Самодельный индикатор разряда LiPo. Индикатор разряда схема Индикатор заряда и разряда батареи своими руками

Думаю эта тема будет актуальна тем, у кого в пользовании более двух автомобилей. Как правило, один эксплуатируется зимой, другой — летом. То есть один из них сезон в году стоит в гараже или на стоянке. А пока он стоит там, мы не знаем, как себя чувствует его аккумулятор. Нет, конечно можно "щупать" его периодически вольтметром или купить готовый индикатор, коих много на том же Али-экспресс (например вставляющийся в прикуриватель). Но мне захотелось сделать свой индикатор, который бы показывал промежуточные значения остаточного заряда АКБ. Ну, например, — более 75%, 75%, 50% и 25% заряда. Причем хотелось бы так лениво радеть за здоровьем АКБ, чтобы лишний раз не лезть под капот авто и не распаковывать без надобности зарядное устройство.

Долго искал приемлемые схемы в инете. Собрал некоторые. Но все не то. То гистерезис срабатывания индикации такой, что лучше бы ее и не было, этой индикации, проще и надежнее тестером померить. То установки плавают и нет стабильности, то вообще яркость светодиода плавно изменяется в зависимости от напряжения на АКБ и поди узнай, что там на ней есть. И вот нашел одну схему на каком-то португальском сайте. Проста до неприличия и вроде должна работать. Построена она на операционном усилителе UA741. Вот она:

В ней я поменял только номинал стабилитрона с 6,2 в на 7,5 в. Срабатывания четкие. Светодиод загорается на нужной установке (регулируется подстроечным резистором R2). R2 лучше применять многооборотный, так как выставить им нужное напряжение не просто. Чувствительность в зоне срабатывания очень нежная и почти незримый поворот винта регулировки уносит нужное напряжение в сторону.

Настраивать необходимо, используя точный регулируемый лабораторный источник питания с цифровым вольтметром, показывающим десятые (а лучше сотые, я параллельно включал цифровой тестер) доли вольт. Поскольку я возжелал видеть степень зарядки АКБ в градациях указанных выше, я собрал схему из трех таких блоков. Вот рисунок печатки:

При полной зарядке батареи напряжение на ней выше 12,7 в, при этом ни один светодиод не горит и все прекрасно (фото 1).

Первый блок зажигает зеленый светодиод при напряжении на клеммах АКБ менее 12,5 в, что соответствует около 75% заряда АКБ (фото 2).

Второй зажигает желтый светодиод при напряжении ниже 12,2 в, что есть около 50% заряда (Фото 3).

Ну а третий, красный, загорается при напряжении ниже 11,7 в или около 25% остаточного заряда АКБ (Фото 4).

Значения установок напряжения я использовал для AGM батарей (у меня на автомобилях такие стоят). Для обычных кислотных их можно изменить на другие. Плату поместил в небольшой (40 мм х 70 мм) корпус. На корпусе разместил дополнительно малогабаритный выключатель в разрыве плюсового провода для удобства, чтобы не скидывать зажимы с клемм АКБ, когда не требуются замеры и чтобы устройство не потребляло при этом хотя и небольшой (около 20 мА, в основном определяется током горящих светодиодов) ток от батареи. К аккумулятору от устройства подключается двойной красно-черный провод с зажимами на концах (Фото 5).

Устройство подключено к клеммам аккумулятора стоящего в гараже автомобиля постоянно. Когда нужно, зайдя в гараж, без лишних "плясок" включаю выключатель на устройстве, наблюдаю, каким цветом горят "лампочки" и вижу здоров ли мой АКБ или его надо "подлечить".

Li-ion очень капризен к переразряду и чтобы не убить аккумулятор, решил сделать самодельный индикатор разряда аккумулятора для шуруповерта. описывал ранее. Светодиод на корпусе акб должен загораться и гореть при падении напряжения ниже заданного уровня.

Для чего нужен индикатор разряда аккумулятора.

Например, вы используете литий-ионые аккумуляторы без платы защиты. Чтобы не перегрузить их случайно можно поставит обычный плавкий предохранитель ампер на 30. Берем автомобильный или делаем самодельный из медной жилы сечением 0.5мм2.

Для того, чтобы не переразрядить АКБ больше нужного предела используем приведенный ниже индикатор разряда, светодиод которого загорится, когда аккумулятор разрядиться до установленного уровня. Балансировку осуществляем при заряде для этого я вывел на корпус разъем.

Также можно настроить схему на промежуточную разрядку например 50% или 75%-типа скоро сядет. Или даже использовать несколько схем настроенных на разные напряжения. Например, три. Один загорается при 75%, второй при 50%, а третий при 25% от заряда.

Схема самодельного индикатора.

Итак к схеме (нарыл в интернете). Схема собрана, проверена, заработала сразу.

В схеме используется TL431 .

Очень удобная штука, я вам скажу. Многие схемы с ней сильно упрощаются. Так что можете закупать их сразу пачку, как я.

На ее основе можно так же сделать и балансир для аккумулятора, но об этом в другой раз.

Брал . У них пачка стоит, как у нас одна штука.

Транзистор BC547 очень распространен, стоит копейки и есть в любом магазине радиокомпонентов. Можно купить и у китайцев , но он и так очень дешевый. Если только тоже пачку взять.

Резисторов я уже закупил в свое время разных номиналов. Вот очень дешевый набор резисторов , который еще долго будет вас радовать.

R1*(у меня)=4,6K; R2=1К; R3=11К(подобран под транзистор BC547); R4=1,5К(подбираем под светодиод в зависимости от напряжения питания схемы).

Светодиод берем любой маломощный трех миллиметровый , просто smd не удобно монтировать в корпус.

Расчет резистора R1 под необходимое напряжение срабатывания схемы осуществляется по формуле: R1=R2*(Vo/2,5В - 1) .

Я рассчитывал чтобы индикатор загорался при 14В, то есть при 3,5В на банку (мой АКБ состоит из четырех АКБ номиналом 3.7В). В полностью заряженном состоянии 16.8В (по 4.2В на банку). Возьмем R2 равный 1К. (При настройке на низкие напряжения, например 3.6В, необходимо R2 брать 10К).

Итак рассчитываем на 14В . R2=1КОм=1000 Ом. R1=1000*(14В/2,5В-1)=1000*(5,6-1)=1000*4.6=4600 Ом = 4,6КОм (Для шуруповерта на 14.4В (4 банки по 3,7В), переделанного на литий).

Для 12В (3 банки по 3,7В) шуруповерта при 10,5В R2=1К R1=1000*(10,5/2,5-1)= 3,2КОм .

Для 18В (5 банок по 3,7В) шуруповерта , переделанного на литий: срабатывание при 17,5В R2=1К R1=1000*(17,5/2,5-1)= 6КОм .

Список значений R1 при R2=1КОм для тех кому лень считать:

• 5В – 1К
• 7,2В – 1,88К
• 9В – 2,6К
• 10,5В — 3,2К
• 12В – 3,8К
• 14В — 4,6К
• 15В - 5К
• 17,5В — 6К
• 18В – 6,2К
• 20В – 7к
• 24В – 8,6к

Готовый индикатор разряда аккумулятора шуруповерта.

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!

» поступил комментарий с интересными предложениями по доработке конструкции.

Так как индикатор разряда батареи (п.3 комментария) целесообразно применять на любом автономном электронном устройстве, для исключения неожиданных сбоев или отказа аппаратуры в самый неподходящий момент при разряде батареи, то изготовление индикатора разряда вынесено отдельной статьей.

Применение индикатора разряда особенно важно для большинства литиевых аккумуляторов с номинальным напряжением 3.7 вольта (например, популярные сегодня 18650 и им аналогичные или распространенные плоские Li-ion аккумуляторы от заменяемых на смартфоны телефонов), т.к. они очень «не любят» разряд ниже 3,0 вольт и выходят при этом из строя. Правда, в большинство из них должны быть встроены схемы аварийной защиты от глубокого разряда, но кто знает какой аккумулятор в ваших руках, пока вы его не вскроете (Китай полон загадок).

Но главное, хотелось бы заранее узнать, какой заряд в настоящее время имеется в используемом аккумуляторе. Тогда мы могли бы вовремя подключить зарядку или поставить новый аккумулятор, не дожидаясь грустных последствий. Поэтому нам нужен индикатор, который заранее подаст сигнал о том, что аккумулятор скоро сядет окончательно. Для реализации этой задачи существуют различные схемотехнические решения - от схем на одном транзисторе до навороченных устройств на микроконтроллерах.

В нашем случае, предлагается изготовить простой индикатор разряда литиевых аккумуляторов, который с легкостью собирается своими руками . Индикатор разряда отличается экономичностью и надежностью, компактностью и точностью определения контролируемого напряжения.

Схема индикатора разряда

Схема выполнена с применением, так называемых детекторов напряжения. Их еще называют мониторами напряжения. Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля напряжения. Неоспоримые достоинства схем на мониторах напряжения - чрезвычайно низкое энергопотребление в дежурном режиме, а также ее крайняя простота и точность. Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной и экономичной, выход детектора напряжения нагружаем на мигающий светодиод или "мигалку" на двух биполярных транзисторах.

Применяемый в схеме детектор напряжения (DA1) PS Т529Н соединяет выход (вывод 3) микросхемы с общим проводом, при снижении контролируемого напряжения на батарее до 3,1 вольта, включая этим питание на генератор импульсов высокой скважности. При этом сверхяркий светодиод начинает вспыхивать с периодом: пауза - 15 сек., короткая вспышка - 1 сек. Это позволяет снизить потребляемый ток до 0,15 ma в паузе, и 4,8 ma при вспышке. При напряжении на аккумуляторе более 3,1 вольта, схема индикатора практически отключается и потребляет всего 3 мкa.

Как показала практика, указанного цикла индикации вполне достаточно, чтобы увидеть сигнал. Но при желании можно установить более удобный для вас режим подбором резистора R2 или конденсатора С1. В связи с малым током потребления устройства, отдельный выключатель напряжения питания для индикатора не предусмотрен. Устройство работоспособно при снижении питающего напряжения до 2,8 вольта.

Изготовление зарядного устройства

1. Комплектация.
Приобретаем или подбираем из имеющихся в наличии, комплектующие для сборки в соответствии со схемой.

2. Сборка схемы.
Для проверки работоспособности схемы и ее настройки, собираем индикатор разряда на универсальной монтажной плате. Для удобства наблюдения (большая частота импульсов), на время проверки, заменяем конденсатор С1 на конденсатор меньшей емкости (например 0,47 мкф). Подключаем схему к блоку питания с возможностью плавной регулировки постоянного напряжения в пределах от 2 до 6 вольт.

3. Проверка схемы.
Медленно понижаем напряжение питания индикатора разряда, начиная с 6 вольт. Наблюдаем на дисплее тестера величину напряжения, при которой включится детектор напряжения (DA1) и начнет мигать светодиод. При правильном подборе детектора напряжения, момент переключения должен состояться в районе 3,1 вольта.

4. Готовим плату для монтажа и пайки деталей .
Вырезаем необходимый для монтажа кусочек из универсальной печатной платы, аккуратно обрабатываем края платы напильником, очищаем и лудим контактные дорожки. Размер вырезаемой платы зависит от применяемых деталей и их компоновки при монтаже. Размеры платы на фото 22 х 25 мм.

5. Монтаж отлаженной схемы на рабочую плату
При положительном результате в работе схемы на монтажной плате, переносим детали на рабочую плату, паяем детали, выполняем недостающую разводку соединений тонким монтажным проводом. По окончании сборки проверяем монтаж. Схема может быть собрана любым удобным способом, в том числе и навесным монтажом.

6. Проверка рабочей схемы индикатора разряда
Проверяем работоспособность схемы индикатора разряда и ее настройки, подключив схему к блоку питания, а затем к тестируемому аккумулятору. При напряжении в цепи питания менее 3,1 вольта, индикатор разряда должен включиться.

Вместо применяемого в схеме детектора напряжения (DA1) PS Т529Н на контролируемое напряжение 3,1 вольта, возможно применить аналогичные микросхемы других производителей, например BD4731. Этот детектор имеет открытый коллектор на выходе (о чем свидетельствует дополнительная циферка «1» в обозначении микросхемы), а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.

В схеме также возможно применить детекторы на напряжение 3.08 вольта - TS809CXD, TCM809TENB713, МСР103Т-315Е/ТТ, САТ809ТТВI-G. Точные параметры выбираемых детекторов напряжения желательно уточнить в их datasheet.

Аналогичным образом можно применить и другой детектор напряжения на любое другое необходимое для работы индикатора напряжение.

Решение по второй части вопроса в п.3 приведенного комментария – работы индикатора разряда только при наличии освещенности, отложено по следующим причинам :
- работа дополнительных элементов в схеме, требует дополнительных затрат энергии от аккумулятора, т.е. страдает экономичность схемы;
- работа индикатора разряда днем, чаще всего, бесполезна, т.к. в комнате нет «зрителей», а к вечеру заряд батареи может и закончиться;
- работа индикатора в темное время суток ярче и эффективнее, а для быстрого отключения устройства имеется выключатель питания.

Применение, предложенного по п.2 комментария, отечественного операционного усилителя не рассматривал, по причине отладки режимов работы схемы по минимальным токам, в процессе доводки на монтажной плате.

Для решения задачи по п. 1 комментария, несколько изменил схему устройства «Ночник с акустическим включателем». Для чего включил положительную шину питания акустического реле через инвертор на VT3, с управлением от постоянно работающего фотореле.

Решил сегодня выложить еще одну статью. Опять таки не претендую на "открытие", поскольку все велосипеды изобретены уже давно! Просто однажды мы собирались на полёты, индикаторов разряда батерей в наличии не было вообще никаких, поэтому пришлось срочно придумывать и срочно делать девайсы, чтобы не загубить аккумуляторы. Да, устройства простенькие, в нех нет пищалки. Но супер яркие светодиоды хорошо видны даже в солнечный день и поэтому за сохранность аккумуляторов мы были спокойны. Я согласен, что девайсы получились простейшие, на уровне 80х годов. Тем не менее
с поставленой задачей они успешно справляются! Глядишь, кому то пригодятся!

Индикатор разряда Li Po аккумуляторов.

Известно, что Li Po аккумуляторам противопоказан разряд ниже 3,2 Вольт на банку. Разряд ниже этой величины приводит к скорому выходу аккумулятора из строя. Поэтому контроль напряжения предельного разряда каждой банки аккумулятора крайне желателен. Отсечка
двигателя регулятором скорости не может гарантировать своевременное отключение
аккумулятора. Поэтому имеет смысл применить дополнительную защиту, в качестве которой может использоваться светодиодный индикатор разряда аккумулятора.

В данной схеме в качестве компаратора применен прецизионный регулируемый стабилитрон TL431. Порог выставляется делителем напряжения в цепи УЭ (управляющего электрода) 15 ком (нижний по схеме резистор) и 4,3 ком (верхний резистор).
При этом соотношении резисторов срабатывание стабилитрона TL431 происходит при напря
жении банки 3,2 Вольт. Когда напряжение на аккумуляторе находится в пределах 3,2….4,2 В,
стабилитрон TL431 открыт, падения напряжения на нем недостаточно для работы светодиода и он погашен. Когда напряжение аккумулятора достигает 3,2 В, стабилитрон закрывается, а светодиод загорается от тока, протекающего через резистор 2 ком.

Индикатор состоит из трех одинаковых ячеек, что позволяет побаночно контролировать 1S, 2S и 3S аккумуляторы. При добавлении еще одной - двух ячеек, можно контролировать 4S и 5S
аккумуляторы. Светодиоды я использовал синие суперяркие, они, как мне кажется, наиболее
заметны днем. От звуковой сигнализации я отказался, поскольку звук слышно сравнительно недалеко, а увеличивать габариты и вес не хотел. Вполне достаточно светодиодов, тем более,
что после посадки модель все равно берешь в руки и незаметить включение светодиода просто
невозможно!

Штырьковые контакты я взял от негодной платы электроники винчестера с IDE интерфейсом.
Вставляются они, конечно, в балансирный разъем аккумулятора. Балансирные разъемы я
вывожу наружу из корпуса модели для зарядки аккумулятора без его извлечения из модели.
Закрепляю платку Индикатора на корпусе модели скотчем. Потом можно легко переставить
на другую модель.

Настройка. Настройку делаем каждой ячейки по очереди! Для настройки нужно три обычные батарейки по 1,5 Вольта, соединенные последовательно, переменный резистор 470 Ом и цифровой мультиметр. Переменный резистор 470 Ом включаем реостатом последовательно с плюсовым проводом батарейки. Таким образом получим источник напряжения 4,5 В.
Берем 2х контактный подходящий по шагу разъем и припаиваем к нему только два провода
от батарейки “ - ” и “ + ” . Как говорилось выше, “ + ” проходит через переменный резистор. Переменный резистор ставим в положение, соответствующее минимальному сопротивлению и подключаем разъем к соответствующим контактам нижней (или верхней) ячейки. Поскольку резистор установлен в положении минимального сопротивления, к ячейке приложено полное напряжение 4,5 В и светодиод гореть не должен. Затем разъем по очереди подключаем к двум другим ячейкам и убеждаемся, что все светодиоды погашены.
Затем плавно увеличиваем сопротивления переменного резистора, контролируя при этом
мультиметром напряжение на выходе резистора относительно минусового провода. При увеличении сопротивления резистора напряжение, подводимое к ячейке, начнет плавно уменьшаться и при достижении 3,18…..3,2 Вольт должен загореться светодиод. При уменьшении сопротивления резистора, т. е. при возрастании подводимого к ячейке напряжения выше 3,2 В, светодиод снова погаснет. Таким образом, переставляя разъем по очереди на соответствующие контакты, проверяем все ячейки. Порог включения можно изменять
подбором резистора 4,3 ком. При этом его можно составить из 2х резисторов, например

если поставить 2 ком + 2 ком = 4 ком (порог включения 3,14 В) , а 3,3 ком + 1 ком = 4,3 ком
(порог включения 3,18 В) У меня резистор 4,3 ком составлен из двух (3,3 ком + 1 ком) , что видно на фотографиях. Размеры печатной платы 3х ячеечного Индикатора 30 х 30 мм.
Регулируемый стабилитрон TL431 - широко распространенная деталь и продается в радиомагазинах. Кроме того, они используются практически в любом импульсном блоке питания (адаптере) для управления оптроном защиты.
Сделал несколько штук, работают нормально, обеспечивают своевременную индикацию.
Поэтому рекомендую для повторения авиамоделистами - радиолюбителями!

Общий вид.




Принципиальная схема.

Монтажка

Вид со стороны деталей. Размер платы 30 х 30 мм.

Вид со стороны дорожек. Размер платы 30 х 30 мм.

Светодиоды любые супер яркие, синего свечения. Синие лучше всего заметны в солнечный день.