаяны криво и залиты неотмытым флюсом. Автомату ставлю пять, монтажнику два.


Плата кажется совершенно микроскопической.


Начал с главного – промерял пороги срабатывания светодиодов.


В небольшом диапазоне напряжений (десятки миливольт) светодиод моргает или горит тускло. После нескольких повторов получил следующие значения порогов:
- красный светодиод: 11,7 В;
- 1-й жёлтый светодиод: 12,1 В;
- 2-й жёлтый светодиод: 12,5 В;
- зелёный светодиод: 12,9 В.

Потребление от 26 мА (11 В, светодиоды не горят) до 59 мА (14 В, горят все светодиоды).
Сразу стало ясно, что плата сделана под свинцовый аккумулятор. Обидно, у меня же литий. При напряжении 3,9 В на элемент (слегка разряженный) погаснет даже красный светодиод. Конечно я не ожидал наворотов как в индикаторе. Надеялся на что-то вроде . Не страшно, буду дорабатывать. Перед этим перерисовал схему.


Ничего революционного. Параллельный стабилизатор (стабилизатор с параллельным включением регулирующего элемента, в данном случае R14, R15) с помощью резистивного делителя R6…R11 формирует ряд опорных напряжений, которые подаются на неинвертирующие входы четырёх компараторов (одна микросхема , выход на транзисторе с открытым коллектором). На инвертирующие входы подаётся напряжение питания после делителя R1, R12. Когда напряжение на инвертирующем входе превышает напряжение на неинвертирующем, транзистор на выходе открывается и включает соответствующий светодиод. Существует много разновидностей такой схемы ( , ), но принцип работы у всех один. Более подробно можно почитать . Иногда добавляют ещё один светодиод, работающий постоянно, что увеличивает количество уровней индикации до пяти.

Доработка под литий

Доработка свелась к изменению параметров делителя R6…R11 с учётом типовых напряжений литиевых аккумуляторов (3…4,2 В, три последовательно). Требуемый диапазон индикации 9…12,6 В. Выяснилось, что резисторов такого типоразмера у меня совсем мало, доставать фен и выпаивать из радиохлама поленился, поэтому после немногочисленных экспериментов удалось обойтись добавлением двух резисторов по 10 кОм. Ещё в процессе работы решил выровнять светодиоды. В результате три из четырёх перестали работать. После небольшого шока догадался, что у платы не очень хорошо с металлизацией отверстий, а пайка только с одной стороны. Повторно залудил не жалея канифоли и припоя. Заработали все светодиоды кроме одного жёлтого. Подал пару вольт непосредственно на него и понял, что он труп. Со словами: «Хорошо, что не компаратор», покопался в своих запасах и поставил вместо него зелёный (так показалось логичнее). В результате схема стала выглядеть следующим образом (красным цветом выделены добавленные резисторы).




В результате доработки были получены следующие пороги срабатывания:
- красный светодиод: 10,0 В (3,33 В на элемент, требуется зарядка);
- жёлтый светодиод: 10,6 В (3,53 В на элемент, желательна зарядка);
- 1-й зелёный светодиод: 11,3 В (3,77 В на элемент, заряд более 50 %);
- 2-й зелёный светодиод: 12,0 В (4 В на элемент, акк. полностью заряжен).

При желании можно было бы подобрать пороги получше, но меня устраивает и такой вариант.

Использование по назначению

Объектом доработки должен был стать вот такой ПБ .




Приобретён он был в далёком 11-м году, когда ещё термина пауэрбанк не существовало. Были просто мобильные аккумуляторы. Данная модель мне приглянулась мультивольтовым выходом (5, 9 и 12 В), была приобретена и впоследствии неоднократно дорабатывалась. Внутренности похожи на (в этом же обзоре присутствует аналогичная доработка, только самодельной платой).Три плоских аккумулятора, каждый со своей защитой, соединены последовательно и подключены напрямую к выходу/входу 12 В. 9 В делается линейным стабилизатором. Для получения 5 В используется плата понижающего DC-DC преобразователя. Через неё ПБ выдаёт 3500 мАч, что соответствует ёмкости каждого элемента около 1800 мАч. Для предотвращения разряда аккумуляторов при хранении, они механически отключаются клавишным переключателем. Единственным индикатором является двухцветный светодиод, подключенный к преобразователю. Отображается нормальный режим работы и перегруз по току.


Вся электроника располагается рядом с аккумуляторами, свободное место заполнено «фирменными» кусочками китайского картона. Вытащил всё, что вытаскивалось, примерил плату и кнопку, которая будет её подключать (чтобы не светила постоянно).


По намеченным местам сделал отверстия. Сгоревший светодиод тоже пригодился став кнопкой.


Поставил, припаял. Изначально все разъёмы к корпусу ПБ крепились каким-то герметиком. Не стал менять технологию. Кнопку лучше было бы зафиксировать термоклеем или полиморфусом чтобы не пружинила, но я не стал возиться и просто налил побольше герметика. После высыхания затвердеет. Делал поздно вечером, оставил на ночь в открытом виде. Утром собрал.

Выводы.

Плата полностью выполняет свои функции. Под литиевые аккумуляторы нужна доработка, для свинцовых аккумуляторов можно использовать сразу. Другое дело, что в устройствах с такими аккумуляторами (авто, ИБП, контроллер солнечной батареи) индикация обычно уже есть. Короче, плата из разряда «купить, чтобы валялась в столе на всякий случай». При наличии времени можно сделать такую схему самостоятельно или просто поставить вольтметр.