Индикаторы степени разряда аккумуляторных батарей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы

 Комментарии к статье

Контроль состояния аккумуляторных батарей - забота как владельцев автомобилей, так и радиолюбителей, применяющих их в переносной аппаратуре или в составе резервных источников питания. Несоблюдение правил эксплуатации аккумуляторов (перезаряд, глубокий разряд) сокращает срок службы и ухудшает характеристики этих изделий.

В радиолюбительской литературе описано довольно много устройств, предназначенных для контроля напряжения батарей. Для аккумуляторов малой емкости главное требование - малый потребляемый ток. Такому требованию отвечает, например, однопороговый сигнализатор [1], потребляющий в ждущем режиме всего 2 мкА. Для автомобильных аккумуляторов вполне подходят "прожорливые", но с более широкими возможностями двухпороговые индикаторы, например предложенные в [2, 3].

Сигнализация состояния батареи в них осуществляется по-разному: в первом устройстве при понижении напряжения ниже порога включается и постоянно светится единственный светодиод; во втором непрерывно светится единственная лампа накаливания при выходе напряжения за верхний (или нижний) предел; в третьем используют два светодиода, и состояние батареи определяют по яркости их свечения (половинной или нормальной).

Бесспорно, что такие варианты сигнализации не совсем удобны - постоянно светящийся индикатор слабо привлекает внимание (тем более что на приборной доске автомобиля светящихся индикаторов более чем достаточно), а различить еще и степень яркости свечения светодиодов весьма затруднительно, особенно при дневном свете.

Принципиальным отличием представленных в этой статье конструкций является то, что нестандартные режимы индицируются мигающими индикаторами, которые с гораздо большей вероятностью способны привлекать внимание. Это особенно важно, если они не постоянно перед глазами (как приборный щиток в автомобиле), а расположены в блоке резервного питания, который гораздо реже контролируют визуально - проблемы с выходом напряжения батареи из "нормы" довольно редки. Однако необходимо быть уверенным, что батарея заряжена или подзаряжается, а также знать степень ее разрядки.

На рис.1 изображена принципиальная схема индикатора для контроля напряжения в пределах 7-9 В аккумуляторной батареи типа 7Д-0,115, которые часто используют в переносной аппаратуре. За основу взята схема, опубликованная в [1], где источник опорного напряжения и пороговое устройство выполнены на универсальной логической микросхеме К176ЛП1, причем отмеченный авторами этой публикации недостаток - заметная зависимость порога от окружающей температуры (снижается на 0,25 В с ростом температуры на 10°С) можно считать вполне приемлемой платой за малое энергопотребление. Этот датчик, кроме изменения параметров нескольких резисторов, дополнен генератором импульсов на КМОП-инверторах К176ЛА7.

(нажмите для увеличения)

Напряжение контролируемого аккумулятора с делителя на резисторах R1-R3 подается на вход компаратора (вывод 3 DD1). Если напряжение на нем окажется выше установленного резистором R2 порога, на его выходе (вывод 12) - лог."0", который удерживает генератор импульсов в заторможенном состоянии. При этом на выводе 3 DD1 - лог."1", а инвертор DD2.3 обеспечивает выключение светодиода. В этом состоянии энергопотребление не превышает нескольких микроампер, что позволяет подключать индикатор к аккумулятору, минуя выключатель питания, и контролировать его состояние постоянно.

Если напряжение оказывается ниже порога, то на выходе компаратора появляется лог.1", запускающая генератор на элементах DD2.1-DD2.2. Светодиод VD1, являющийся нагрузкой инвертора DD2.3, начинает вспыхивать с частотой около 1 Гц, и устройство потребляет хотя и меньший, чем в прототипе [1], но все-таки значительный ток (единицы миллиампер).

Соединение светодиода VD1 непосредственно с выходом инвертора без балластного резистора возможно, поскольку логический элемент действует как источник тока - выходной ток ограничивается величинами начальных токов КМОП-структур и согласуется с интервалом рабочих токов большинства светодиодов [4].

На рис.2 показана печатная плата устройства (вид со стороны проводников).

Предусмотрена возможность составления резисторов R1 и R4 из нескольких последовательно соединенных меньшего сопротивления. Неиспользуемые входы лишнего элемента 2И-НЕ микросхемы DD2 заземлены.

Вторая конструкция разработана для функционирования в составе аварийного источника питания со стационарной герметичной аккумуляторной батареей FIAMM-GS 12 В емкостью 7,2 А.ч. В отличие от автомобильных батарей, в таком источнике питания батарея подзаряжается от сетевого зарядного устройства постоянно, через ограничитель тока и напряжения. При правильном конструировании перезаряд практически исключен и индицировать повышенное напряжение явно излишне.

Но крайне необходим контроль степени разряда батареи после исчезновения сетевого напряжения и переключения потребителей на резервный источник, чтобы предотвратить глубокую разрядку и вовремя отключить эту нагрузку. Желательно также, чтобы индикатор разряда показывал несколько уровней - близкий к номинальному заряд (при подзарядке аккумуляторной батареи от сети), а также разряд, например, на уровне 50 и 75%.

Принципиальная схема индикатора, который удовлетворяет таким требованиям, показана на рис.3. Он имеет уже двухпороговый компаратор (за основу взята схема включения двух операционных усилителей [2]), который в сочетании с генератором импульсов и двумя светодиодными индикаторами способен показывать 3 степени разрядки батареи, причем две из них для большей заметности - миганием, при разрядке на половину емкости.

(нажмите для увеличения)

Пороги срабатывания компараторов устанавливают резисторами делителя напряжения R1 (подстройка), R2-R4. Указанные в схеме номиналы соответствуют двум порогам: U1=12,1 В (DA1.1) и U2=12,8 В (DA1.2) при опорном напряжении Uоп = 3,3 В, полученным от стабилитрона типа КС133А зарядного устройства. При другом применении следует предусмотреть для него место на печатной плате вместе с резистором 1-1,2 кОм.

Один из компараторов (ОУ DA1.2) управляет генератором импульсов, а второй (ОУ DA1.1) - цветом включенного светодиода. Логику работы индикатора поможет иллюстрировать табл.1

Таблица 1

(нажмите для увеличения)

Примечание: М - меандр скважностью 2 и периодом ≥1 с.

Если напряжение батареи превышает U2, на выходе компаратора DA1.2 (контрольная точка D) будет лог."0", который удерживает генератор импульсов, собранный на элементах DD1.2, DD1.3, R5, C2 аналогично предыдущей схеме, в ждущем режиме. В контрольной точке G, куда подключены катоды обоих светодиодов, присутствует лог."0". Цвет включенного в данный момент времени светодиода определяется напряжением на выходе компаратора DA1.1 (контрольная точка C) - при лог."0" погаснет зеленый VD4, но инвертор DD1.1 (контрольная точка E) включит красный VD3.

Когда Ucc ниже порога U1, на выходе DA1.2 в точке D появляется лог."1", которая запускает генератор импульсов, и в точке G появляется меандр: при "0" светодиоды горят, а при "1" выключены. Диоды VD1 и VD2 блокируют появление на светодиодах напряжения обратной полярности.

Несмотря на то что светодиоды могли бы быть подключенными к выходам логических элементов DD1 непосредственно, как в предыдущей конструкции, в данном устройстве все-таки установлен балластный резистор R6. Это сделано потому, что здесь напряжение питания индикатора выше, и зеленый светодиод в дежурном режиме светится постоянно. Чтобы излишне не разогревать корпус и не превышать рекомендуемый в [4] предел мощности для микросхемы DD1, ток ограничен на уровне 10 мА - яркость импортного двухцветного светодиода вполне достаточна, чтобы его включение было заметным даже при дневном свете.

Таким образом, постоянно светящийся зеленый индикатор показывает нормальное состояние и достаточный заряд аккумулятора; мигание зеленого указывает на скорое исчерпание емкости; мигание красного - на необходимость через короткое время отключить резервируемые устройства.

Потребляемый ток индикатора около 25-30 мА, что вполне приемлемо для стационарной аккумуляторной батареи такой емкости.

На рис.4 показана печатная плата со стороны проводников.

В обоих устройствах можно использовать следующие детали: резисторы - любые подходящие по размеру; конденсаторы: C1 - малогабаритные электролитические на напряжение не менее 16 В (их емкость некритична), C2 - керамические малогабаритные импортные; светодиоды типа АЛ307 или любые другие, которые повторяющий конструкцию сочтет подходящими по цвету и размеру.

В первом индикаторе микросхему DD2 можно заменить на К561ЛА7, но DD1 аналогов в других сериях не имеет. Во втором индикаторе DA1 можно заменить (с коррекцией печатной платы) любой парой одинарных или сдвоенным ОУ с напряжением питания 15 В, а диоды VD1, VD2 - на КД521, КД522 с любым индексом или импортным аналогом 1N4148.

Наладка обоих устройств сводится к подбору резисторов в делителях и уточнению порогов подстроечными резисторами. Описанные конструкции эксплуатируются без замечаний более 2 лет.

Литература:

1. Ходаковский Е., Андрущенко В. Сигнализатор разрядки батареи аккумуляторов//Радио.-1986.-№11.С.62.
2. Маргулис А. Автомобильный сигнализатор напряжения//Радио.-1987.№ 2.-С.54-55.
3. Серебровский О. Индикатор напряжения аккумуляторной батареи автомобиля//Радио.-1991.- №12.С.64.
4. 4. Данюк Д., Пилько Г. Применение серии 176 со светодиодами//Радiоаматор.-1994.- №2.-С.24.

Авторы: А.И. Хоменко, В.П. Чигринский

Смотрите другие статьи раздела Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Термоядерный синтез с намагниченной мишенью 15.05.2023 Революционная идея, предложенная группой ученых из Массачусетского технологического института (MIT), может революционизировать космические путешествия, увеличив мощность будущих космических миссий в 100 раз. Идея предполагает использование типа ядерного синтеза, называемого термоядерным синтезом на намагниченной мишени, для приведения космического корабля в движение. В настоящее время большинство космических миссий возлагаются на химические ракеты, которые ограничены количеством топлива, которое они могут нести. Это означает, что миссии в далекий космос, например, на Марс или дальше, могут длиться годами и требовать огромного объема топлива. Новое предложение направлено на решение этой проблемы путем использования термоядерного синтеза на намагниченных мишенях для обеспечения практически неограниченного источника энергии. Термоядерный синтез на намагниченных мишенях - это тип ядерного синтеза, предусматривающий сжатие и нагрев плазмы мишени с помощью магнитных полей. Этот процесс генерирует всплеск энергии, которая может использоваться для приведения в движение космического корабля. Ученые MIT предлагают использовать компактный термоядерный реактор для получения энергии, необходимой для этого процесса. Компактный термоядерный реактор будет работать посредством комбинации мощных магнитов и лазеров для нагрева и сжатия небольшого количества плазмы. Это создало бы миниатюрную версию звезды, которая позже высвободила бы всплеск энергии, которая может быть использована для приведения в движение космического корабля. Одним из ключевых преимуществ использования термоядерного синтеза на намагниченных мишенях для космических путешествий является то, что он позволит космическим аппаратам двигаться гораздо быстрее, чем позволяет современная технология. Это означает, что миссии, которые продолжаются годы, могут быть завершены через несколько месяцев или даже недель. Кроме того, поскольку источник топлива практически неограничен, отпала бы потребность в дорогостоящих операциях дозаправки, что значительно снизило бы стоимость космических путешествий. Используя термоядерный синтез на намагниченных мишенях для обеспечения практически неограниченной тяги, мы могли бы открыть возможность исследовать дальний космос способом, который никогда не был возможен раньше. При продолжении исследований и разработок эта идея может стать реальностью и открыть целую новую эру космических исследований.

Другие интересные новости:

▪ Графен может помочь в борьбе с раком

▪ Ракетный двигатель для протеза руки

▪ Унитаз с наномембраной

▪ Робот определит соленость блюда

▪ Лазерная катапульта

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Чудеса природы. Подборка статей

▪ статья Науки юношей питают, отраду старым подают. Крылатое выражение

▪ статья Чем отличается механизм лакания воды у кошек и собак? Подробный ответ

▪ статья Чистильщик ткани, изделий. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Усилитель 3Ч на цифровой микросхеме. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Проходящая монета. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025