Двухцветный диодный индикатор заряда li ion аккумулятора. Делаем своими руками индикатор заряда аккумулятора (контроллер) — схема и компоненты

Успешный пуск автомобильного двигателя во многом зависит от состояния заряда аккумулятора. Регулярно проверять напряжение на клеммах с помощью мультиметра – неудобно. Гораздо практичнее воспользоваться цифровым или аналоговым индикатором, расположенным рядом с приборной панелью. Простейший индикатор заряда аккумулятора можно сделать своими руками, в котором пять светодиодов помогают отслеживать постепенный разряд либо заряд батареи.

Принципиальная схема

Рассматриваемая принципиальная схема индикатора уровня заряда представляет собой простейшее устройство, отображающее уровень заряда аккумулятора (АКБ) на 12 вольт. Её ключевым элементом является микросхема LM339, в корпусе которой собрано 4 однотипных операционных усилителя (компаратора). Общий вид LM339 и назначение выводов показан на рисунке. Прямые и инверсные входы компараторов подключены через резистивные делители. В качестве нагрузки используются индикаторные светодиоды 5 мм.

Диод VD1 служит защитой микросхемы от случайной смены полярности. Стабилитрон VD2 задаёт опорное напряжение, которое является эталоном для будущих измерений. Резисторы R1-R4 ограничивают ток через светодиоды.

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:
U OP1+ = U СТ VD2 – U R8 ,
U СТ VD2 =U R8 + U R9 + U R10 + U R11 + U R12 = I*(R8+R9+R10+R11+R12)
I= U СТ VD2 /(R8+R9+R10+R11+R12) = 6,2/(5100+1000+1000+1000+10000) = 0,34 мА,
U R8 = I*R8=0,34 мА*5,1 кОм=1,7 В
U OP1+ = 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: U OP1- = I*R5 = U БАТ – I*R6.

Печатная плата и детали сборки

Печатная плата изготавливается из одностороннего фольгированного текстолита размером 40 на 37 мм, которую можно скачать . Она предназначена для монтажа DIP элементов следующего типа:

• резисторы МЛТ-0,125 Вт с точностью не менее 5% (ряд Е24)
  R1, R2, R3, R4, R7, R9, R10, R11– 1 кОм,
  R5, R8 – 5,1 кОм,
  R6, R12 – 10 кОм;
• диод VD1 любой маломощный с обратным напряжением не ниже 30 В, например, 1N4148;
• стабилитрон VD2 маломощный с напряжением стабилизации 6,2 В. Например, КС162А, BZX55C6V2;
• светодиоды LED1-LED5 – индикаторные типа

Самое удивительное то, что схема индикатора уровня заряда аккумуляторной батареи не содержит ни транзисторов, ни микросхем, ни стабилитронов. Только светодиоды и резисторы, включенные таким образом, что обеспечивается индикация уровня подведенного напряжения.

Схема индикатора

Работа устройства основывается на начальном напряжении включения светодиода. Любой светодиод - это полупроводниковый прибор, который имеет граничную точку напряжения, только превысив которую он начинает работать (светить). В отличии от лампы накаливания, которая имеет почти линейные вольтамперные характеристики, светодиоду очень близка характеристика стабилитрона, с резкой крутизной тока при увеличении напряжения.
Если включить светодиоды в цепь последовательно с резисторами, то каждый светодиод начнет включаться только после того, как напряжение превысит сумму светодиодов в цепи для каждого отрезка цепи в отдельности.
Порог напряжения открытия или начала загорания светодиода может колебаться от 1,8 В до 2,6 В. Все зависит от конкретной марки.
В итоге, каждый светодиод загорается только после того, как загорелся предыдущий.

Схему я собрал на универсальной монтажной плате, спаяв вывода элементов между собой. Для лучшего восприятия я взял светодиоды разных цветов.
Такой индикатор можно сделать не только на шесть светодиодов, а к примеру, на четыре.
Использовать индикатор можно не только для аккумулятора, но для создания индикации уровня на музыкальных колонках. Подключив устройство к выходу усилителя мощности, параллельно колонке. Тем самым можно отслеживать критические уровни для акустической системы.
Возможно найти и другие применения этой, по истине, очень простой схемы.

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.

В современной практике еще встречаются автомобили, на которых нет ни бортового компьютера, ни табло с индикатором заряда аккумуляторной батареи. Передвижение без индикатора чревато полной остановкой двигателя и невозможностью в дальнейшем запустить его.

Индикатор заряда аккумулятора выполняет две функции: показывает зарядку тока аккумулятора от генератора и информативно величину заряда АКБ. Существует несколько способов устранить эту недоработку у автомобиля. Один из них самый простой, сделать своими руками устройство показывающее зарядку батареи.

В доступных источниках есть много предложений изготовления цифровой цепи тока такого устройства. Оно имеет достаточно простой вид. Для этого нужны навыки по пайке радиодеталей и желание собрать устройство своими руками. Выбрать светодиод, стабилитрон, макетную плату и резисторы. Схема индикатора заряда АКБ приведена на рисунке ниже.

Принцип работы

Светодиодный индикатор благодаря наличию трех цветов светодиодов может показывать различные фазы зарядки тока. Начало зарядки. Рабочую середину. Предупреждение окончания процесса. Это схема дает нам возможность контролировать весь рабочий цикл батареи.

Спаять детали своими руками несложно, но для начала сделай проверку тестером. Если все детали исправны можно сделать сборку по схеме. Прозванием тестером светодиодный выход. Определяем выход низкого напряжения тока от шести до одиннадцати вольт.

Это светодиод красного цвета. От одиннадцати до тринадцати вольт – желтый. Более тринадцати — будет светодиод зеленого цвета. Схема имеет простой набор деталей и работает надежно.

Интересно! АКБ выдает на светодиод определенное напряжение тока. Он загорается. Так мы определяем начало и окончания заряда АКБ.

Если у вас нет каких, либо комплектующих, то нужно посмотреть в интернете аналогичные схемы и своими руками доработать устройство. Схема будет также показывать надежно индикацию заряда тока батареи.

Для автомобиля важно, чтобы схема работала не постоянно, а только когда водитель находился за рулем. Рекомендуется после окончания работы своими руками полученное устройство смонтировать под рулевым колесом и соединить с замком зажигания. В этом случае индикатор будет работать только при включенном зажигании автомобиля.

Мы видим, что после окончания работ, своими руками можно создать удобный и необходимый для надежной эксплуатации автомобиля индикатор заряда батареи. Себестоимость такого изделия будет не высокой.

Важно! Надежность индикатора и удобность его размещения позволяет эффективно устранить не доработку конструкторов – производителей автомобилей.

С одной стороны любое устройство, будь то транспортное средство или простая кухонная утварь, кажется совершенной и доработанной с технической точки зрения. Не требующей вмешательства человеческой мысли и грамотных рук.

С другой, всегда найдутся грамотные «Кулибины», для которых это устройство кажется не совершенным и требует усовершенствования и технической доработки.

На этом и строится прогрессивный технический прогресс. Вроде простая, но при этом жизненно необходимая наглядная индикация процесса зарядки аккумуляторной батареи автомобиля, не спроектированная конструкторами нашла свою простую разработку простыми почитателями мира науки и техники.

Светодиодный индикатор уровня заряда обычной или аккумуляторной батареи, где все пороги устанавливаются с помощью потенциометров, можно собрать по приведённой в данном материале схеме. Огромным плюсом является то, что он работает с батареями от 3 до 28 В.

Схема индикатора разряда аккумулятора

Сами светоизлучающие диодные индикаторы бывают различных типов и цветов, рекомендуемые показаны на самой схеме. Из-за различий в прямом падении напряжения, токоограничивающие резисторы должны быть скорректированы для достижения наилучшей производительности и однородности свечения. По схеме R18-R22 предлагаются одинакового сопротивления - обратите внимание, что эти резисторы в итоге не должны быть равны. Однако, если все они одного цвета, одного номинала резистора будет достаточно.

Цвет светодиода - уровень заряда

• Красный : от 0 до 25%
• Оранжевый : 25 - 50%
• Желтый : 50 - 75%
• Зеленый : 75 - 100%
• Синий : >100% напряжения

Здесь LM317 работает как простой источник опорного напряжения 1.25 В. Минимальное входное напряжение должно превышать выходное напряжение на значение в пару вольт. Минимальное входное напряжение = 1,25 В + 1,75 В = 3 В. Хотя LM317 имеет минимальную нагрузку по даташиту 5 мА, не обнаружен ни один экземпляр, который не функционировал бы при 3,8 мА. Именно резистор R5 (330 Ом) обеспечивает минимальную нагрузку.

При испытаниях оценивался уровень заряда 4,5 В батареи, именно для неё и приводятся напряжения на схеме. Настройка происходит так: сначала должны быть определены напряжения срабатывания каждого компаратора в соответствии с уровнем разряда батареи, потом напряжение должно быть разделено по коэффициенту деления делителя напряжения. Так, для 4,5 В АКБ, оно выглядит следующим образом:

Пороговое значение напряжений

• 4.8V 1.12V
• 4.5V 1.05V
• 4,2 0.98V
• 3.9V 0.91V

Работа индикатора состояния АКБ

Микросхема LM317 U3 - это 1.25 вольтовый источник опорного напряжения. Резисторы R5 и R6 образуют делитель напряжения, что снижает напряжение батареи до уровня, который находится недалеко от значения опорного напряжения. Элемент U2A является усилителем, так что независимо от того, сколько ток потребления этого узла, напряжение остается стабильным. Резисторы R8 - R11 обеспечивают высокое сопротивление на входы компаратора. U1 состоит из четырёх компараторов, которые сравнивают опорное напряжение потенциометров с напряжением батареи. ОУ LM358 U2B - тоже работает как своеобразный компаратор, который контролирует светодиод низшего порядка.

На граничных значениях напряжения светодиоды могут светить не чётко, как правило происходит мерцание между двумя соседними светодиодами. Чтобы предотвратить это, небольшое количество напряжения положительной обратной связи добавляется через R14 - R17.

Тестирование индикатора

Если тестирование проводится непосредственно с аккумулятора, обратите внимание, что защита от обратной полярности не предусмотрена. Лучше изначально цепи питания подключать через резистор 100 Ом, чтобы ограничить возможные неисправности. А после определения того, что полярность правильная, этот резистор может быть удален.

Упрощённая версия индикатора

Для тех, кто хочет собрать устройство попроще, микросхема U2, все диоды и некоторые резисторы могут быть устранены. Советуем начать с этой версии, а затем, убедившись в нормальной работе, собирать полную версию индикатора разряда аккумулятора. Всем удачи в запуске!