Как сделать индикатор заряда аккумулятора

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.

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).

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 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.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Схема индикатора заряда аккумулятора на светодиодах

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:

По способу отображения сигнала:

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.

О реализации индикатора батареи в устройствах на МК

В портативном устройстве, работающем от аккумулятора, почти обязательным «удобством» является индикатор уровня его заряда. Казалось бы, если оно собрано на основе любого современного микроконтроллера и имеет графический дисплей, ничего сложного в этом нет: нужно лишь регулярно измерять напряжение батарейки с помощью встроенного АЦП и выводить его в виде традиционной батарейки🔋, степень заполнения которой зеленой краской зависит от напряжения. Но если так сделать в лоб, есть риск, что индикатор будет вести себя, как в известном перле «она металась, как стрелка осциллографа». В лучшем случае, он будет время от времени раздражающе подергиваться туда-сюда на один-два пикселя.

В статье описывается простая реализация индикатора разряда, лишенная этого недостатка.

Проблема «дергающейся батарейки»

Но мы не будем забираться в такие дебри. Способ этот дает прекрасные результаты, но он не так прост в реализации: такие контроллеры сложно достать в розницу, трудно паять вручную, и вдобавок их нужно прошивать на требуемые параметры аккумулятора с помощью платной программы и не менее платного программатора. Тем более, что простыми средствами тоже можно достичь неплохих результатов, пусть и не таких точных.

Решение

Предлагаемая идея состоит в том, что раз потребление тока устройством меняется и наибольшая просадка напряжения происходит в моменты наибольшего потребления, нужно фиксировать напряжение именно в такие моменты. Это логично, так разряженный аккумулятор еще может долгое время «тянуть» устройство, пока оно находится в малопотребляющем режиме, но быстро просядет ниже минимально допустимого напряжения, когда потребление подскочит, например, при включении дисплея. При этом очевидно, что когда аккумулятор разряжается, степень его заряженности может только снижаться, но никак не увеличиваться. И наоборот, когда аккумулятор заряжается – степень его заряженности только возрастает, несмотря на то, что измеренное значение напряжения может в какие-то моменты падать из-за помех и т.п. Поэтому давайте будем во время разряда игнорировать поступающие данные об изменениях напряжения, если оно растет, считать этот рост артефактом. Делается это элементарно – путем сравнения каждого следующего значения измеренного напряжения с ранее зафиксированным минимальным, которое обновляется каждый раз, когда измеренное значение окажется ниже него. Во время заряда мы поступим аналогично, но фиксировать будем не минимумы, а максимумы.

Разумеется, нам здесь понадобится некий сигнал от зарядного устройства, информирующий о том, в каком состоянии (заряд или разряд) находится аккумулятор. Обычно контроллеры заряда литиевых аккумуляторов имеют выход на светодиод или пару светодиодов, который несложно завести на GPIO контроллера.

Тут нужно учесть еще и то, что кривые разряда и заряда существенно различаются. Поэтому по смене статуса зарядного контроллера нам нужно сменить не только направление работы индикатора, но и формулу расчета процентов заряженности от напряжения. А также то, что на протяжении этапа CV, на который приходится примерно 25-30% емкости батареи и половина времени заряда, индикатор будет показывать 100%, если мы будем принимать во внимание только напряжение. Можно так и оставить (сделав внятную индикацию, что зарядка еще не окончена), а можно заморочиться и вычислять на этом этапе проценты заряженности, как линейную (или более сложную) функцию от времени.

Нижеприведенный код на Си реализует самый простой вариант описанного алгоритма. Здесь мы считаем, что полностью разряженная батарейка при разряде дает 3,4 В. Чем это обусловлено? Во-первых, тем, что примерно с этого напряжения начинается быстрый спад напряжения, и дальнейший разряд не дает существенно большего времени работы. Во-вторых, если питать МК от аккумулятора через LDO на 3,3 В, при снижении напряжения ниже этого значения начинает падать и напряжение питания МК. В некоторых случаях это не очень желательно, и в частности, в данной задаче пришлось бы задействовать встроенный источник опорного напряжения, чтобы измерить напряжение батареи в 3,3В и ниже. Та же полностью разряженная батарея при включении заряда сразу увеличивает напряжение до 3,65 В, я же взял 3,6 В, так как тогда при том же коэффициенте наклона автоматически выходит нужное напряжение на 100% заряженном аккумуляторе 4,2 В.

Далее мы в удобном месте вызываем функцию batPercent, скажем, раз в секунду, и то, что она вернула, передаем в код, рисующий батарейку.

Вот и все. Теперь никаких ненужных колебаний и шевелений, индикатор аккумулятора стоит, как вкопанный, не забывая, впрочем, убавляться по мере разряда. Данный способ, конечно, не претендует на точность измерения остатка заряда, но это обычно и не требуется. При необходимости, конечно, можно усложнить код, добавив в него учет температуры, использовав вместо линейной интерполяции более сложную и точную.

Простой индикатор заряда и разряда аккумулятора

Данный индикатор заряда аккумулятора основан на регулируемом стабилитроне TL431. С помощью двух резисторов можно установить напряжение пробоя в диапазоне от 2,5 В до 36 В.

Приведу две схемы применения TL431 в качестве индикатора заряда/разряда аккумулятора. Первая схема предназначена для индикатора разрядки, а вторая для индикатора уровня заряда.

Единственная разница — это добавление n-p-n транзистора, который будет включать какой-либо сигнализатор, например, светодиод или зуммер. Ниже приведу способ вычисления сопротивления R1 и примеры на некоторые напряжения.

Схема индикатора разряда аккумулятора

Стабилитрон работает таким образом, что начинает проводить ток при превышении на нем определенного напряжения, порог которого мы можем установить с помощью делителя напряжения на резисторах R1 и R2. В случае индикатора разряда, светодиодный индикатор должен гореть, когда напряжение батареи меньше, чем необходимо. Поэтому в схему добавлен n-p-n транзистор.

Как можно видеть регулируемый стабилитрон регулирует отрицательный потенциал, поэтому в схему добавлен резистор R3, задачей которого является включение транзистора, когда TL431 выключен. Резистор этот на 11k, подобранный методом проб и ошибок. Резистор R4 служит для ограничения тока на светодиоде, его можно вычислить с помощью закона Ома.

Конечно, можно обойтись и без транзистора, но тогда светодиод будет гаснуть, когда напряжение упадет ниже выставленного уровня — схема ниже. Безусловно, такая схема не будет работать при низких напряжениях из-за отсутствия достаточного напряжения и/или тока для питания светодиода. Данная схема имеет один минус, который заключается в постоянном потреблении тока, в районе 10 мА.

Схема индикатора заряда аккумулятора

В данном случае индикатор заряда будет гореть постоянно, когда напряжение больше, чем то, которые мы определили с помощью R1 и R2. Резистор R3 служит для ограничения тока на диод.

Пришло время для того, что всем нравится больше всего — математики 🙂

Я уже говорил в начале, что напряжение пробоя может изменяться от 2,5В до 36В посредством входа «Ref». И поэтому, давайте попытаемся кое-что подсчитать. Предположим, что индикатор должен загореться при снижении напряжении аккумулятора ниже 12 вольт.

Сопротивление резистора R2 может быть любого номинала. Однако лучше всего использовать круглые числа (для облегчения подсчета), например 1к (1000 Ом), 10к (10 000 Ом).

Резистор R1 рассчитаем по следующей формуле:

R1=R2*(Vo/2,5В — 1)

Предположим, что наш резистор R2 имеет сопротивление 1к (1000 Ом).

Vo — напряжение, при котором должен произойти пробой (в нашем случае 12В).

R1=1000*((12/2,5) — 1)= 1000(4,8 — 1)= 1000*3,8=3,8к (3800 Ом).

Т. е. сопротивление резисторов для 12В выглядят следующим образом:

А здесь небольшой список для ленивых. Для резистора R2=1к, сопротивление R1 составит:

Для низкого напряжения, например, 3,6В резистор R2 должен иметь бОльшее сопротивление, например, 10к поскольку ток потребления схемы при этом будет меньше.

Обновление (29/10/21)

Резистор R3 для схемы с транзистором можно рассчитать по следующей формуле :

Однако значение Umin следует принимать ниже предполагаемого. Для 12В возьмем 11,8 В. Необходимо также добавить 2 мА для правильной работы схемы — чтобы при минимальном напряжении (в нашем случае менее 12 В) через резистор протекал ток более 1 мА.

R3 = (11,8 В — 2,5 В) / 0,002 A = 4650 Ом

Резистор R4 можно рассчитать по следующей формуле:

R4 = (12 В-0,001 А * 4700 Ом-2,4 В) / 0,010 А = 9,6 В-4,7 / 0,010 А = 4,9 / 0,010 А = 490 Ом

Таким образом, у нас будет полностью функциональная схема. Помните, что эта схема может быть нагружена током максимумом 100 мА (один светодиод примерно 25 мА). По схеме индикатора разряда нужно проверить максимальную нагрузку транзистора (для BC547 она составляет 100 мА). Потребление тока самого TL431 составляет всего 1,5 мкА — практически незаметно.

Минимальный порог напряжения — тот, который еще не повредит аккумулятор, составляет 0,9 В на ячейку. Однако все зависит от того, где вы хотите использовать схему, например, в случае летающих радиомоделей, напряжение на ячейку 0,9 В не является правильным, поскольку сигнализация включится только тогда, когда вертолет уже будет лежать на земле. Поэтому с летающими моделями лучше поставить 1,2 В на ячейку и конечно вместо светодиода лучше использовать зуммер.

13 схем индикаторов разряда Li-ion аккумуляторов: от простых к сложным

Что может быть печальнее, чем внезапно севший аккумулятор в квадрокоптере во время полета или отключившийся металлоискатель на перспективной поляне? Вот если бы можно было бы заранее узнать, насколько сильно заряжен аккумулятор! Тогда мы могли бы подключить зарядку или поставить новый комплект батарей, не дожидаясь грустных последствий.

Далее будут представлены только те индикаторы разряда li-ion аккумуляторов, которые не только проверены временем и заслуживают вашего внимания, но и с легкостью собираются своими руками.

Вариант №1

Начнем, пожалуй, с простенькой схемки на стабилитроне и транзисторе:

Разберем, как она работает.

Пока напряжение выше определенного порога (2.0 Вольта), стабилитрон находится в пробое, соответственно, транзистор закрыт и весь ток течет через зеленый светодиод. Как только напряжение на аккумуляторе начинает падать и достигает значения порядка 2.0В + 1.2В (падение напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1), транзистор начинает открываться и ток начинает перераспределяться между обоими светодиодами.

Если взять двухцветный светодиод, то мы получим плавный переход от зеленого к красному, включая всю промежуточную гамму цветов.

Типовое различие прямого напряжения в двухцветных светодиодах составляет 0.25 Вольта (красный зажигается при более низком напряжении). Именно этой разницей определяется область полного перехода между зеленым и красным цветом.

Недостаток схемы в сложности подбора стабилитронов для получения необходимого порога срабатывания, а также в постоянном потреблении тока порядка 1 мА. Ну и, не исключено, что дальтоники не оценят эту задумку с меняющимися цветами.

Вариант №2

В следующей схеме использована микросхема TL431, представляющая собой прецизионный стабилизатор напряжения.

Порог срабатывания определяется делителем напряжения R2-R3. При указанных в схеме номиналах он составляет 3.2 Вольта. При снижении напряжения на аккумуляторе до этого значения, микросхема перестает шунтировать светодиод и он зажигается. Это будет сигналом к тому, что полный разряд батареи совсем близок (минимально допустимое напряжение на одной банке li-ion равно 3.0 В).

Если для питания устройства применяется батарея из нескольких последовательно включенных банок литий-ионного аккумулятора, то приведенную выше схему необходимо подключить к каждой банке отдельно. Вот таким образом:

Для настройки схемы подключаем вместо батарей регулируемый блок питания и подбором резистора R2 (R4) добиваемся зажигания светодиода в нужный нам момент.

Вариант №3

А вот простая схема индикатора разрядки li-ion аккумулятора на двух транзисторах:Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Старые советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).

Вариант №4

Схема на двух полевых транзисторах, потребляющая в ждущем режиме буквально микротоки.

При подключении схемы к источнику питания, положительное напряжение на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя R1-R2. Если напряжение выше напряжение отсечки полевого транзистора, он открывается и притягивает затвор VT2 на землю, тем самым закрывая его.

В определенный момент, по мере разряда аккумулятора, напряжение, снимаемое с делителя становится недостаточным для отпирания VT1 и он закрывается. Следовательно, на затворе второго полевика появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Он открывается и зажигает светодиод. Свечение светодиода сигнализирует нам о необходимости подзаряда аккумулятора.

Вариант №5

На трех транзисторах:

Не смотря на громоздкий вид схемы, готовая плата имеет достаточно скромные габариты:

Транзисторы BC848 и BC856 можно заменить на ВС546 и ВС556 соответственно.

Вариант №6

Эта схема мне нравится тем, что она не только включает индикацию, но и отрубает нагрузку.

Жаль только, что сама схема от аккумулятора не отключается, продолжая потреблять энергию. А жрет она, благодаря постоянно горящему светодиоду, немало.

Зеленый светодиод в данном случае выступает в роли источника опорного напряжения, потребляя ток порядка 15-20 мА. Чтобы избавиться от такого прожорливого элемента, вместо источника образцового напряжения можно применить ту же TL431, включив ее по такой схеме*:

*катод TL431 подключить ко 2-ому выводу LM393.

Вариант №7

Схема с применением так называемых мониторов напряжения. Их еще называют супервизорами и детекторами напряжения (voltdetector’ами). Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля за напряжением.

Вот, например, схема, поджигающая светодиод при снижении напряжения на аккумуляторе до 3.1V. Собрана на BD4731.

Согласитесь, проще некуда! BD47xx имеет открытый коллектор на выходе, а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.

Аналогичным образом можно применить любой другой супервизор на любое другое напряжение.

Вот еще несколько вариантов на выбор:

В зависимости от цифрового обозначения, напряжение детекции будет разным:

Сетка напряжений не очень-то подходит для контроля за li-ion аккумуляторами, но совсем сбрасывать эту микросхему со счетов, думаю, не стоит.

Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной, выход детектора напряжения можно нагрузить на мигающий светодиод (например, серии L-314). Или самому собрать простейшую «моргалку» на двух биполярных транзисторах.

Пример готовой схемы, оповещающей о севшей батарейке с помощью вспыхивающего светодиода приведен ниже:

Еще одна схема с моргающим светодиодом будет рассмотрена ниже.

Вариант №8

Крутая схема, запускающая моргание светодиода, если напряжение на литиевом аккумуляторе упадет до 3.0 Вольта:

Как можно было заметить, работа большинства схем контроля за разрядом сводится к сравнению некоего образцового напряжения с контролируемым напряжением. В дальнейшем эта разница усиливается и включает/отключает светодиод.

Обычно в качестве усилителя разницы между опорным напряжением и напряжением на литиевом аккумуляторе используют каскад на транзисторе или операционный усилитель, включенный по схеме компаратора.

Вариант №9

Схема на 74HC04.

Схема потребляет от батареи около 2 мА, так что ее тоже надо включать после выключателя питания.

Вариант №10

Это даже не индикатор разряда, а, скорее, целый светодиодный вольтметр! Линейная шкала из 10 светодиодов дает наглядное представление о состоянии аккумулятора. Весь функционал реализован всего на одной-единственной микросхеме LM3914:

Делитель R3-R4-R5 задает нижнее (DIV_LO) и верхнее (DIV_HI) пороговые напряжения. При указанных на схеме значениях свечению верхнего светодиода соответствует напряжение 4.2 Вольта, а при снижении напряжения ниже 3х вольт, погаснет последний (нижний) светодиод.

Подключив 9-ый вывод микросхемы на «землю», можно перевести ее в режим «точка». В этом режиме всегда светится только один светодиод, соответствующий напряжению питания. Если оставить как на схеме, то будет светиться целая шкала из светодиодов, что нерационально с точки зрения экономичности.

В качестве светодиодов нужно брать только светодиоды красного свечения, т.к. они обладают самым малым прямым напряжением при работе. Если, например, взять синие светодиоды, то при севшем до 3х вольт аккумуляторе, они, скорее всего, вообще не загорятся.

Сама микросхема потребляет около 2.5 мА, плюс 5 мА на каждый зажженный светодиод.

Недостатком схемы можно считать невозможность индивидуальной настройки порога зажигания каждого светодиода. Можно задать только начальное и конечное значение, а встроенный в микросхему делитель разобьет этот интервал на равные 9 отрезков. Но, как известно, ближе к концу разряда, напряжение на аккумуляторе начинает очень стремительно падать. Разница между аккумуляторами, разряженными на 10% и 20% может составлять десятые доли вольта, а если сравнить эти же аккумуляторы, только разряженненные на 90% и 100%, то можно увидеть разницу в целый вольт!

Типичный график разряда Li-ion аккумулятора, приведенный ниже, наглядно демонстрирует данное обстоятельство:

Таким образом, использование линейной шкалы для индикации степени разряда аккумулятора представляется не слишком целесообразным. Нужна схема, позволяющая задать точные значения напряжений, при которых будет загораться тот или иной светодиод.

Полный контроль над моментами включения светодиодов дает схема, представленная ниже.

Вариант №11

Данная схема является 4-разрядным индикатором напряжения на аккумуляторе/батарейке. Реализована на четырех ОУ, входящих в состав микросхемы LM339.

Схема работоспособна вплоть до напряжения 2 Вольта, потребляет меньше миллиампера (не считая светодиода).

Разумеется, для отражения реального значения израсходованной и оставшейся емкости аккумулятора, необходимо при настройке схемы учесть кривую разряда используемого аккумулятора (с учетом тока нагрузки). Это позволит задать точные значения напряжения, соответствующие, например, 5%-25%-50%-100% остаточной емкости.

Вариант №12

Ну и, конечно, широчайший простор открывается при использовании микроконтроллеров со встроенным источником опорного напряжения и имеющих вход АЦП. Тут функционал ограничивается только вашей фантазией и умением программировать.

Как пример приведем простейшую схему на контроллере ATMega328.

Хотя тут, для уменьшения габаритов платы, лучше было бы взять 8-миногую ATTiny13 в корпусе SOP8. Тогда было бы вообще шикарно. Но пусть это будет вашим домашним заданием.

Светодиод взят трехцветный (от светодиодной ленты), но задействованы только красный и зеленый.

Готовую программу (скетч) можно скачать по этой ссылке.

Программа работает следующим образом: каждые 10 секунд опрашивается напряжение питания. Исходя из результатов измерений МК управляет светодиодами с помощью ШИМ, что позволяет получать различные оттенки свечения смешением красного и зеленого цветов.

Свежезаряженный аккумулятор выдает порядка 4.1В — светится зеленый индикатор. Во время зарядки на АКБ присутствует напряжение 4.2В, при этом будет моргать зеленый светодиод. Как только напряжение упадет ниже 3.5В, начнет мигать красный светодиод. Это будет сигналом к тому, что аккумулятор почти сел и его пора заряжать. В остальном диапазоне напряжений индикатор будет менять цвет от зеленого к красному (в зависимости от напряжения).

Вариант №13

Ну и на закуску предлагаю вариант переделки стандартной платы защиты (их еще называют контроллерами заряда-разряда), превращающий ее в индикатор севшего аккумулятора.

Эти платы (PCB-модули) добываются из старых батарей мобильных телефонов чуть ли не в промышленных масштабах. Просто подбираете на улице выброшенный аккумулятор от мобилы, потрошите его и плата у вас в руках. Все остальное утилизируете как положено.

Чаще всего PCB-плата представляет собой вот такую схемку:

Внеся в схему некоторые изменения (показаны красным цветом), мы получим прекрасный индикатор разряда li-ion аккумулятора, практически не потребляющий ток в выключенном состоянии.

Так как транзистор VT1.2 отвечает за отключение зарядного устройства от банки аккумулятора от при перезаряде, то он в нашей схеме лишний. Поэтому мы полностью исключили этот транзистор из работы, разорвав цепь стока.

Резистор R3 ограничивает ток через светодиод. Его сопротивление необходимо подобрать таким образом, чтобы свечение светодиода было уже заметным, но потребляемый ток еще не был слишком велик.

Кстати, можно сохранить все функции модуля защиты, а индикацию сделать с помощью отдельного транзистор, управляющий светодиодом. То есть индикатор будет загораться одновременно с отключением аккумулятора в момент разряда.

Вместо 2N3906 подойдет любой имеющийся под рукой маломощный p-n-p транзистор. Просто подпаять светодиод напрямую не получится, т.к. выходной ток микросхемы, управляющий ключами, слишком мал и требует усиления.

Индикатор низкого заряда АКБ без транзисторов с четким порогом срабатывания

Данный индикатор не имеет логических элементов, невероятно прост в сборке и крайне надежен в работе. Состоит всего из 5 элементов, спаивается за 5 минут без платы.

Индикатор предназначен для отслеживания критически низкого напряжения аккумуляторной батареи 12 В. При желании можно изменить номиналы элементов схемы и сделать индикатор на другое напряжение.

Понадобится

Как сделать индикатор разряда аккумуляторной батареи без транзисторов

Итак, сначала соберем, а потом определимся с принципом работы.

Берем отрезок медного провода (это будет «+» индикатора) и припаиваем к одному концу резистор, предварительно обрезав длинный вывод.

Затем к другому краю отрезка припаиваем стабилитрон катодом.

Между выводами резистора и анодом стабилитрона припаиваем светодиод. Полярность подключения светодиода показана на рисунке.

Откусываем лишние вывода.

Ниже припаиваем резистор к светодиоду и катод стабилитрона, смотрите фото.

Соединяем вывода перемычкой. Это будет «минус» индикатора.

Можно припаять дополнительные вывода. Схема индикатора собрана.

Проверка индикатора

Теперь если подать на него напряжение от заряженной батареи, то светодиод не будет гореть, так как батарея в норме.

Но следует напряжению опуститься ниже 10,5 В (критическое напряжение для кислотных АКБ), то светодиод тут же загорится. Причем порог срабатывания всего пару десятых Вольта.

Поэтому даже при медленном опускании напряжения светодиод загорается практически сразу, без начального подсвечивания.

Все это благодаря схеме, в которой светодиод имеет мостове включение. То есть когда напряжение выше 10,5 В в цепи светодиода присутствует почти нулевое значение. Как только напряжение падает ниже 10,5 В стабилитроны как бы закрываются, а резисторы стараются подтянуть светодиод каждый к своей шине питания. Вот такая простая и вполне практичная схема.

Смотрите видео

Индикатор заряда аккумулятора Li-ion

Усилитель для наушников, который собирался мной в прошлый раз, питается от аккумулятора. А аккумуляторы имеют обыкновение терять свой заряд. Причем, теряют даже тогда, когда к ним ничего не подключено, т.е, саморазряд. И хоть современные аккумуляторы на этот процесс тратят очень немало времени, но это случается. А если они питают какую-то нагрузку, даже не очень большую, то это время сокращается. Ну да это и нормально. Просто их надо заряжать.
Плохо то, что аккумуляторы Li-ion очень не любят глубокий разряд. Чтобы этого не допустить, достаточно лишь не допускать снижение падения напряжения на его клеммах ниже 2.9-3 Вольта. Конечно же, это значение для отдельного элемента. Если батарея из последовательно подключенных элементов — то тут возможны варианты.

Озадачился тем, чтобы оборудовать усилитель каким-нибудь индикатором заряда/разряда. Индикатор разряда для ухоуся был выбран один из самых простых.

Принцип работы очень прост. Когда напряжение на клеммах аккумулятора более 3.25 Вольта, и стабилитрон (Uст=2 Вольта) еще не находится в режиме пробоя, транзистор закрыт, горит зеленый светодиод через ограничительный резистор. Когда напряжение будет подходить близко к 3.25 Вольтам, стабилитрон уйдет в режим пробоя, транзистор откроется и зашунтирует собой зеленый светодиод. При этом ток уже потечет по цепи R1, эмиттер-коллектор, красный светодиод.

Ну а так как в схеме используются нелинейные элементы, то при напряжении, близком к 3.25 Вольта, будет наблюдаться слабо горение обеих светодиодов. А если использовать один сдвоенный светодиод, то будет красновато-зеленоватое свечение.

Но с кажущейся простотой есть и одни проблема. Связана она с настройкой и подбором стабилитрона. У разных экземпляров стабилитронов одной и той же марки будет сильный разброс параметров на границе пробоя:

Нам это грозит только тем, что красный святодиод будет начинать загораться либо чуть раньше, либо чуть позже. Но загораться будет. Мне этого достаточно.

Конкретно моя реализация. Мне не удалось вообще найти стабилитрона на 2 Вольта. Решил заменить цепочкой из 4-х диодов 1N4148 в прямом включении.

Логика работы немного изменилась, но в целом, можно достаточно точно предугадать момент, когда надо ставить батарейку на зарядку. На том и остановился.

Вышло так, что индикатор заряда стал играть роль индикатора включенного устройства:

Зеленый свет означает то, что напряжение на аккумуляторе более 3.3 Вольта, и можно особо не суетиться с подзарядкой. Как только появляется красноватые оттенки, можно неспешно думать о том, чтобы подключить USB-шнурок от телефона и подкормить батарейку.

Кормежка осуществляется через популярные контроллеры заряда с Алишки:

Но за неделю тестового использования еще не приходилось заряжать. Связано это с тем, что усилитель весьма экономичный, и слушаю я не на полной громкости ), ибо уши жалко.
Пока что контролирую напряжение мультиметром, но уже планирую закрыть корпус.

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.

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:

При эксплуатации аккумулятора необходимо учитывать его функциональные характеристики, такие как:

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.

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.

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.

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

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.

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

10 схем индикаторов разряда Li-ion аккумуляторов

Статья обновлена: 2019-09-26

Индикатор разряда Li-ion аккумулятора отражает уровень оставшегося заряда и помогает избегать разочарований из-за внезапно разрядившихся элементов питания. Зная, что аккумулятор скоро сядет, можно заблаговременно поставить его на зарядку и избежать простоя в работе приборов. Разработкой схем индикаторов разряда Li-ion аккумуляторов занимались многие радиолюбители. Результатом их труда стало множество схемотехнических решений разной степени сложности.

В этой статье приведены 10 популярных схем, которые относительно просты в реализации. Собранные по ним индикаторы информируют о малом напряжении на ячейке, но не защищают ее от глубокого разряда. Для этой цели используются присоединенные к элементам питания платы защиты или самостоятельное отключение нагрузки пользователем.

Схема 1 – на стабилитроне и транзисторе

При величине напряжения выше 3,25 В стабилитрон пребывает в пробое, транзистор – в закрытом состоянии, и ток полностью идет через зеленый светодиод. При падении напряжения до его значений в диапазоне 3+1,2 В происходит открытие транзистора, и ток распределяется между светодиодами. Между цветами происходит плавный переход. Чем ярче горит красный индикатор, тем сильнее разрядился элемент. При 3 В цветового перехода нет – светится красная лампочка.

При реализации этой схемы могут возникнуть трудности с поиском стабилитронов, обеспечивающих нужный порог срабатывания. Еще один ее недостаток – постоянное энергопотребление около 1 мА.

Схема 2 – на микросхеме TL431 в роли стабилизатора напряжения

Порог срабатывания зависит от делителя R2-R3 и здесь равен 3,2 В. Когда вольтаж достигает этой величины, микросхема прекращает шунтировать светодиод, и он загорается. Это сигнал пользователю о скорой разрядке элемента питания.

Схема 3 – на паре транзисторов

Здесь границы срабатывания определяют транзисторы R2, R3. Вместо старых моделей уместно использовать BC237, BC238 или BC317 взамен КТ3102 и BC556 или BC557 вместо КТ3107.

Схема 4 – на паре полевых транзисторов

В режиме ожидания она потребляет минимальные токи. Транзисторы нужны n-канальные с минимальным напряжением отсечки. При питании нагрузки на затворе транзистора VT1 при участии делителя R1-R2 создается положительное напряжение. Если оно превышает напряжение отсечки транзистора, происходит его открытие, затвор VT2 притягивается на землю и закрывается. По мере снижения напряжения VT1 закрывается, а VT2 – открывается, обеспечивая сияние светодиода. Это знак о необходимости подзарядить элемент питания.

Схема 5 – на 3-х транзисторах

Схема обеспечивает высокую точность – между светящимся и несветящимся светодиодом хватает отличия в 0,01 В. При включенном индикаторе потребляется ток 3 мА, при отключенном – 0,3 мА. Вместо транзисторов BC848 и BC856 подходят ВС546 и ВС556.

Схема 6 – с отключением нагрузки

Она обеспечивает индикацию и отключение нагрузки при критическом падении напряжения, но сама продолжает потреблять ток около 15–20 мА.

Схема 7 – с мониторами напряжения

Мониторы, супервизоры или детекторы напряжения представляют собой микросхемы, созданные для отслеживания напряжения. По этой схеме светодиод начинает светиться при падении напряжения до 3,1 В. BD47xx с открытым выходным коллектором ограничивает выходной ток на границе 12 мА, поэтому светодиод можно подключать напрямую. Главные преимущества этого варианта – простота реализации и малое энергопотребление.

Схема 8 – на инверторе 74HC04

Используются стабилитроны с рабочим вольтажом менее напряжения срабатывания – на 2–2,7 В. Граница срабатывания подстраивается посредством резистора R2. Энергопотребление – порядка 2 мА.

Схема 9 – на контроллере ATMega328

Предусматривает использование микроконтроллера ATMega328 с интегрированным источником опорного напряжения и входом АЦП. Светодиод используется 3-цветный, но синий цвет не задействуется. Контроллер управляет светодиодами через ШИМ и выдает индикацию путем смешения цветов:

Схема 10 – на микросхеме LM3914

Линия из 10 светодиодов информирует пользователя о степени разряда элемента питания. Пороговые напряжения (минимальное DIV_LO и максимальное DIV_HI) определяет делитель R3-R4-R5. Для экономии энергии рекомендуется подключить 9-й вывод на землю. В результате будет светиться не линия светодиодов, а один, который соответствует текущему напряжению. Энергопотребление этой схемы – порядка 2,5 мА и еще по 5 мА на каждый светящийся светодиод.

Обзор платы защиты Li-ion-аккумулятора и индикатора уровня заряда: тонкости функционирования, очевидные и не очень

В одних устройствах, питающихся от литий-ионных аккумуляторов, имеется вся необходимая для аккумуляторов обвязка: индикатор уровня заряда и контроллер заряда/разряда, включающий защиту от превышения токов и напряжений.

Но во многих «упрощенных» конструкциях нет какой-то части их этих компонентов или даже всех. В этом случае, чтобы аккумуляторы жили долго и счастливо, об их защите и индикации следует позаботиться самому пользователю.

Также и в конструкциях DIY («сделай сам») их автору тоже придётся самостоятельно об этом позаботиться.

Плата защиты аккумулятора является обязательным компонентом: она спасёт не только сам аккумулятор, но и, в случае короткого замыкания или иных чрезвычайных ситуаций, много другого добра.

Плата индикации уровня заряда в конструкциях не столь обязательна, но позволит исключить ситуацию внезапного отключения аппаратуры в самый неудобный момент (именно так чаще всего и бывает).

Содержание

Конструкция, технические параметры, схемотехника и тест платы защиты li-ion аккумулятора

Плата защиты представляет собой узкую и тонкую полоску с элементами, которая по габаритам легко помещается на мизинце: размеры платы 38 * 7 * 2 мм.

На плате расположены шесть транзисторных сборок 8205, контроллер DW01B и минимальная обвязка.

Схема платы — очень простая (взята из технического описания контроллера DW01B):

В каждой транзисторной сборке на плате содержатся по два последовательных MOSFET-а (как на схеме); и все шесть сборок запараллелены. Такая конструкция обеспечивает ток до 15 А, после чего должна срабатывать защита (отключение), причём независимо от направления тока (заряд или разряд).

У того же продавца имеются в продаже платы с тремя или четырьмя транзисторными сборками на борту. Вариант платы должен выбираться не принципу «больше-лучше», а исходя из реальных токов в системе (чтобы защита сработала вовремя, а не тогда, когда от схемы одни угольки остались).

Теперь можно изложить и обсудить параметры контроллера DW01B:

Итак, что мы видим в параметрах?

Системы защиты по напряжениям работают с некоторым гистерезисом: возврат схемы к исходному состоянию происходит немного при другом напряжении, нежели первоначальное срабатывание.

Кроме того, срабатывание происходит с некоторой задержкой по времени.

Все эти меры приняты для того, чтобы не было ложных срабатываний от кратковременных помех или колебаний потребления питаемой схемы. В общем, в этой части всё сделано по-умному.

А вот некоторые вопросы и сомнения вызывают номиналы напряжений защиты от перезаряда и переразряда, которые здесь составляют 4.3 В и 2.5 В соответственно.

Они отличаются от рекомендуемых для лития 4.2 В и 3.0-3.2 В.

Тем не менее, в процессе теста вопросы по завышенному напряжению заряда удастся полностью снять, а вот с защитой от переразряда всё окажется не так радужно.

Интересным образом в контроллере защиты организовано измерение втекающего/вытекающего тока аккумулятора: для этого в схеме нет резистора-«пробника» или шунта. Ток измеряется по падению напряжения при его протекании через открытые MOSFET-ы. С одной стороны, это упрощает схему; но, с другой стороны, при этом будет иметь значение разброс параметров применённых транзисторов.

Перед тестом, просто для порядка, посмотрим на обратную сторону платы:

Здесь всё хорошо: широкие печатные проводники для сильноточных цепей и обширные контактные площадки для внешних соединений.

Теперь переходим к тестам.

Первый тест: разряд Li-ion аккумулятора через тестируемую плату защиты. Использовался аккумулятор 18650 относительно небольшой ёмкости (2000 мАч), разряд производился на мощный резистор 2 Ом. Для съёма осциллограммы тока использовался резистор сопротивлением

0.12 Ом («самокрутка» из нихромовой проволоки). Кривые снимались осциллографом Fnirsi-1013D.

Посмотрим на осциллограмму финишного участка процесса разряда. На осциллограмме желтая кривая — напряжение на на аккумуляторе (нулевая линия внизу скриншота); голубая линия — ток разряда (нулевая линия — посередине скриншота), развёртка 50 секунд / деление:

Теперь обсудим результаты.

Сначала плата защиты отключает нагрузку при падении напряжения на аккумуляторе до 2.6 В. Затем через некоторое время аккумулятор без нагрузки сам по себе немного восстанавливается до 2.9 В, и плата вновь подключает нагрузку; через несколько секунд напряжение падает, нагрузка отключается, и далее это повторяется ещё несколько раз до полного «успокоения» системы на уровне напряжения аккумулятора в пределах 2.85 — 2.9 В.

Если же нагрузку после первого срабатывания защиты совсем отключить, то самовосстановление аккумулятора продолжается и далее, останавливаясь на напряжении 3.1 В. Здесь важна только величина напряжения; практической же пользы из такого восстановления извлечь не получится: слишком мала величина восстановившегося заряда.

В итоге, в случае, если нагрузка не отключена, то остаточное напряжение аккумулятора оказывается несколько ниже общепринятого порога допустимого разряда.

Если же нагрузка будет полностью отключена, то остаточное напряжение худо-бедно всё-таки попадёт в рекомендуемый интервал.

Второй тест: зарядка аккумулятора через данную плату. Использовался тот же стенд, но теперь мощный резистор 2 Ом использовался для ограничения тока заряда от источника напряжением 5 В. Фактически, добавление этого резистора превратило плату защиты в простой, но полноценный контроллер заряда Li-ion аккумулятора.

Финишный участок процесса заряда (напряжение на аккумуляторе и ток заряда) представлен на следующей осциллограмме (ток аккумулятора поменял знак, естественно):

На осциллограмме видно, что, через небольшое время после отключения тока платой защиты, напряжение на аккумуляторе, лишенном подпитки, чуть-чуть (на 0.1 В) просело.

Этого «чуть-чуть» оказалось вполне достаточно, чтобы напряжение из завышенного (4.3 В) попало в рамки допустимого (4.2 В).

Так что по части защиты от перезаряда констатируем отсутствие каких-либо претензий к тестируемой плате защиты лития. Всё получилось тютелька-в-тютельку!

И, последний по порядку, но не по важности, пункт: проверка на защиту от короткого замыкания.

В течение теста несколько раз при разных напряжениях на аккумуляторе делалось короткое замыкание (без отключения нагрузки).

Защита работала надёжно, напряжение на нагрузке каждый раз сбрасывалось до нуля.

Но есть нюанс: после устранения короткого замыкания напряжение на нагрузке не восстанавливалось. Для восстановления требовалось полное отключение нагрузки хотя бы на долю секунды.

Теперь переходим к следующему герою обзора, который, по идее, должен работать в связке с первым героем.

Конструкция, технические параметры, схемотехника и тест индикатора уровня заряда Li-ion аккумулятора

Индикатор уровня заряда представляет собой небольшую плату с 4-уровневым светодиодным индикатором. Точнее, уровней индикации здесь целых пять; поскольку рамка вокруг четырёх основных индикаторов, как выяснилось в процессе тестирования, тоже участвует в индикации, а не просто служит декорацией.

Электроника индикатора, расположенная на обратной стороне, очень проста:

Здесь расположены: неопознанная микросхема контроллера, линейный стабилизатор напряжения SE8530 (на 3 В), диод «защиты от дурака» (от переполюсовки) T4 и немного всякой мелочи.

Важно: на плате есть контакты S1 — S8 для установки перемычки, обозначающей число секций в аккумуляторе, с которым работает этот индикатор. В процессе теста он проверялся на простом односекционном аккумуляторе 18650, упомянутом в предыдущей части обзора.

Когда напряжение аккумулятора в пределах нормы, то столбик из 4-х светодиодов отображает уровень заряда, а рамка светится просто «для красоты»:

Если напряжение аккумулятора составляет от 3.0 до 3.3 В, то в индикаторе светится только рамка:

А вот в интервале свыше 2.7 и до 3.0 В рамка становится активным участником системы индикации уровня заряда: она мигает, недвусмысленно намекая на катастрофическое падение заряда (недокументированная функция).

При напряжении 2.7 В и ниже рамка просто гаснет: похоже, контроллеру на плате просто не хватает питания.

Теперь — табличка напряжений переключения сегментов индикатора в зависимости от числа секций:

Измерения в односекционном варианте подтвердили указанные значения с высокой точностью (не хуже 2%).

Переключение сегментов в зависимости от уровня заряда не имеет гистерезиса или длительного усреднения показаний; поэтому, если напряжение аккумулятора находится на пограничном уровне между двумя сегментами, то они несколько раз могут перескакивать туда-обратно.

Теперь — о технических ограничениях индикатора.

Этот индикатор, в отличие, например, от индикаторов пауэрбанков, не видит, идёт в аккумулятор ток зарядки или нет, и потому никак не может обозначить факт продолжения зарядки.

В пауэрбанках индикаторы интегрированы в контроллер заряда, и потому видят, идёт зарядка или нет. Факт продолжения зарядки они отображают миганием сегментов или миганием цифр (в цифровых индикаторах).

Описанная проблема не является недостатком индикатора, а является следствием принципа его работы: он подключается к схеме только двумя проводами, и ничего, кроме напряжения, «не видит».

В дополнение надо сказать, что у многих продавцов на Алиэкспресс есть почти такой же индикатор, но без возможности назначения количества секций в подключаемом аккумуляторе и с другим контроллером (14-выводная микросхема). На него этот обзор не распространяется (хотя вполне вероятно, что он функционирует точно так же).

Заключение, итоги и выводы

Протестированные устройства — не слишком сложные по функционированию, но, как оказалось, имеют свои «тонкости» в применении.

Плата защиты Li-ion аккумулятора показала свою высокую эффективность в отношении предотвращения перезаряда и защиты от короткого замыкания, но в отношении защиты от переразряда остались некоторые сомнения. Плата позволяет разрядиться аккумулятору несколько сильнее, чем это принято по современным манерам хорошего тона в электронике.

В принципе, подход производителя контроллера защиты DW01B ясен: они учли явления небольшого падения напряжения в аккумуляторе после отключения зарядки и, наоборот, небольшого восстановления напряжения после отключения нагрузки. Это позволит потребителю по максимуму зарядить аккумулятор и также по максимуму использовать его заряд.

Но если по поводу зарядки аккумулятора всё получилось отлично, то по поводу разрядки вопросы остались. Весьма вероятно, что не стоило допускать такого сильного падения напряжения.

Не факт, что это приведёт к каким-то разрушительным последствиям (не так уж велика реальная разница с общепринятым значением), да и в некоторых статьях вообще утверждается, что литий можно безопасно разряжать аж до 2.5 В. К сожалению, из-за разночтений в разных источниках по этому вопросу окончательно установить справедливость подхода производителя контроллера защиты довольно сложно.

Точно можно сказать, что если уж получилась такая разрядка, то не следует оставлять аккумулятор надолго в разряженном состоянии; а надо при первой же возможности его подзарядить.

Тем не менее, возможность такого сильного разряда в процессе работы приведёт, по крайней мере, к несогласованности с индикаторами заряда, подобными описанному в этом обзоре.

При сильном разряде в небольшом интервале напряжений (ниже 2.7 В и до срабатывания защиты от переразряда) возникнет ситуация, когда аккумулятор ещё работает, но индикатор уже ничего не показывает.

Ладно, слишком много слов сказано о плате защиты, надо что-то и об индикаторе заряда сказать.

Что касается индикатора, то при его применении следует помнить, что при подключении к источнику питания он светится постоянно. Если такая ситуация является неприемлемой, то надо задуматься о его кратковременном подключении по команде пользователя, например, банальной кнопкой для проверки заряда.

В целом же к нему никаких претензий нет: он работает, добросовестно выполняя свой алгоритм.