Индикатор уровня заряда батареи для 12 вольт. Делаем своими руками индикатор заряда аккумулятора (контроллер) — схема и компоненты
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.
| Рисунок 1. | Базовая схема монитора напряжения батареи. |
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.
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.
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.
| 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 |
| 1110 | 11,7 | 8,4 | 0,0 | -7 |
| 1130 | 11,8 | 8,7 | 10,0 | -9 |
| 1140 | 11,9 | 8,8 | 20,0 | -11 |
| 1150 | 11,9 | 9,0 | 25,0 | -13 |
| 1160 | 12,0 | 9,1 | 30,0 | -14 |
| 1180 | 12,1 | 9,5 | 45,0 | -18 |
| 1190 | 12,2 | 9,6 | 50,0 | -24 |
| 1210 | 12,3 | 9,9 | 60,0 | -32 |
| 1220 | 12,4 | 10,1 | 70,0 | -37 |
| 1230 | 12,4 | 10,2 | 75,0 | -42 |
| 1240 | 12,5 | 10,3 | 80,0 | -46 |
| 1270 | 12,7 | 10,8 | 100,0 | -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.
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.
Принципиальная схема индикатора 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.
Длительная эксплуатация аккумуляторной батареи автомобиля достигается её поддержанием в заряженном состоянии. При этом вредны как перезаряд, так и переразряд аккумулятора.
Автолюбителям, особенно весьма далеким от техники, удобна простая оценка уровня заряда аккумулятора по принципу: «пониженный», «норма», «повышенный».
Если для наглядности использовать светодиоды разных цветов, оценить ситуацию можно, бросив взгляд на устройство.
Конструкция выполнена на элементах для поверхностного монтажа, отличается простотой, малым током потребления, достаточной точностью определения технического состояния аккумуляторной батареи и удобством считывания результатов.
Проект является продолжением SMD практикума:
Принципиальная схема индикатора напряжения аккумулятора
показана на рис. 1, за основу взята схема из .
Рис. 1. Схема индикатора автомобилиста
Устройство состоит из делителя напряжения R1 – R5, четырех компараторов, в качестве которых используется счетверенный операционный усилитель DA1, источника опорного напряжения DA2, представляющего собой стабилизатор с фиксированным выходным напряжением Uоп=5 В и пятиуровневого индикатора напряжения на разноцветных светодиодах HL1 – HL5.
Делитель напряжения R1 – R5 обеспечивает требуемые пороги срабатывания компараторов, выбранные следующим образом:
- более 14,8 В
– недопустимо большое напряжение (перезаряд аккумулятора), которое опасно выкипанием электролита;
- 12,5…14,8 В
– нормально заряженная батарея;
- 11,8…12,5 В
– остаток заряда позволяет эксплуатировать аккумулятор (продлить дальнейший разряд);
- 10,8…11,8 В
– необходимо срочно подзарядить аккумулятор во избежание сульфатации;
- менее 10,8 В
– «мы теряем его». Требуется провести восстановление аккумулятора и решить вопрос его дальнейшей эксплуатации.
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.
Рис. 2. Передняя панель индикатора
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.
Рис. 3. Еще один вариант передней панели индикатора
Резисторы делителя R1 – R5 могут быть пересчитаны для контроля аккумуляторной батареи на работающем двигателе автомобиля (рис. 4).
Рис. 4. Уровни порогов срабатывания индикатора для контроля аккумуляторной батареи на работающем двигателе
В таблице приведены параметры резисторов делителя R1 – R5 для реализации трех указанных выше применений индикатора.
Резистором R7 устанавливается точное значение опорного напряжение Uоп=5 В, вызванное разбросом выходных напряжение интегрального стабилизатора DA2 в бОльшую сторону.
При эксплуатации пробника нельзя сбрасывать со счетов закон Мерфи, который подсказывает, что все, что можно перепутать, будет перепутано. Все, что нельзя перепутать, тоже будет перепутано.
Для защиты от неверного подключения индикатора к аккумулятору установлены диоды VD1 и VD2.
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.
Детали индикатора
Все резисторы SMD удобного для монтажа типоразмера 1206. Резисторы делителя R1 – R5 имеют точность 1%, остальные - 5%.Конденсаторы С1, С3 танталовые типоразмера В на напряжение 25 В, С2 – керамический.
Светодиод HL1 – красный мигающий, HL2 – HL5 практически любые требуемых цветов свечения.
Я применил обычные светодиоды, но печатная плата позволяет установить и элементы для поверхностного монтажа.
Список деталей:
DA1 – Микросхема операционного усилителя LM324DR, корпус SO-14 – 1 шт.,
DA2 – Микросхема стабилизатора +5 В 78L05ABDR2, корпус SO8-150-1.27 – 1 шт.,
VD1, VD2 – Диод 1N4148W, корпус SOD-123 – 2 шт.,
HL1 – Светодиод LED DFL-3014SRC-B, кр. миг. d=3 мм – 1 шт.,
HL2 – Светодиод КИПД66Ж-Р, оранж. d=3 мм – 1 шт.,
HL3 – Светодиод КИПД66А-Ж; желт. d=3 мм – 1 шт.,
HL4 – Светодиод LED BL-BG3331K, зел. d=3 мм – 1 шт.,
HL5 – Светодиод 354ED кр. d=3 мм – 1 шт.,
R1 – Чип резистор F1206-16 кОм– 1 шт.,
R2 – Чип резистор F1206-1,2 кОм – 1 шт.,
R3 – Чип резистор F1206-750 Ом – 1 шт.,
R4 – Чип резистор F1206-1,8 кОм – 1 шт.,
R5, R6 – Чип резистор F1206-10 кОм – 2 шт.,
R7 – Чип резистор J1206-470 Ом (подбирается при налаживании) – 1 шт.,
R8 – R12 – Чип резистор J1206-1,5 кОм – 5 шт.,
C1, C2 – Конденсатор 4,7/25V танталовый B – 2 шт.,
C3 – Конденсатор 1206 0,1µF-Y5V 80-20% ЧИП – 1 шт.,
Печатная плата 38×30 мм.
Сборка индикатора
Печатная плата с размещением элементов показана на рис. 5.
Рис. 5. Вид печатных дорожек и размещение элементов на печатной плате
Вначале монтируют все элементы, за исключением резистора R7, подбираемого при налаживании. Все элементы, кроме двух перемычек, устанавливают со стороны печатных дорожек.
Налаживание индикатора напряжений
Для налаживания понадобится регулируемый источник питания.Целесообразно на время налаживания, на место резистора R7 включить реостатом переменный резистор 1 кОм.
С помощью регулируемого источника питания устанавливается напряжение 14,8 В, и вращением ручки переменного резистора добиваются начала зажигания светодиода HL5.
Измеряют сопротивление рабочей части резистора и устанавливают на место R7 резистор ближайшего номинала.
Далее проверяют другие пороги срабатывания индикатора и убеждаются в их соответствии выбранным.
При допуске резисторов R1 – R5 в 1% уточнения сопротивлений делителя обычно не требуется.
Итоги
Предлагаемый SMD практикум позволяет получить опыт в создании надежной и полезной конструкции.Контроль за состоянием аккумулятора автомобиля рекомендуется осуществлять минимум два раза в год (весной и осенью). Своевременное приведение аккумулятора в рабочее состояние продлевает срок его эксплуатации.
Внешний вид собранного индикатора уровня заряда аккумулятора приведен во вводной части статьи.
Файлы
Схему, печатную плату и файл с расчетом делителя можно взять тут:▼ 🕗 19/01/16 ⚖️ 38,23 Kb ⇣ 68
Поддержание работоспособности аккумуляторной батареи автомобиля – важная составляющая обеспечения бесперебойности работы всей электроники. Батарея обеспечивает не только старт двигателя, но и выполняет ряд других функций: стабилизирует напряжение в сети авто, поддерживает работоспособность электрооборудования при заглушенном двигателе, обеспечивает сохранность настроек бортового компьютера, мультимедиа системы, часов, климатической системы и прочих высокотехнологичных приспособлений.
Очевидно, что для выполнения всех задач требуется поддержание заряда аккумулятора и своевременная его подзарядка до его окончания. Постоянно контролировать параметр помогают разнообразные индикаторы.
Встроенный индикатор
Современные батареи, в которых используется жидкий электролит, как правило, оснащаются встроенным поплавковым индикатором заряда аккумулятора. Он способен относительно точно указывать на уровень электролита и степень зарядки батареи.
При зарядке источника питания плотность электролита в нем растет, поплавок (как правило, зеленого цвета) поднимается над уровнем жидкости и виден в окошко (заряд более 65%). Если же он тонет в жидкости, то уровень заряда недостаточен и плотность поплавка меньше, чем аналогичный показатель жидкой смеси. Третий же вариант – уменьшение количества электролита в батарее. При этом индикатор (поплавок) вовсе не виден в окошке, как и жидкость, зато просматривается черная трубка. Так, в зависимости от цвета индикатора (зеленый, черный или желтый/бесцветный) можно достаточно достоверно определить степень заряда и количество жидкого электролита.
Такой встроенный индикатор аккумулятора не обладает высокой точностью, однако, удобен и помогает определить важные моменты работоспособности источника питания. Уточнить же их можно при видимой необходимости при помощи специальных приспособлений. Кстати, перед тем как рассматривать встроенный индикатор рекомендуется слегка постучать по нему. Так, при движении автомобиля в трубке с поплавком могут образовываться пузырьки, способные поддерживать поплавок на поверхности, а постукиванием воздушные шарики поднимаются вверх и не мешают увидеть реальный показатель.
Салонный индикатор
Современные автомобили содержат огромное количество электроприборов, которые подключены в сеть машины. Аккумулятор не только обеспечивает их работоспособность пока двигатель заглушен, но и поддерживает все настройки и установки приборов. Очевидно, что такая нагрузка на батарею постепенно «съедает» степень ее заряда. Парадоксально при этом, что многие модели авто не оборудованы элементарным индикатором уровня зарядки аккумулятора в салоне. Поэтому проверять его необходимо вручную, что не очень удобно, особенно зимой.
Решить проблему некоторым образом поможет простой индикатор, который можно просто собрать своими руками. Еще одним безусловным достоинством такой конструкции выступает его незначительная цена. В сравнении же с дешевыми китайскими экземплярами, качество сборки будет зависеть только от умения и аккуратности мастера. В общем, если у вас есть минимальные базовые навыки, то собрать отличный индикатор для проверки заряда аккумулятора своими руками не составит труда.
Схема приспособления достаточно проста.
Уровень зарядка аккумулятора будут показывать цветные светодиоды. Можно подобрать любые сочетания цветов. На представленной схеме диоды соответствуют такому заряду:
- зеленый – 13 В и выше;
- синий – 11–13 В;
- красный – 6–11 В.
Чтобы собрать индикатор, понадобятся следующие элементы:
- Резисторы (2 шт. 1КОм, 3 – 220 ОМ, 1 – 2Ком);
- Транзисторы (ВС547 и ВС557);
- Три RGB светодиода разных цветов;
- Два стабилитрона (на 9,1 и 10 v).
Примерив все элементы к плате, нужно вырезать соответствующий фрагмент. Светодиоды лучше выводить на проводах, а не припаивать непосредственно к плате, чтобы затем можно было удобно их установить под приборной панелью. Очевидно, лучше сразу предусмотреть место в салоне автомобиля для него и исходить из этого местоположения для определения длины проводов, чем после окончания сборки.
Представленная схема, позволяющая собрать светодиодный индикатор аккумулятора своими руками, избавит от необходимости вручную проверять и контролировать состояние источника питания. Достоверные и точные показания будут выводиться прямо в выбранное место на панели и информировать автовладельца о необходимости подзарядить батарею.
