Реклама на портале

6 вольтовый индикатор зарядки акб. Индикатор заряда аккумулятора. Какие существуют индикаторы заряда автомобильного аккумулятора

Всем радиолюбителям привет! Сегодня хочу Вам рассказать об успешном повторении мною одной индикатора заряда аккумулятора. На том сайте её уже испытывал и выкладывал уважаемый Воробьёв Максим. Она не содержит дефицитных компонентов и может быть собрана даже начинающими радиолюбителями, потому что не нуждается в настройке. При исправных деталях и правильном монтаже начинает работать сразу. Вот собственно и схема:

Только я её немного изменил под свои детали. Так как не было стабилитрона на 5,6 вольт, поставил на 6,8 вольт, пришлось изменить R1 на 82 кОм. И параллельно HL3 поставил резистор на 1,2 кОм, потому что наблюдалось некоторое засвечивание светодиода.

Операционные усилители использовал те, что были в наличие (в моём случае кр140уд708). Резисторы были в SMD. Вот собственно, что получилось:

Единственное, что забыл - это про конденсатор С1, поэтому его припаял потом на выводы питания с обратной стороны:

Теперь данное устройство будет трудиться на самодельном тракторе моего отца. Плата в формате Lay6 прилагается . Всем удачи в повторении сего не хитрого девайса.

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

Схема индикатора

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


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

Далеко не во всех автомобилях есть индикатор, отображающий уровень зарядки аккумулятора. Автолюбитель должен самостоятельно отслеживать этот показатель, периодически проверяя его с помощью вольтметра, предварительно отключив батарею от электросети машины. Однако простой электронный прибор позволит получить примерные показатели, не выходя из салона.

Выбор схемы и комплектующих

Готовая конструкция

Конструктивно самодельный индикатор контроля заряда аккумулятора состоит из электронного блока, на корпусе которого располагается три светодиода: красный, синий и зеленый. Выбор цвета может быть другой – важно, чтобы при активации одного из них полученная информация была правильно истолкована.

Из-за небольших размеров устройства можно использовать обыкновенную макетную плату. Предварительно выбирается оптимальная схема устройства. Можно найти несколько моделей, но самый распространенный и, следовательно, работоспособный вариант индикатора заряда аккумулятора показан на рисунке.

Схема платы и ее компонентов

Перед установкой комплектующих необходимо согласно схеме расположить их на печатной плате. Только после этого можно обрезать ее до нужных размеров. Важно, чтобы индикатор имел минимальные габариты. Если планируется его монтаж в корпус – следует учитывать его внутренние размеры.

Данная схема рассчитана для контроля работы аккумулятора автомобиля с напряжением сети от 6 до 14 В. Для других значений этого параметра следует изменить характеристики комплектующих. Их перечень указан в таблице.

Как такового датчик заряда аккумулятора не существует. Контроль за зарядом осуществляется по приборам, которые включаются непосредственно в схему электропроводки и контролируют её состояние.

Амперметр в качестве датчика заряда.

На старых автомобилях для этих целей часто применялись амперметры, двойного действия, которые показывали направление и силу проходящего по цепи тока. Прибор устанавливался в разрыв цепи между аккумуляторной батареей и потребителями с генератором. При включении потребителей, когда питание потребителей осуществляется от аккумулятора, стрелка амперметра откланяется от нуля в сторону минуса показывая разряд батареи. При работе двигателя, когда генератор начинает работать и выдаёт напряжение выше напряжения аккумуляторной батареи (13,5 – 14,5В), стрелка прибора откланяется к плюсу на величину проходящего через амперметр тока, показывая заряд батареи. Когда аккумулятор заряжен, то есть напряжение генератора равно или разница минимальна, стрелка находится у нулевой отметки.

Вольтметр как датчик заряда аккумулятора.

Последнее время в качестве прибора оценивающего работу генератора и аккумулятора, большое распространение получил вольтметр. Вольтметр подключается непосредственно к проводу, подающему питание к приборной доске. Подключение вольтметра намного проще, чем у амперметра, что намного упрощает схему и уменьшает цепи незащищённые предохранителями. Но с другой стороны на показания вольтметра влияет большое количество контактных соединений, что приводит к погрешности показаний. Этот фактор необходимо учитывать при диагностике работы генератора и аккумулятора. Так же вольтметр не показывает путь тока, то есть при неисправности аккумулятора он не будет заряжаться, то по вольтметру это ни как не заметить, в отличае от амперметром.

Датчик заряда аккумулятора, контрольная лампа.

Совместно с амперметром и вольтметром в качестве контроля заряда аккумулятора применяется сигнальная лампа, в качестве “датчика заряда аккумулятора ” используется генератор. Так же лампа зарядки может использоваться и без дополнительных приборов.

Существует несколько контрольной лампы. В зависимости от схемы подключения контрольная лампа показывает состояние элементов генератора и наличие напряжения заряда. Если при включении зажигания загорается лампа контроля заряда, значит и элементы генератора исправны, в противном случае необходимо искать неисправность. В некоторых схемах через цепь контрольной лампы осуществляется первоначальное возбуждение.

В отличие от амперметра и вольтметра контрольная лампа показывает только исправность цепи первоначального возбуждения генератора. По ней можно определить исправность регулятора напряжения и обмотки возбуждения, но о полном исправности генератора судить нельзя. Тем более трудно судить о заряде аккумуляторной батареи.

admin 31/05/2011

«Если Вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста выделите это место мышкой и нажмите CTRL+ENTER» "Если статья была Вам полезна, поделитесь ссылкой на неё в соцсетях"

Все мы оказывались в ситуации, когда очень важно знать, насколько сильно разряжен аккумулятор и сколько времени остается до отключения устройства. Максимально точно определить заряд и время поможет малопотребляющая микросхема MAX17055 на базе алгоритма ModelGauge m 5 EZ от Maxim Integrated .

Носимые устройства являются привлекательным и растущим сегментом рынка, в котором интеллектуальные часы продолжают удерживать доминирующее положение. Каждый производитель стремится занять лидирующую позицию в этой переполненной и конкурентной среде, в то время как потребители требуют точного определения заряда аккумуляторной батареи и максимально долгой работы устройств (рисунок 1). Рассмотрим требования, связанные с важной функцией контроля за емкостью аккумулятора, а также познакомимся с прорывной технологией, которая решает эти задачи.

Проблемы затягивания сроков вывода устройств на рынок

Эффективность использования аккумулятора зависит от качества применяемой математической модели, которая лежит в основе алгоритма измерения уровня заряда. Если потратить время на исследование индивидуальных характеристик аккумулятора, то вы получите более точное математическое описание, сможете снизить возможность возникновения ошибки текущего состояния заряда (SOC) и правильно спрогнозировать, когда аккумулятор приближается к полному разряду.

Энергия, запасенная в батарее (емкость в мА·ч), зависит от таких параметров как нагрузка и температура. В результате разработчики должны снимать характеристики заряда/разряда аккумулятора для работы в самых разнообразных условиях. Как только модель заряда-разряда, описывающая поведение аккумулятора, определена – она загружается в специализированную микросхему, которая следит за состоянием SoC в процессе работы аккумулятора (эти микросхемы часто называют «топливомером» или Fuel Gauge . Прим. ред.) . Тщательный контроль за состоянием аккумулятора позволяет обеспечить более высокий уровень безопасности при заряде и разряде, продлить срок службы аккумулятора.

Получение модели аккумулятора является проблемой, увеличивающей срок вывода продукта на рынок. Трудности в обслуживании потребителей любого уровня, в том числе — и наиболее крупносерийных, также составляет сложность для производителей. Поставщики интегральных схем (ИС) традиционно ориентированы на производителей крупных серий устройств, поскольку для получения модели часто требуется обширная исследовательская работа, и только некоторые производители ИС имеют необходимые для этого ресурсы.

Проблемы оценки времени работы аккумулятора

Одним из важных последствий использования неточной модели аккумулятора является высокая погрешность при оценке времени его работы. Типовой суточный сценарий работы интеллектуальных часов включает в себя 5 часов в активном состоянии, в том числе таких действий как проверка времени и уведомлений, использование приложений, воспроизведение музыки, разговоры и тренировки, и 19 часов в пассивном состоянии (только проверка времени). Если устройство потребляет 40 мА в активном режиме и 4 мА в пассивном, то в общей сложности потребление составит 276 мА·ч в день, что примерно соответствует емкости типичной аккумуляторной батареи. Точное предсказание времени работы батареи необходимо для предотвращения неожиданных или преждевременных перерывов в работе устройства.

Продолжительность времени работы также важна. В пассивном режиме типовая аккумуляторная батарея может выдерживать до 69 часов работы (276/4 мА). Типовая микросхема Fuel Gauge , потребляющая 50 мкА, сократит время работы батареи в пассивном режиме примерно на 52 минуты, а такой величиной уже нельзя пренебрегать.

Использование технологии EZ для решения проблем

Компания Maxim Integrated создала алгоритм для точной оценки состояния заряда и безопасного управления для большинства аккумуляторных батарей. Алгоритм был разработан после изучения характеристик обычных литиевых аккумуляторов.

В алгоритме ModelGauge™ m5 EZ (EZ) используется модель аккумулятора, встраиваемая в ИС Fuel Gauge, которая настроена на конкретное приложение. Проектировщики могут создавать модели аккумуляторов, используя простую утилиту настройки, которая входит в состав программного обеспечения оценочного набора. Разработчику системы необходимо предоставить значения только трех параметров:

  • емкость (зачастую указывается на этикетке или в документации на аккумулятор);
  • напряжение аккумулятора, которое будет считаться напряжением полного разряда аккумулятора (зависит от приложения);
  • напряжение полного заряда аккумулятора (если оно выше 4,275 В).

С технологией EZ разработчикам больше не нужно самостоятельно строить модель аккумулятора, поскольку это уже было сделано производителем микросхемы контроля состояния заряда(Fuel Gauge).

Несколько адаптивных механизмов, реализованных в алгоритме EZ, еще больше повышают точность измерения уровня заряда за счет дополнительного изучения характеристик аккумуляторной батареи в процессе работы. Один из таких механизмов гарантирует, что по мере разряда аккумулятора показания датчика будут стремиться к 0%. Поэтому датчик сообщает об уровне заряда (SOC), равном 0%, как только напряжения ячейки снизится до уровня полного разряда.

Если мы зададимся величиной бюджета ошибки на уровне 3%, то при измерении полного разряда аккумулятора 95,5% всех моделей EZ пройдут тестирование. Это очень близко к показателям, демонстрируемым лабораторными моделями, которые успешно проходят испытания в 97,7% тестовых случаев. Как показано на рисунке 2, механизм EZ работает примерно на том же уровне точности, когда батарея только приближается к полному разряду, и это наиболее важно.

Для многих пользователей недостаточно знать уровень заряда или оставшуюся емкость аккумулятора. На самом деле они хотят знать, сколько времени осталось до полного разряда. Упрощенные методы, такие как деление оставшейся емкости на настоящую или будущую нагрузку, могут привести к чрезмерно оптимистичным оценкам. Алгоритм EZ способен дать гораздо более точную оценку времени до полного разряда, основываясь на известных параметрах батареи, температуре, уровне нагрузки и значении напряжения полного разряда для конкретного приложения.

Благодаря алгоритму EZ крупносерийные производители могут использовать его в качестве отправной точки для быстрой разработки. И только после того, как они получат рабочий прототип, можно перейти на специализированную выверенную модель заряда-разряда. Менее крупные производители могут применять алгоритм EZ для наиболее доступных аккумуляторов, с тем лишь условием, что разброс параметров аккумуляторов не будет слишком большим.

MAX17055: Fuel Gauge c ModelGauge m5 EZ

Микросхема MAX17055 на базе алгоритма ModelGauge m5 EZ предназначена для работы с аккумулятором, состоящим из одной ячейки. В режиме ”Shutdown Mode” она потребляет 0,7 мкА, а в спящем режиме – всего 7 мкА и всего 18 мкА в активном состоянии, что идеально подходит для носимых устройств с батарейным питанием. Интерфейс I²C обеспечивает доступ к регистрам данных и управления и обеспечивает полный контроль над микросхемой.

Сравнительный анализ погрешностей измерения

На рисунке 3 представлен сравнительный анализ погрешностей MAX17055. Эта диаграмма показывает, что при почти полном разряде аккумулятора микросхема MAX17055 в большинстве тестовых случаев (15 из 26) обеспечивает погрешность не более 1%, в то время как конкурирующий аналог демонстрирует гораздо более высокую погрешность для одного и того же количества испытаний.

Преимущества при оценке времени работы

Малая погрешность около значений состояния полного разряда аккумулятора обеспечивает оптимальное использование заряда батареи, увеличение времени работы и минимизацию возможности неожиданного или преждевременного прерывания работы устройства, то есть позволяет лучше прогнозировать время работы до полного разряда.

Увеличение срока службы по сравнению с конкурентами

Использование ИС Fuel Gauge с малым значением тока собственного потребления увеличивает время работы аккумулятора. Для MAX17055 ток в активном состоянии составляет 18 мкА, что на 64% ниже, чем у ближайшего конкурента. Кроме того, в спящем режиме ток падает до 7 мкА. Применяя эти характеристики к рассмотренному в начале статьи суточному сценарию для умных часов, можно посчитать, что время работы аккумулятора сокращается уже не на 52 минуты, а всего лишь на 7 минут. Это – существенное увеличение времени работы.

Заключение

Очень важно использовать качественные математические модели заряда-разряда аккумуляторов для построения эффективной системы измерения заряда, которая определяет время работы аккумулятора с максимальной точностью. Сложности, возникающие при построении точных моделей аккумуляторов, увеличивают время выхода устройств на рынок и препятствуют выпуску небольших серий устройств с батарейным питанием. Прорывной подход, основанный на алгоритме E7 ModelMauge m5 EZ, встроенном в MAX17055, делает процесс разработки быстрее, проще, дешевле и обеспечивает более эффективное использование аккумуляторов в широком спектре приложений.