Индикатор разряда аккумулятора. Простой индикатор разряда Li-ion аккумуляторов Индикатор разряда батареи своими руками

Читатель Максим недавно прислал Li-ion аккумуляторы формата 18650, предупредив, что они не любят глубокого разряда, равно как и перезаряда (для меня, трансформаторно-сетевой души, такие вещи в новинку). Ладно, с зарядкой вопрос почти решен — Дядюшка Ляо пообещал выслать модули на TP4056. А уж с контролем низкого напряжения можно и самостоятельно разобраться, например, применив сдвоенный компаратор LM393 .

Немного теории . Литий-ионный аккумулятор 18650 называется так из-за размеров: диаметр 18 мм, длина 65 мм. Как и любой Li-ion, не имеет «эффекта памяти», не терпит полной разрядки (ниже 3 вольт лучше не разряжать) и при неправильной зарядке может взорваться. Есть модели со встроенной защитой, которая отключает батарею при глубоком разряде и по окончании зарядки, но моих это не касается.

Полностью заряженная батарея выдает 4,2 вольта. Соединив их последовательно, получаем 8,4 вольта, чего вполне хватает для работы «Спидолы 242» на свежем воздухе почти без помех и совсем без мультипликативного фона, и даже с подсветкой. Чтобы при хранении «крокодилы» случайно не замкнулись — закусываю их на ушную палочку или зубочистку. Из-под изоленты выглядывает металлическое ушко — точка соединения двух «банок».

Принцип работы . Измеряемое напряжение с делителя R1 , R2 поступает на инвертирующие входы компараторов In-1 , In-2 (оно в два раза меньше входного), а эталонное (3,3 вольта) — на прямые входы In+1 , In+2 .

Допустим, батарея полностью заряжена (8,4 вольта). Тогда на второй и шестой ногах микросхемы 4,2 вольта, что больше, чем 3,3. Красный светодиод VD2 не включен, светится зеленый VD3 . Напряжение в норме.

Батарея разрядилась до 7 вольт. Измеряемое напряжение — 3,5 вольта, все еще больше, чем 3,3, и все еще светится зеленый индикатор.

Батарея разрядилась до 6,4 вольта. Измеряемое напряжение — 3,2 вольта, что меньше, чем 3,3. Включается красный светодиод, а зеленый гаснет. Пора заряжать.

Путевые заметки:
— из экономии индикатор включается «по требованию» через тактовую кнопку;
— при длительной работе левая часть схемы (резисторы и стабилитрон) греется сильнее, чем хотелось бы;
— с помощью R3 можно немного менять пределы срабатывания компаратора: так, при 750 Омах это было 6 вольт ровно, а при подключении в параллель к ним 1,5 кОм (общее сопротивление 500 Ом) стало 6,4 вольта;
— подобрав стабилитрон VD1 и резистор R3 , можно следить за разрядом аккумуляторов на другое напряжение;

— если хочется посадить VD3 катодом на «землю» (например, в случае двухцветного светодиода), то надо подключить R5 и анод VD3 к седьмой ноге микросхемы, а In+2 и In-2 поменять местами;
— если индикация нормального напряжения не нужна, то все элементы и связи ко второму компаратору (ножки 5 -7) можно убрать.

Потрошить свою батарею и немедленно припаивать индикатор не стал — авось, не последняя, а вот изоленты жалко.

На будущее — в продаже есть модульные держатели, с помощью которых можно легко собрать воедино неограниченное количество аккумуляторов.

А вот проверенная схема всегда сгодится.

Дополнение от 15.09.16

Равно как и сгодится старый ноутбучный аккумулятор, которому можно дать второй шанс (пусть и с электроникой попроще, типа радиоприемника). Сдвоенные «банки» не стал разделять, поэтому их последовательное соединение вышло довольно длинным. Слева и справа — модули зарядки на TP4056.

Как же плотно вошли в нашу жизнь Li-ion аккумуляторы. То, что они применяются почти во все микропроцессорной электронике это уже норма. Так и радиолюбители уже давно взяли их себе на вооружение и используют в своих самоделках. Способствую этому значительные плюсы Li-ion аккумуляторов, такие как небольшой размер, большая емкость, большой выбор исполнений различных ёмкостей и форм.

Самый распространенный аккумулятор имеет марку 18650 его напряжение составляет 3,7 В. Для которого я у буду делать индикатор разряда.
Наверное, не стоит рассказывать, как вредна для аккумуляторов кране низкая их разрядка. Причем для аккумуляторов всех разновидностей. Правильная эксплуатация аккумуляторных батарей продлит их жизнь в несколько раз и сэкономит ваши деньги.

Схема индикатора зарядки

TL431 — трехногая микросхема, которую часто называют «управляемым стабилитроном», ведь с ее помощью можно получать любое напряжение в диапазоне 2,5…36 вольт. Кроме того, ее можно использовать как компаратор на напряжение 2,5 вольта:

— если на входе меньше, чем 2,5 вольта — ток через выходной транзистор микросхемы не идет;
— если на входе больше, чем 2,5 вольта — транзистор открыт, и ток идет через него.

Очень похоже на транзистор в ключевом режиме, не? И даже нагрузку — те же индикаторные светодиоды — можно включать точно так же, как в транзисторный ключ.

Готовая схема на 7 вольт (для двух последовательно соединенных Li-ion батарей, где 8,4 вольта при полном заряде); для повышения точности R2 можно сделать из постоянного на 47k и подстроечного на 10k . Вывод 1, проводя аналогию с n-p-n транзистором — «база», вывод 2 — «эмиттер», вывод 3 — «коллектор» (условно, конечно, стабилитрон — не транзистор). Пока на «базе» напряжение выше, чем 2,5 вольта — микросхема открыта, и ток идет через нее. По мере разряда батареи напряжение снижается, и как только с делителя пойдет меньше, чем 2,5 вольта — транзистор микросхемы закроется, и ток пойдет через светодиод.

При желании можно собрать эту же схему на резисторах 10k и 5k6 — она будет работать, но станет чуть более прожорливой. Так что для экономии лучше взять резисторы побольше номиналом. Повторюсь: индикатор разряда батареи не должен сильно ее разряжать .

R3 задает ток через светодиод-нагрузку и выходной транзистор микросхемы. Подбирается хотя бы и по желаемой яркости свечения.

Красным светодиодам для включения надо маленькое напряжение (начиная с 1,5 В), так что они могут светиться даже тогда, когда TL431 , по идее, открыта и шунтирует их. Решение — последовательно поставить второй светодиод или диод 1N4007. Или использовать светодиоды с более высоким напряжением включения — зеленые, синие, белые.

Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) всё чаще приходят литиевые аккумуляторы.
При сравнимом весе одного элемента, литий имеет большую ёмкость, кроме того, напряжение элемента у них в три раза выше - 3,6 V на элемент, вместо 1,2 V.
Стоимость литиевых аккумуляторов стала приближаться к обычным щелочным батареям, вес и размер намного меньше, да к тому же их можно и нужно заряжать. Производитель говорит, 300-600 циклов выдерживают.
Размеры есть разные и подобрать нужный не составляет труда.
Саморазряд настолько низкий, что лежат годами и остаются заряженными, т.е. устройство остается рабочим когда оно нужно.

«С» значит Capacity

А можно сделать самому простое или не очень простое зарядное устройство, в зависимости от вашего опыта и возможностей.

Схема простого зарядного устройства на LM317

Рис. 5.

Необходимый ток зарядки для конкретного литий-ионного (Li-Ion) и литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора выбирается путём изменения сопротивления Rx.
Сопротивление Rx приблизительно соответствует следующему отношению: 0,95/Imax.
Указанное на схеме значение резистора Rx соответствует току в 200 мА, это примерное значение, зависит так же от транзистора.

Надо снабдить радиатором в зависимости от тока заряда и входного напряжения.
Входное напряжение должно быть выше напряжения аккумулятора минимум на 3 Вольта для нормальной работы стабилизатора, что для одной банки составляет?7-9 V.

Схема простого зарядного устройства на LTC4054

Рис. 6.

Рис. 7. У этого мелкого 5-ногого чипа маркировка «LTH7» или «LTADY»

Вдаваться в мельчайшие подробности работы с микросхемой я не буду, всё есть в даташите. Опишу только самые необходимые особенности.
Ток заряда до 800 мА.
Оптимальное напряжение питания от 4,3 до 6 Вольт.
Индикация заряда.
Защита от КЗ на выходе.
Защита от перегрева (снижение тока заряда при температуре больше 120°).
Не заряжает аккумулятор при напряжении на нём ниже 2,9 V.

Ток заряда задается резистором между пятым выводом микросхемы и землей по формуле

I=1000/R,
где I - ток заряда в Амперах, R - сопротивление резистора в Омах.

Индикатор разрядки литиевого аккумулятора

Рис. 8.

Нюанс долговечности

Эксплуатация и меры предосторожности

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, остальных - к полной или частичной потере ёмкости.

Из практики многолетнего использования могу сказать, что ёмкость аккумуляторов изменяется мало, но увеличивается внутреннее сопротивление и аккумулятор начинает работать меньше по времени при больших токах потребления - создаётся впечатление, что ёмкость упала.
По этому я обычно ставлю ёмкость побольше, какую позволяют габариты устройства, и даже старые банки, которым лет по десять, работают вполне прилично.

Для не очень больших токов подходят старые аккумуляторы от сотовых.

Где я применяю литиевые батареи

Маленькие батареи ставлю в детские игрушки, часы и т.д., где с завода стояли 2-3 «таблеточных» элемента. Там где нужно ровно 3V добавляю один диод последовательно и получается как раз.

Ставлю в светодиодные фонарики.

В тестер вместо дорогой и малоёмкой «Кроны 9V» установил 2 банки и забыл все проблемы и лишние затраты.

Вообще ставлю везде, где получается, вместо батареек.

Где я покупаю литий и полезности по теме

На счёт ёмкости китайцы обычно врут и она меньше написанной.

Честные Sanyo 18650

Индикатор заряда аккумулятора – нужная штука в хозяйстве любого автомобилиста. Актуальность такого устройства возрастает многократно, когда холодным зимним утром автомобиль, почему-то, отказывается заводиться. В этой ситуации стоит определиться, то ли звонить другу, что бы тот приехал и помог завестись от своей батареи, либо аккумулятор приказал долго жить, разрядившись ниже критического уровня.

Зачем следить за состоянием 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.

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.

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:

• аналоговые;
• цифровые.

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

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.