Arco-systems.ru

Журнал Арко Системс
21 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Светодиодный индикатор тока 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.

Зависимость температуры промерзания электролита от степени заряда аккумулятора
Плотность электролита, мг/см. куб.Напряжение, В (без нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
111011,78,40,0-7
113011,88,710,0-9
114011,98,820,0-11
115011,99,025,0-13
116012,09,130,0-14
118012,19,545,0-18
119012,29,650,0-24
121012,39,960,0-32
122012,410,170,0-37
123012,410,275,0-42
124012,510,380,0-46
127012,710,8100,0-60

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.

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

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:
UOP1+ = UСТ VD2 – UR8,
UСТ VD2 =UR8+ UR9+ UR10+ UR11+ UR12 = I*(R8+R9+R10+R11+R12)
I= UСТ VD2 /(R8+R9+R10+R11+R12) = 6,2/(5100+1000+1000+1000+10000) = 0,34 мА,
UR8 = I*R8=0,34 мА*5,1 кОм=1,7 В
UOP1+ = 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: UOP1- = I*R5 = UБАТ – 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 индикации HL1 – HL5 реализовано таким образом, что срабатывание каждой последующей ячейки вызывает погасание предыдущей. При этом засвечивание двух индикаторов одновременно исключено.

Для крайних (аварийных) диапазонов индикации использованы светодиоды HL1, HL5 красного свечения.
Для диапазона менее 10,8 В применен мигающий светодиод HL1, а более 14,8 В – обычный HL5.
Далее, следуя логике технического состояния аккумулятора: HL2 – оранжевый светодиод, HL3 – желтый и HL4 – зеленый (норма).

Резисторы R8 – R11 – токоограничивающие. Токоограничивающий резистор R12 для мигающего светодиода HL1 в принципе не нужен, но не мешает его работе и позволяет при необходимости установить обычный светодиод.

Указанные на принципиальной схеме рис. 1 номиналы делителя R1 – R5 обеспечивают достаточную точность срабатывания компараторов для указанных выше пороговых напряжений и опорном напряжении Uоп=5 В.

Вид передней панели индикатора показан на рис. 2.

Расчет делителя напряжения приведен в прилагаемом файле «Расчет делителя.xls».
При необходимости делитель легко пересчитывается указанием других требуемых порогов срабатывания компараторов.

Например, пороги срабатывания устройства, выбранные на основе опыта бывалых автоэлектриков, изображены на рис. 3.

Резисторы делителя R1 – R5 могут быть пересчитаны для контроля аккумуляторной батареи на работающем двигателе автомобиля (рис. 4).

В таблице приведены параметры резисторов делителя R1 – R5 для реализации трех указанных выше применений индикатора.

Диод VD1, шунтирующий блокировочный конденсатор С1, предотвращает его переполюсовку, а также защищает входы DA1. Диод VD2 берет под защиту цепи питания микросхем DA1 и DA2.
Теперь «переполюсовка» совершенно не страшна индикатору.

Параметры индикатора автомобилиста:
Диапазон входных напряжений: 6…20 В;
Потребляемый ток: 15 мА.

Схема 1 – на стабилитроне и транзисторе

При величине напряжения выше 3,25 В стабилитрон пребывает в пробое, транзистор – в закрытом состоянии, и ток полностью идет через зеленый светодиод. При падении напряжения до его значений в диапазоне 3+1,2 В происходит открытие транзистора, и ток распределяется между светодиодами. Между цветами происходит плавный переход. Чем ярче горит красный индикатор, тем сильнее разрядился элемент. При 3 В цветового перехода нет – светится красная лампочка.

При реализации этой схемы могут возникнуть трудности с поиском стабилитронов, обеспечивающих нужный порог срабатывания. Еще один ее недостаток – постоянное энергопотребление около 1 мА.

Схема индикатора

В электрической схеме контроля уровня заряженности аккумулятора на 12 Вольт не содержится ни стабилитронов, ни сложных микросхем, ни транзисторов. Она состоит из включенных последовательно резисторов и светодиодов.

Работа устройства основана на начальном напряжении загорания светодиода, представляющего собой полупроводник.

Предел напряжения открытия или загорания светодиода находится в диапазоне 1,8-2,6 В в зависимости от его модели. Каждый последующий элемент начинает гореть после включения предыдущего.

Индикатор заряда аккумуляторной батареи своими руками

В завершение рассмотрим, как сделать индикатор заряда аккумулятора своими руками. В сети есть огромное количество всевозможных схем для создания подобных индикаторов. Была выбрана одна, наиболее распространённая схема, по сборке которой было достаточно много положительных отзывов.

Устройство предназначено для контроля работы автомобильной АКБ с напряжением в бортовой сети от 6 до 14 вольт. В принципе, оно похожа на вышеупомянутый набор DC-12 В, который продаётся в магазинах. Это и не удивительно, поскольку принцип действия тот же.

Для сборки индикатора потребуются:

  • Транзисторы: по одному ВС547 и ВС557;
  • Резисторы: два 1 кОм, три 220 Ом и один 2,2 кОм;
  • Стабилитроны: по одному 9,1 и 10 вольт;
  • Печатная плата;
  • Набор светодиодов (красный, синий, зелёный).

Схема для сборки индикатора своими руками

Старайтесь скомпоновать комплектующие на печатной плате так, чтобы они занимали как можно меньше места. Перед пайкой светодиодов проверьте их тестером на соответствие цвета и контактов. Лучше паяйте светодиоды не напрямую к плате, а выносите их на проводах, чтобы потом было удобнее устанавливать индикатор на автомобильной панели приборов.

Этот самодельный индикатор демонстрирует определённый уровень зарядки АКБ, не выводя конкретного значения напряжения. Корректная работа:

  • Красный светодиод загорается при напряжении 6─11 вольт (это критический разряд);
  • Синий горит при 11─13 вольт (в штатном режиме работы);
  • Зелёный включается при напряжении больше 13 вольт (полностью заряженная АКБ).
голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Вид провода для уличного освещения
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector