Индикатор заряда автомобильного аккумулятора своими руками

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

Делаем индикатор заряда и пробега для электро машины

Кому нужен и удобен индикатор заряда батареи в %? На самом деле нам надо знать, как далеко мы сможем проехать на батарее без подзарядки. Давайте сделаем такой индикатор. Он может показывать сколько вы уже проехали (секунд/минут/метров) после полной зарядки а также сколько ещё осталось проехать (метров/секунд/минут) а также общий пробег. Заодно мы на наглядном примере разберёмся с использованием супер Микро Arduino контроллеров семейства ATtiny. Полученное устройство можно использовать на любых детских машинках (например Power Wheels) и, так или иначе на любых электромобилях, электро-квадрациклах, электро-велосипедах, электро-мопедах и электро-машинах для гольфа. Наше устройство будет считать время (в секундах) которое был включен мотор. Подразумевается что средняя скорость примерно одинаковая и всегда нажат полный газ. Потом эти секунды запоминаются и переводятся в метры и километры по запрограммированной формуле.
У разных машин разные батареи. Наше устройство будет работать от 6 до 24 вольт.

И так что-же отображается: 1) Текущий (после полной зарядки батареи) пробег в метрах с точностью до десятков метров. 2) Текущий (после полной зарядки батареи) пробег в часах минутах и секундах с точностью до десятков секунд. 3) Расстояние на которое хватит батареи (используя предварительно выверенное и прописанное время в секундах работы мотора с заряженной батареей) в метрах с точностью до десятков метров. 4) Общее количество мото-часов за все время (как у самолётов) 5) Общий пробег за все время (как у машин) 6) Текущее напряжение на батарее. По нему тоже можно судить о разряде.

Конечно, ёмкость батареи со временем уменьшается. Также есть саморазряд и ухудшение производительности при низких температурах.

Этот проект преследовал две упомянутые выше цели. Мне интересно было разобраться с ATtiny и надоело толкать сына, на разряженном электро квадрике, до дома. ATtiny на порядок дешевле своих больших Arduino собратьев. И часто в проектах где 8кб и 5 GPIO достаточно совершенно незачем палить из пушки по воробьям. У нас конечно получился перекос в том что мы сэкономили на контроллере зато заплатили в три дорого китайцам за индикатор с I2C.

Что нам потребуется: текстолитовая учебная платка 4х4см с шагом 2.54 мм, 5 сопротивлений, 3 диода, 2-3 конденсатора, кнопка сброса, тумблер вкл/выкл, панелька DIP на 8 ног, один крен на 5 вольт и возможно один на 12, один чип ATtiny85 (программируемый например через обычное Arduino из стандартного IDE) и один 8 сегментный светодиодный индикатор на 4 цифры с I2C интерфейсом. Стоимость последнего сильно перевешивает всё остальное и может доходить до 400р. Я покупал на ибее. Всего получается 450-500р

Вот схема устройства и фотографии ручной разводки:

Четыре светодиода это для подсветки габаритов. Зимой темнеет рано и для безопасности лучше чтобы вашего ребенка несущегося по улице было видно из далека.

Печатная плата и детали сборки

Печатная плата изготавливается из одностороннего фольгированного текстолита размером 40 на 37 мм, которую можно скачать здесь. 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 АЛ307 любого цвета свечения.

Данную схему можно использовать не только для контроля напряжения на 12 вольтовых аккумуляторах. Пересчитав номиналы резисторов, расположенных во входных цепях, получаем светодиодный индикатор на любое желаемое напряжение. Для этого следует задаться пороговыми напряжениями, при которых будут включаться светодиоды, а затем воспользоваться формулами для пересчёта сопротивлений, приведенные выше.

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

Рисунок 2.

Схема на основе стабилитрона.

Недостатком такой схемы является ее привязка к ограниченной шкале напряжений стабилитронов. Еще больше усложняет ситуацию тот факт, что низковольтные стабилитроны имеют слишком плавный излом характеристики, не позволяющий точно определить, каким будет напряжение VZ при малых токах в схеме. Одним из вариантов решения этой проблемы может быть использование резистора, включенного последовательно со стабилитроном, чтобы иметь возможность небольшой подстройки за счет некоторого увеличения напряжения перехода.

При показанных сопротивлениях резисторов схема потребляет ток порядка 1 мА. Со светодиодами повышенной яркости этого достаточно для использования прибора внутри помещения. Но даже такой небольшой ток весьма значителен для 9-вольтовой батареи, поэтому вам придется выбирать между дополнительным потреблением тока и риском оставить питание включенным, когда необходимости в нем нет. Скорее всего, после первой внеплановой замены батареи вы почувствуете пользу от этого монитора.

Схему можно преобразовать таким образом, чтобы переход от зеленого к красному свечению происходил в случае повышения входного напряжения. Для этого транзистор Q1 надо заменить на NPN и поменять местами эмиттер и коллектор. А с помощью пары NPN и PNP транзисторов можно сделать оконный компаратор.

С учетом довольно большой ширины переходной области, схема на Рисунке 1 лучше всего подходит для 9-вольтовых батарей, в то время как схема на Рисунке 2 может быть адаптирована для других напряжений.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

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.

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.

Зачем нужен АКБ

Чтобы вовремя заметить это, пригодится индикатор заряда, устанавливаемый в салоне

Автомобильный аккумулятор – это дополнительный источник электроэнергии для машины. Он питает фары, бортовую сеть, используется для запуска мотора. Конструктивно батарея состоит из 6 связанных друг с другом элементов.

Нормальное ее напряжение – 13,5 В, то есть по 2,25 В на каждый элемент. В разряженном состоянии этот параметр будет 9 В и ниже, что уже считается критическим показателем.

Чтобы вовремя заметить это, пригодится индикатор заряда, устанавливаемый в салоне. Но, бывает, что с АКБ все в норме, а сигнализатор продолжает выдавать предупреждения – это знак о том, что пора везти машину в автосервис.

На новых машинах, где много электронной начинки, у водителя есть возможность отслеживать степень разряженности аккумулятора.

Если в наличии автомобиль старой модели, то, чтобы не возиться с вольтметром, проще поставить индикатор заряда, который в любой момент покажет точные данные.

Что он отображает:

• зарядку АКБ от генератора;
• уровень заряда источника тока.

При желании, такой индикатор делается своими руками. Для этого понадобится схема и детали, которые легко отыскать в магазинах.

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:

Принцип работы у них одинаков, определение уровня заряда АКБ и отображение информации в наглядном виде.

Принципиальная схема индикатора

Аккумулятор заряжен, а в глазке не видно зеленого цвета

Аккумуляторы, оборудАккумуляторы, оборудованные глазком, позволяют быстро оценить состояние зарядаованные глазком, позволяют быстро оценить состояние заряда

Такая ситуация случается. АКБ долго стоит на зарядке, но в глазке не видно зеленого поплавка. В чем причина:

• зеленый шарик попросту застрял в патрубке и не может подняться. Решается легкой тряской батареи;
• в конструкции аккумулятора есть пластины, и они имеют свойство портиться. Мусор от них и мешает устройству отображать точные данные;
• АКБ испорчен.

Аккумуляторы, оборудованные глазком, позволяют быстро оценить состояние заряда. Но, по мнению многих автолюбителей, это ненадежный метод, поэтому выбирают привычный способ проверить напряжение – нагрузочной вилкой.

Разрядившаяся в самый неподходящий момент аккумуляторная батарея автомобиля мало кого способна обрадовать, разве что тех, кто хотел остаться дома.

Чтобы в будущем не быть свидетелем таких «сюрпризов», многие автовладельцы устанавливают индикаторы, которые бывают нескольких видов. Но не стоит забывать и про привычный способ проверки степени заряда – вольтметром.

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.

Поделки своими руками для автолюбителей

Сегодня статья будет с процессом сборки простого индикатора уровня заряда аккумуляторов, но с более высокоточной схемой, которая пригодна для реального использования и может стать отличным дополнением на панели приборов вашего автомобиля.

Индикатор построен на базе микросхемы ELM339, она в свою очередь представляет из себя четыре отдельных компаратора в едином корпусе.

Компаратор имеет два входа и один выход, он просто сравнивает напряжение на входах, исходя из этого на выходе получаем либо логический 0, либо единицу.

Использованный в схеме компаратор можно найти на платах компьютерного блока питания, ориентируйтесь по цифрам 339, буквы могут отличаться в зависимости от производителя.

В качестве индикаторов задействованы 3 миллиметровые светодиоды.

Схема работает очень простым образом, имеем источник опорного напряжения в лице стабилитрона, цепочки из резисторов представляют из себя делители, которые создают на входах компараторов определенное напряжение, назовем их пороговыми.

Компаратор постоянно сравнивает эти напряжения с напряжением, которые образуют делитель на резисторах R5 и R6, этот делитель снижает напряжение тестируемой батареи в три раза, если напряжение на прямом входе компаратора больше чем на инверсном, то на выходе получаем логическую единицу или напряжение питания.

Светодиод светится, если всё наоборот, то на выходе получаем логическую 0 или массу питания, светодиод в данном случае не светится.

Входные делители подобраны в узком диапазоне, поскольку схема предназначена для работы в качестве индикатора заряда 12-вольтовых аккумуляторов.

Маломощный диод 4148 защищает микросхему компаратора от обратной полярности.

Токо-ограничивающие резисторы для светодиодов подбираются с сопротивлением от 1 до 2,2 килом, можно ограничиться всего одним резистором.

Печатная плата довольно компактна, рисовал на скорую руку, но разводка неплохая, кстати её вы можете скачать в конце статьи.

Для проверки этой платы нам нужен лабораторный источник питания на котором нужно выставить напряжение около 13,5 — 14 вольт, имитируя полностью заряженный автомобильный аккумулятор.

Загораются сразу все светодиоды, постепенно снижая напряжение на блоке питания мы можем наблюдать потухание светодиодов при определенных напряжениях.

Горение только красных светодиодов означает, что аккумулятор почти разряжен.

Можно пересчитать входные делители и использовать схему для аккумуляторов с иным напряжением, кстати эту схему можно также применить и в зарядных устройствах.

Автор; АКА Касьян

Популярное;

• Цифровой пробник на микросхеме К155ЛА8
• Отличная приставка для зарядного устройства, схема
• Индикатор АКБ на светодиодах схема для начинающих
• Индикатор для проверки и контроля уровня зарядки АКБ
• Индикатор заряда и разряда аккумулятора авто
• Универсальная схема защиты от понижения или повышения напряжения.
• Мощное зарядное устройство для любых аккумуляторов
• Автомобильный, светодиодный индикатор напряжения, схема

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.

Источник