Индикатор разрядки батареи. Индикатор разряда аккумулятора
Индикатор разряда Li-ion/Li-pol аккумулятора
Как то обзавелся я Li-ion –выми аккумуляторам, все бы хорошо, да не умеют они отключатся сами когда полностью разряжены. Была выдрата «платка- выключалка» с батареи мобильника,и припаяна к батареи.
Глубоко в лесу заряжая от нее телефон, я понял что батарея все таки села, и на сколько села было не ясно.Через неделю вернувшись домой,я в ужасе понял что похоже я перешел границу глубокого разряда, «платка- выключалка» оказалась нерабочей.
Задался поиском простого и надежного индикатора. К сожалению в Интернете я встретил только примитивные конструкции на «рассыпухе».Я уверен что потратил бы не один день подбирая номиналы резисторов и стабилитронов.
К счастью я нашел пример использования ADC микроконтроллера.
Язык С знал поверхностно, но все таки решил приспособить для своей задачи этот кусок кода.
Сначала была использована atmega8,с внешним источником опорного напряжения на диодах, но как выяснилось этот ИОН сильно плавал. Внутрений же ИОН atmega8 был 2.56в и его использовать для измерения напряжения до 2.5 нельзя.
Порывшись в деталях я нашел atmega88-"отлично у нее внутренний ИОН 1.1в!"
Нарисовал схемку,что бы удобно было разводку печатки делать.
Сделал платку и подкорректировал и дописал программку под свои нужды.
Неуверенность была в том заработает ли мега от 2.5в,без проблем работала от 2.3в. Алгоритм работы устройства такой:
При появления питания индицирует напряжение источника питания, где то через 10с гаснут индикаторы, и через минуту снова загораются.
Если напряжение ниже ~2.5-2.6в начинает мигать самый последний светодиод, независимо была ли потушина индикация или нет.
Если вдруг напряжение выросло-перестает мигать,и возвращается в нормальный режим.
Такой алгоритм был выбран для уменьшения разряда батареи.
Ток потребления без индикации 0.2мА,с индикацие 24мА.
Для большей работоспособности при малых напряжениях использован внутренний генератор на 128кгц(следует учесть при повторном программировании!).
Каждый светодиод зажигается если напряжение больше какого то значения, в данном случае:
2.5v 2.7v 2.9v 3.1v 3.3v 3.6v 3.8v 4.0v
Точность индикатора к моему удивлении получилась достаточно высокая.
Печатная плата в формате Sprint Layout, размер 2х3см.
Получился вот такой девайсик:
Отдельный вопрос касается программирования микроконтроллера.
Я пользуюсь программатором от PROTTOSS http://prottoss.com/...programmer.htm.
5-я версия avr студии не поддерживае avr910,а в 4-й в AVR PROG нет такого микроконтролера,к тому же на компьютере у меня нет com портов для PonyProg. Выйти из замкнутого круга удалось скачав CodeVisionAVR205(вылеченную),порадовало окошко чип програмера похожее на Pony Prog.
Ну и самое главное фузы:
|
Как вам эта статья? Нравится
|
Заработало ли это устройство у вас? Заработало сразу
|
|||
|
Dr. Alex |
Из теории об аккумуляторных батареях мы помним, что литиевые аккумуляторы нельзя разряжать ниже уровня 3,2 Вольт на банку, иначе он теряет заложенную емскость и гораздо быстрее выходит из строя. Поэтому контроль минимального уровня напряжения очень важен для литиевых батарей. Конечно в мобильном телефоне или ноутбуке вариант критического разряда исключен умным контроллером, а вот аккумулятор для китайского фонарика можно убить очень быстро, а потом писать на форумах, какое гавно выпускают китайцы. Чтобы подобное не произошло предлагаю собрать одну из простых схем индикатора разряда литиевого аккумулятора.
В роли элемента индикации в данной схеме используется светодиод. В качестве компаратора используется прецизионный регулируемый стабилитрон TL431. Напомним TL 431 - регулируемый кремниевый стабилитрон с выходным напряжением, которое задается в любом значение от 2.5 до 36 вольт с использованием двух внешних резисторов. Порог срабатывания схемы задается делителем напряжения в цепи управляющего электрода. Для автомобильного аккумулятора надо подобрать другие значения резисторов.
Светодиоды лучше всего взять синие яркие, они наиболее заметны. Стабилитрон TL431 - используется во многих импульсных блоках питания в цепи управления оптроном защиты и его можно позаимствовать от туда.
Индикатор, в роли которого используется с ветодиод начинает мигать, как только напряжения на батарее снизится ниже контролируемого уровня. Схема детектора базируется на специализированной микросборке MN13811, а схема реализована на основе биполярных транзисторов Q1 и Q2.
Если используется микросхема MN13811-M, то когда напряжение на батарее падает ниже 3.2В, светодиод начинает мигать. Огромным плюсом схемы является то, что во время мониторинга схема потребляет меньше 1 мкА, а в режиме мигания около 20 мА. В устройстве задействованы два биполярных транзистора разной проводимости. Интегральные микросхемы серии MN13811 имеются на разное напряжение, в зависимости от последней буквы, поэтому если требуется микросборка на другой порог срабатывания, то можно использовать эту же микросхему, но с другим буквенным индексом.
Читатель Максим недавно прислал Li-ion аккумуляторы формата 18650, предупредив, что они не любят глубокого разряда, равно как и перезаряда (для меня, трансформаторно-сетевой души, такие вещи в новинку). Ладно, с зарядкой вопрос почти решен — Дядюшка Ляо пообещал выслать модули на TP4056. А уж с контролем низкого напряжения можно и самостоятельно разобраться, например, применив сдвоенный компаратор LM393 .
Немного теории
. Литий-ионный аккумулятор 18650 называется так из-за размеров: диаметр 18 мм, длина 65 мм. Как и любой Li-ion, не имеет «эффекта памяти», не терпит полной разрядки (ниже 3 вольт лучше не разряжать) и при неправильной зарядке может взорваться. Есть модели со встроенной защитой, которая отключает батарею при глубоком разряде и по окончании зарядки, но моих это не касается.
Полностью заряженная батарея выдает 4,2 вольта. Соединив их последовательно, получаем 8,4 вольта, чего вполне хватает для работы «Спидолы 242» на свежем воздухе почти без помех и совсем без мультипликативного фона, и даже с подсветкой. Чтобы при хранении «крокодилы» случайно не замкнулись — закусываю их на ушную палочку или зубочистку. Из-под изоленты выглядывает металлическое ушко — точка соединения двух «банок».
Принцип работы
. Измеряемое напряжение с делителя R1
, R2
поступает на инвертирующие входы компараторов In-1
, In-2
(оно в два раза меньше входного), а эталонное (3,3 вольта) — на прямые входы In+1
, In+2
.
Допустим, батарея полностью заряжена (8,4 вольта). Тогда на второй и шестой ногах микросхемы 4,2 вольта, что больше, чем 3,3. Красный светодиод VD2 не включен, светится зеленый VD3 . Напряжение в норме.
Батарея разрядилась до 7 вольт. Измеряемое напряжение — 3,5 вольта, все еще больше, чем 3,3, и все еще светится зеленый индикатор.
Батарея разрядилась до 6,4 вольта. Измеряемое напряжение — 3,2 вольта, что меньше, чем 3,3. Включается красный светодиод, а зеленый гаснет. Пора заряжать.
Путевые заметки:
— из экономии индикатор включается «по требованию» через тактовую кнопку;
— при длительной работе левая часть схемы (резисторы и стабилитрон) греется сильнее, чем хотелось бы;
— с помощью R3
можно немного менять пределы срабатывания компаратора: так, при 750 Омах это было 6 вольт ровно, а при подключении в параллель к ним 1,5 кОм (общее сопротивление 500 Ом) стало 6,4 вольта;
— подобрав стабилитрон VD1
и резистор R3
, можно следить за разрядом аккумуляторов на другое напряжение;
— если хочется посадить VD3
катодом на «землю» (например, в случае двухцветного светодиода), то надо подключить R5
и анод VD3
к седьмой ноге микросхемы, а In+2
и In-2
поменять местами;
— если индикация нормального напряжения не нужна, то все элементы и связи ко второму компаратору (ножки 5 -7) можно убрать.
Потрошить свою батарею и немедленно припаивать индикатор не стал — авось, не последняя, а вот изоленты жалко.
На будущее — в продаже есть модульные держатели, с помощью которых можно легко собрать воедино неограниченное количество аккумуляторов.
А вот проверенная схема всегда сгодится.
Дополнение от 15.09.16
Равно как и сгодится старый ноутбучный аккумулятор, которому можно дать второй шанс (пусть и с электроникой попроще, типа радиоприемника). Сдвоенные «банки» не стал разделять, поэтому их последовательное соединение вышло довольно длинным. Слева и справа — модули зарядки на TP4056.
Li-ion очень капризен к переразряду и чтобы не убить аккумулятор, решил сделать самодельный индикатор разряда аккумулятора для шуруповерта. описывал ранее. Светодиод на корпусе акб должен загораться и гореть при падении напряжения ниже заданного уровня.
Для чего нужен индикатор разряда аккумулятора.Например, вы используете литий-ионые аккумуляторы без платы защиты. Чтобы не перегрузить их случайно можно поставит обычный плавкий предохранитель ампер на 30. Берем автомобильный или делаем самодельный из медной жилы сечением 0.5мм2.
Для того, чтобы не переразрядить АКБ больше нужного предела используем приведенный ниже индикатор разряда, светодиод которого загорится, когда аккумулятор разрядиться до установленного уровня. Балансировку осуществляем при заряде для этого я вывел на корпус разъем.
Также можно настроить схему на промежуточную разрядку например 50% или 75%-типа скоро сядет. Или даже использовать несколько схем настроенных на разные напряжения. Например, три. Один загорается при 75%, второй при 50%, а третий при 25% от заряда.
Схема самодельного индикатора.Итак к схеме (нарыл в интернете). Схема собрана, проверена, заработала сразу.
В схеме используется TL431 .
Очень удобная штука, я вам скажу. Многие схемы с ней сильно упрощаются. Так что можете закупать их сразу пачку, как я.
На ее основе можно так же сделать и балансир для аккумулятора, но об этом в другой раз.
Брал . У них пачка стоит, как у нас одна штука.
Транзистор BC547 очень распространен, стоит копейки и есть в любом магазине радиокомпонентов. Можно купить и у китайцев , но он и так очень дешевый. Если только тоже пачку взять.
Резисторов я уже закупил в свое время разных номиналов. Вот очень дешевый набор резисторов , который еще долго будет вас радовать.
R1*(у меня)=4,6K; R2=1К; R3=11К(подобран под транзистор BC547); R4=1,5К(подбираем под светодиод в зависимости от напряжения питания схемы).
Светодиод берем любой маломощный трех миллиметровый , просто smd не удобно монтировать в корпус.
Расчет резистора R1 под необходимое напряжение срабатывания схемы осуществляется по формуле: R1=R2*(Vo/2,5В - 1) .
Я рассчитывал чтобы индикатор загорался при 14В, то есть при 3,5В на банку (мой АКБ состоит из четырех АКБ номиналом 3.7В). В полностью заряженном состоянии 16.8В (по 4.2В на банку). Возьмем R2 равный 1К. (При настройке на низкие напряжения, например 3.6В, необходимо R2 брать 10К).
Итак рассчитываем на 14В . R2=1КОм=1000 Ом. R1=1000*(14В/2,5В-1)=1000*(5,6-1)=1000*4.6=4600 Ом = 4,6КОм (Для шуруповерта на 14.4В (4 банки по 3,7В), переделанного на литий).
Для 12В (3 банки по 3,7В) шуруповерта при 10,5В R2=1К R1=1000*(10,5/2,5-1)= 3,2КОм .
Для 18В (5 банок по 3,7В) шуруповерта , переделанного на литий: срабатывание при 17,5В R2=1К R1=1000*(17,5/2,5-1)= 6КОм .
Список значений R1 при R2=1КОм для тех кому лень считать:
- 5В – 1К
- 7,2В – 1,88К
- 9В – 2,6К
- 10,5В — 3,2К
- 12В – 3,8К
- 14В — 4,6К
- 15В - 5К
- 17,5В — 6К
- 18В – 6,2К
- 20В – 7к
- 24В – 8,6к
Готовый индикатор разряда аккумулятора шуруповерта.
Работает четко, стабильно. В настройке не нуждается.
Для сборки покупал у китайцев с бесплатной доставкой:
Набор резисторов из 30 номиналов по 10шт
. Вего 300 шт.
Пачка TL431
за копейки.
