Меню

Светодиодная индикация напряжения зарядного устройства

Индикатор заряда аккумулятора

Электрические аккумуляторы повсеместно применяются в нашей жизни. Они используются как первичные электрохимические источники электропитания для переносных или передвижных электроприборов. К примеру, для телефонов, ноутбуков, автомобилей, шуруповёртов, квадрокоптеров, игрушек.

Индикатор заряда аккумулятора

Аккумулятор представляет собой сложную конструкцию. Он при зарядке накапливает в себе электроэнергию за счёт физико-химических процессов (электролиза), при подключении нагрузки отдаёт энергию, то есть происходит разряд (разряжается).

При правильном обслуживании необходимо постоянно следить за основным параметром – уровнем зарядки. В этом владельцу поможет индикатор заряда аккумулятора. Он вовремя подскажет, какой параметр вышел из нормы (плотность, уровень электролита), и требуется ли вмешательство.

Применяются разнообразные индикаторы. По назначению они равные, по функциональным элементам – многообразные: от электромеханических до интеллектуальных.

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.

Разновидности индикаторов заряда аккумулятора

Разделяют индикаторы по методу подключения и индикации сигнала. Зарядка – это сложный процесс, поэтому в основном индикаторы информируют только об окончании зарядки в аналоговом или цифровом виде.

Для каждого типа аккумулятора необходимы адекватные схемы и конструкции зарядки, электроизмерительные или электронные. Так, для телефонов и ноутбуков используются импульсные зарядки, которые должны обладать интеллектом, в них используют микропроцессоры. Электронный контроллер ШИМ Weswen применяется для зарядки аккумуляторных батарей для независимого электроснабжения домов.

Одним из простых является встроенный индикатор заряда батареи, который выполнен в виде глазка. Устанавливается в одну из банок автомобильного аккумулятора. Разновидность работы индикатора с двумя шариками показана на рис. ниже.

Встроенный индикатор зарядки аккумулятора

Индикатор представляет собой пластмассовый цилиндр с плавающими шариками зелёного и красного цветов. В работе индикатора используется принцип ареометра. Красный шарик реагирует только на уровень электролита, зелёный – на уровень и плотность электролита. Есть варианты и с одним зелёным шариком.

Используются ещё и электроизмерительные индикаторы в виде стрелочных вольтметров. Один из них показан на рис. ниже. Подключается параллельно, в цепи аккумулятора.

Электроизмерительный индикатор напряжения на батареи

Устанавливается как на приборной панели, так и в удобном месте. При нормальном напряжении на аккумуляторе стрелка должна находиться в пределах последнего зелёного сектора. Если стрелка показывает ниже 75%, то требуется подзарядка. Нахождение стрелки в начале шкалы (красный сектор) говорит о том, что аккумулятор неисправен.

Читайте также:  Распределение контактных напряжений при прокатке с постоянными силами трения

Опытные владельцы аккумуляторов могут использовать простые готовые цифровые индикаторы. Один из таких изображён на рис. ниже

Цифровой вольтметр

Он просто показывает напряжение в данное время. Владельцу самому решать, что делать. При диагностике аккумулятора можно использовать стрелочный или цифровой тестер.

Радиолюбители могут использовать индикацию, сделанную своими руками. В основном изготавливают схемы разнообразных индикаторов для контроля заряда аккумулятора на световых индикаторах, двух или больше. Схемное решение устройств индикации зависит от сложности зарядки.

Важно! Чем проще зарядка, тем сложнее должна быть схема индикации.

На рис. ниже изображена схема проверки степени зарядки на 5 индикаторах.

Схема контроля напряжения на светодиодах

На рисунке изображена одна из возможных эл.схем, собранная на компараторе Lm339 с термокомпенсацией. HL1 будет гореть при недозаряженном или плохом аккумуляторе. HL2 – это недозаряд, значит, требуется зарядка. HL3 – напряжение в норме. HL4 – небольшой перезаряд. HL5 – недопустимый перезаряд. Остановить зарядку необходимо при загорании HL4.

Нужно отметить! Во время работы будет гореть только один световой индикатор. Таких вспомогательных плат можно разработать столько, на сколько хватит знаний и необходимости.

В современных гаджетах, использующих питание от аккумуляторных батарей, зарядки делают более сложными, чтобы создать оптимальные условия работы батареи. Например, в зарядках для шуруповёртов используются импульсные блоки с применением запрограммированных контроллеров. В таких автоматических зарядках два состояния индикации: разряжен и заряжен. Для удобства в качестве световых индикаторов применяются и жидкокристаллические индикаторы.

В нынешних авто за состоянием аккумулятора следят главный модуль, модуль управления двигателем и датчик, который следит за параметрами батареи. Электронная система автомобиля сама следит за правильной эксплуатацией аккумулятора. Водителю остаётся только наблюдать за информацией на экране дисплея.

Развивается использование батарей при автономном электроснабжении домов. Ветрогенераторы и солнечные панели объединяются в общую электросеть, и аккумуляторы управляются с помощью ШИМ контроллера, например, от компании WESWEN.

Необходимо постоянно следить за работоспособностью аккумуляторных батарей. Для этого предназначены указатели заряда. Простые устройства – просто следят, а контроллеры контролируют и управляют подзарядкой аккумулятора.

Видео

Источник

Простой индикатор заряда батареи на двухцветном светодиоде

В статье предлагаются два варианта индикатора, цвет свечения которого, по мере разряда батареи, изменяется от зеленого до красного. Существует огромное количество схем, предназначенных для выполнения таких функций, но все из них, на мой взгляд, слишком сложны и дороги. Для моего индикатора требуется всего пять компонентов, один из которых – двухцветный светодиод.

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 + VZ. (Здесь VZ – напряжение на стабилитроне, в нашем случае равное примерно 7.2 В).

Рисунок 2. Схема на основе стабилитрона.

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 VZ 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.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник



2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

LED индикатор заряда Li-Ion аккумуляторов (обзор и схема)

Приветствуем всех радиомастеров. В этой статье представлен обзор простого индикатора заряда литий-ионных элементов, купленного на Али всего за 40 рублей.

Читайте также:  Как усилить напряжение до 12 вольт

LED индикатор заряда Li-Ion аккумуляторов (обзор и схема)

Как видите, цена более чем доступная, так что есть ли смысл паять его самому? Размеры индикаторного модуля: длина 44 мм, ширина 9 мм, высота 5 мм.

LED индикатор заряда Li-Ion аккумуляторов (обзор и схема)

Согласно описанию от производителя, служит плата для отображения количества энергии в батарее. Кратковременно нажать выключатель и смотреть показания, схема далее автоматически выключается через 3 секунды. Необходимо при этом только подключить устройство к батарее — положительный и отрицательный провода. Может выполнять в зависимости от версии индикацию состояния 1S, 2S, 3S и 4S банок.

  • 1S индикация: 25% Первый светодиод включен (напряжение: 3,4 В); 50% второй включен (напряжение: 3,6 В); 75% третий включен (напряжение: 3,8 В); 100% четвертый включен (напряжение: 4 В).
  • 2S индикация: 25% Первый светодиод включен (напряжение: 6,6 В); 50% второй включен (напряжение: 7 В); 75% третий включен (напряжение: 7,5 В); 100% четвертый включен (напряжение: 8 В).
  • 3S индикация: 25% Первый светодиод включен (напряжение: 10,4 В); 50% второй включен (напряжение: 11 В); 75% третий включен (напряжение: 11,5 В); 100% четвертый включен (напряжение: 12,4 В).
  • 4S индикация: 25% Первый светодиод включен (напряжение: 13,8 В); 50% второй включен (напряжение: 14,5 В); 75% третий включен (напряжение: 15 В); 100% четвертый светильник включен (напряжение: 16,2 В).

Основой схемы является чип U1 в корпусе SO14, к сожалению, производитель стёр обозначение. Тем не менее, анализ предполагает ОУ LM324, или некоторый клон от этой микросхемы (четырехэлементный операционный усилитель). Рядом с ним находится источник опорного напряжения обозначенный U2, то есть TL431 в корпусе SOT23. Ещё рядом с контактами питания есть Q, полевой транзистор P-Mosfet с обозначением AFZV в корпусе SOT23. После долгих поисков выяснилось, что это транзистор AO3415.

LED индикатор заряда Li-Ion аккумуляторов (обзор и схема)

На плате есть свободные места для пайки типичных 3-мм светодиодов. Однако это должны быть суперяркие версии, поскольку резисторы, ограничивающие ток диода, имеют сопротивление 3,3 кОм, и для стандартных светодиодов ток может быть слишком низким. Далее похожая схема (функциональный аналог).

LED индикатор заряда Li-Ion аккумуляторов (обзор и схема)

Микровыключатель активирует индикатор на несколько секунд, позволяя взглянуть на линейку светодиодов и оценить уровень энергии в батарее. Это было сделано простым способом: резистор 2 МОм и конденсатор подключены между затвором и истоком, нажатие кнопки поляризует затвор и заряд конденсатора. Конденсатор медленно разряжается через параллельный резистор, и схема выключается после того, как напряжение падает ниже порога открытия транзистора.

Потребляемая мощность индикатора в состоянии ожидания практически нулевая, не получается её измерить даже самым чувствительным пределом мультиметра. При всех включенных светодиодах потребление составляет около 5 мА (большую часть тянет LM324 и TL431).

Пороги включения для отдельных светодиодов следующие (согласно реальным испытаниям):

LED индикатор заряда Li-Ion аккумуляторов (обзор и схема)

Vbat> 3,4 В — 25%

LED индикатор заряда Li-Ion аккумуляторов (обзор и схема)

3,65 В 4,0 В — 100%

Ниже 3,4 В нет вообще световой реакции на нажатие кнопки.

LED индикатор заряда Li-Ion аккумуляторов (обзор и схема)

Вторую плату решено было использовать при сборке паяльной станции. Спереди не было места для вольтметра. Пришлось также для поднятия порога по напряжению добавить резистор 2 кОм последовательно со схемой.

Источник