Сигнализатор разряда батареи

Проект выходного дня

Всем известно, что литий-ионные элементы питания не любят разряда ниже определенного минимального значения напряжения. Если в процессе разряда напряжение упадет ниже этого значения, элемент можно спокойно выбрасывать, зарядить его уже не удастся. Чтобы избежать преждевременной кончины аккумулятора, в некоторые из них встраивают специальную схему защиты, которая отключает аккумулятор, если в процессе разряда его напряжение начнет приближаться к опасной величине. Однако, далеко не все аккумуляторы имеют такую защиту, поскольку предполагается, что забота об ограничении разряда аккумулятора в большинстве случаев лежит на разработчике устройства, в котором аккумулятор будет использоваться, а вовсе не на производителе самого аккумулятора. Особенно это справедливо, если в устройстве используется батарея из нескольких элементов, тогда защищать от глубокого разряда каждый из элементов в отдельности смысла не имеет, а функции защиты выполняет устройство, называемое контроллером батареи (BMS - Battery Management System).

Если вы производите какие-нибудь манипуляции с литий-ионным элементом, не имеющим встроенной схемы защиты, например, выполняете циклы заряда-разряда с целью измерить его реальную емкость или выяснить, как долго элемент сможет питать какое-либо устройство без подзарядки, то нужно проявлять особую бдительность чтобы не упустить момент, когда напряжение снизится настолько, что разряд нужно будет немедленно прекратить. Чтобы не сидеть рядом с разряжаемым аккумулятором, не отрывая глаз от показаний вольтметра, можно на скорую руку собрать простейший сигнализатор, который будет делать это за вас. При снижении напряжения ниже определенного порогового значения сигнализатор привлечет ваше внимание звуковым сигналом и, тем самым, предотвратит неминуемую гибель аккумулятора.

Принципиальная схема

Схема сигнализатора проста и ее сборка не займет много времени. В ее основе - сдвоенный операционный усилитель MCP602P, одна половинка которого используется в качестве компаратора, а вторая - в качестве генератора звукового сигнала. Контролируемое напряжение от аккумулятора подается на вход JP1-JP2 (JP1 - плюс, JP2 - минус), а на выход JP4-JP3 подключается пьезоизлучатель или электромагнитный телефонный капсюль с сопротивлением не менее 600 Ом.

Микросхема VR1 типа TL431 вырабатывает опорное напряжение 2,5 В, а компаратор сравнивает его с напряжением, поступающим от делителя R1 - R2. Как только напряжение с делителя становится ниже чем опорное, компаратор переключается и разрешает работу генератора звукового сигнала, а из подключенного на выход JP3-JP4 громкоговорителя раздается пронзительное пищание, призывающее немедленно прекратить дальнейший разряд аккумулятора. Генератор звукового сигнала собран по стандартной схеме на второй половинке ОУ IC1.

Сигнализатор предназначался автором для контроля за напряжением одиночных Li-Ion элементов с номинальным напряжением 3,6-3,7 В и минимальным напряжением при разряде 2,9-3,0 В, поэтому соотношение сопротивлений резисторов R1 и R2 выбрано таким образом, что переключение компаратора происходит при напряжении на входе JP1 равном 3,0 В. Если необходимо, чтобы сигнализатор срабатывал при другом напряжении, нужно соответствующим образом изменить сопротивление резистора R1 или R2.

Важно! Операционный усилитель MCP602P имеет максимальное напряжение питания всего 6 В, поэтому и контролируемое напряжение не должно превышать эту величину. Если вы хотите контролировать более высокое напряжение, например, следить за разрядом 12-вольтовой батареи аккумуляторов, необходимо заменить MCP602 на другой тип ОУ с более высоким допустимым напряжением питания. Лучше всего использовать ОУ с функцией Rail-to-Rail или, по крайней мере, такой, у которого при однополярном питании нижний уровень выходного напряжения не превышает нескольких десятков милливольт. Этим условиям удовлетворяет, например, LM358.

Конструкция

Расположение деталей на плате показано на верхнем рисунке, а очертания печатных проводников - на нижнем. Как и для других проектов, представленных на этом сайте, печатные проводники показаны в зеркальном отображении ("вид сквозь плату") поскольку именно такое отображение используется для изготовления фотошаблонов.

Файлы, содержащие принципиальную схему и печатную плату в формате CAD-системы Eagle 7.5.0, можно скачать по ссылкам в конце этой публикации.

Собранная плата размещена в пластмассовом корпусе размерами 78 x 48 x 22 мм, там же находится и электромагнитный телефонный капсюль, являющийся источником звука.

Автор успешно использовал этот звуковой сигнализатор для снятия характеристик заряда-разряда литий-ионных аккумуляторов формата 18650 совместно с амперметром-вольтметром, описанным в одной из публикаций на этом сайте.

Автор будет рад получить отклик от читателей, повторивших эту конструкцию и ответить на вопросы, если у кого-то они возникнут.

Файлы для загрузки

Файлы в формате Eagle 7.5.0:

Принципиальная схема сигнализатора
Печатная плата сигнализатора