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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Nubia Red Magic 3 - смартфон с вентилятором 03.05.2019 Компактные активные системы охлаждения пришли в смартфоны: концепт такого устройства с четырьмя кулерами представлен компанией Nubia. Спустя год с небольшим на рынок выходит серийный гаджет с этой технологией - геймерский смартфон Nubia Red Magic 3. Red Magic 3 построен на платформе Snapdragon 855, обладает AMOLED-экраном с частотой развертки 90 Гц и батареей емкостью 5000 мАч. Изюминка смартфона - активная система охлаждения с одним вентилятором. Вес крыльчатки около одного грамма, максимальная скорость вращения составляет 14 тысяч оборотов в минуту, а стабильность и надежность всей конструкции придает гидродинамический подшипник. По заявлениям производителя, работает кулер практически бесшумно и не боится влаги или пыли - сертификация защиты от внешних воздействий соответствует стандарту IP55. Бесколлекторный электродвигатель потребляет не более 1% заряда аккумулятора за час непрерывной работы. Автономности работы уделено много внимания: благодаря энергоэффективному экрану и системе охлаждения время игры на одном заряде составляет 8,5 часов. Камера в новом смартфоне китайского бренда одна, основанная на сенсоре Sony IMX586 разрешением 48 мегапикселей. Экран имеет диагональ 6,6 дюйма, обладает выраженными рамками сверху и снизу, а на правой грани устройства размещены две дополнительные клавиши. Заявлены четыре варианта комплектации Nubia Red Magic 3, отличающиеся, в первую очередь, объемом оперативной и постоянной памяти, самая дорогая из которых с 12 ГБ ОЗУ и 256 ГБ флешки будет стоить около 640 долларов.

Другие интересные новости:

▪ SSD-накопители Seagate BarraCuda 510 в формате М.2

▪ Титановая бумага

▪ Искусственное северное сияние

▪ Зарядная станция Bluetti AC180

▪ Идеальную пену разработают в космосе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Строителю, домашнему мастеру. Подборка статей

▪ статья Бумажный голубь. Советы моделисту

▪ статья Какими плаваниями прославился Генрих Мореплаватель? Подробный ответ

▪ статья Сосна сибирская. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Охранное устройство на микроконтроллере с оповещением по телефонной линии. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Чистка меди аммиаком, кислотой, нашатырем, одеколоном. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026