Batteriestandsanzeige - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Einige Haushaltsgeräte, die mit Li-Ion-Batterien betrieben werden, enthalten keine Batteriestandsanzeige. In meinem Fall ist es eine wiederaufladbare Bodenkehrmaschine mit einem 3,7 V Akku. Es ist nicht einfach, einen genauen Zeitpunkt zum Aufladen und Anschließen an die Steckdose zu bestimmen. Normalerweise lade ich die Kehrmaschine rechtzeitig auf, wenn die Batterie völlig leer ist und der Elektromotor nicht läuft. Eine solche Situation ist nicht sehr komfortabel, insbesondere wenn Sie die Kehrmaschine sofort verwenden müssen.

Ich suchte nach einer einfachen Lösung, wie man den Spannungspegel erkennt, bei dem das Laden erfolgen soll. In diesem Artikel wird eine einfache Anzeige für einen niedrigen Li-Ion-Akkustand beschrieben. Die entworfene Schaltung kann in jedem elektronischen Gerät verwendet werden, das mit einem Lithium-Ionen-Akku betrieben wird, und kann dem Benutzer helfen, den Akku rechtzeitig aufzuladen. Die Batterieanzeige ist für eine Zelle bestimmt, kann aber leicht auf mehr Zellen geändert werden. Der Indikator kann für jede Batterie mit kleinen Modifikationen der Schaltung verwendet werden.

Der Hauptvorteil des Indikators ist der sehr geringe Stromverbrauch, im Durchschnitt weniger als 10 Mikroampere. Stromaufnahme abhängig vom Anzeigezustand

Die Füllstandsanzeige hat drei Funktionen:

• Anzeige-LED leuchtet dauerhaft: Der Akku ist vollständig geladen.
• Anzeige-LED blinkt: Der Akku muss aufgeladen werden.
• Anzeige-LED leuchtet nicht: Der Akku ist geladen und das Gerät ist betriebsbereit

Schritt 1: Einführung Li-Ionen-Akkustandsanzeige

Teile:

Alle Teile konnten für unter 5 Euro erworben werden.

Hier ist die Liste:

• IC1 MC33164-3P, Micropower-Unterspannungssensorschaltung TO-92, LCSC PN C145176
• IC2 ICM7555, CMOS-Timer, LCSC PN C34608
• R1, R2 Widerstand 10K, alle Widerstände, Kondensatoren und Kleinteile LCSC
• R3-Widerstand 680K
• R4-Widerstand 680
• C1 Kondensator M1
• C2-Kondensator 1M
• C3-Kondensator 10M
• D1, D2, D3 Diode 1N5819, LCSC PN C2474
• LED1 LED LED 3mm, rot
• T1 Schraubklemme

Widerstände sind für 0,25 W oder weniger ausgelegt, Kondensatoren für 12 V oder mehr.

Werkzeuge:

• Lötkolben
• Akku-Bohrschrauber
• Heißklebepistole

Schritt 2: Schaltungsbeschreibung

Der integrierte Schaltkreis MC33164-3P ist das Herzstück des Füllstandsanzeigers. Detaillierte Informationen zu dieser Komponente finden Sie hier.

Einfache Beschreibung der Schaltung: Es handelt sich um einen Mikrostrom-Unterspannungssensor-IC in einem dreipoligen Kunststoffgehäuse, ähnlich einem Niederleistungstransistor. MC33164 ist als Reset-Schaltung für Mikroprozessoren im Falle eines Stromausfalls konzipiert.

Es erkennt die Spannung an Pin 2. Vergleicht die erkannte Spannung mit der Referenzspannung, in unserem Fall 2,7 V. Das Ergebnis könnte als Spannungswert an Pin 1 ausgewertet werden. Wenn die erkannte Spannung weniger als 2, 7 V beträgt, ist der Ausgang niedrig und nahe 0 V. Wenn die Eingangsspannung über 2, 7 V liegt, beträgt der angezeigte Wert an Pin 1 etwa 3 V oder mehr.

Der typische Referenzwert für den MC33164-3P (3 nach dem Strich bedeutet 3 V) ist 2, 71 V. Genau auf diesem Wert wird der Ausgabewert geändert. (Hysterese nicht berücksichtigen.) Die Spannungen für einen Li-Ion-Akku mit einer Zelle sind: maximale Spannung 4,2 V, typische Spannung 3,7 V und minimale Spannung 2,8 bis 3 V, angenommen 2,9 V. Am Ende des Entladezyklus ist die Mindestspannung vorhanden und dieser Spannungspegel sollte unsere Niedrigpegelanzeige aktivieren.

Referenzspannung für MC33164 ist im Vergleich zu unseren Anforderungen zu niedrig. Es gibt 2 Lösungen, um die Spannung zu reduzieren. Der erste und einfachste ist der Spannungsteiler. Der Teiler verbraucht jedoch zusätzlichen Strom. Weniger Strom verbrauchen ist die zweite Lösung, bei der einige Komponenten in Reihe verwendet werden, um 2,9 V auf 2,7 V zu reduzieren. Dioden sind Bauteile mit einem gewissen Spannungsabfall in Durchlassrichtung und könnten erfolgreich eingesetzt werden. Aufgrund des sehr niedrigen Stromwertes habe ich den besten Diodentyp durch Tests ausgewählt.

Die Funktion von R1, D1, D2, D3 besteht darin, die Eingangsspannung zu reduzieren. Die Brücke J1 könnte den letzten Spannungsabfall der Diode beseitigen und die Eingangsspannung könnte leicht verringert werden. Der Ausgang IC1 wird dem Timer IC2 zugeführt. Sein aktiver Wert ist niedrig und die Funktion besteht darin, den Timer zu aktivieren. Leider gibt es auf IC2 keinen Eingangspin, der es ermöglicht, diesen IC ohne Invertschaltung zu aktivieren.

Ich beschloss, den Timer ICM7555 zu aktivieren, indem ich den Ausgang IC1 als Minusspannung an Pin 1 von IC2 anlegte. Die Komponenten C2, R3 bestimmen die Zeitdauer des Timers, er wird für ca. 2 Sekunden eingestellt. Der Widerstand R4 begrenzt den Strom zur Anzeige der LED1-Diode. Die geprüfte Spannung von der Batterie wird mit den Pins 1 (Plus) und 2 (Minus) an die Klemme angeschlossen. Werte für R2, C1 werden aus dem Datenblatt empfohlen.

Timer ICM7555 ist CMOS-Äquivalent von 555. Sein Vorteil ist die Arbeitsspannung von 2,5 V und der sehr niedrige Stromverbrauch. Auf dem zweiten Bild gibt es eine sehr einfache Schaltung als Spannungswächter, die vom Datenblatt empfohlen wird. Dieses Schema könnte auch verwendet werden, aber die Verwendung von ICM7555 ist von Vorteil, da die niedrige Spannung durch die blinkende LED angezeigt wird, was auffälliger ist.

Schritt 3: Konstruktion

Die Teile werden auf ein Stück Prototyping-Platine mit der Größe 20x35mm gelötet. Außerhalb der Platine befindet sich eine LED-Diode, die an sichtbarer Stelle montiert werden kann. Überwachter Li-Ion-Akku wird über Schraubklemmleiste angeschlossen. Die Platine ist klein genug, um in jedes Gerät eingefügt zu werden.

Der Anschluss im Gerät ist einfach: einfach die Drähte von der Klemmleiste zur Batterie anschließen und Loch für LED bohren und befestigen. Die Drähte können direkt an die Batteriepole des Batteriehalters angeschlossen werden. In diesem Fall wird der Strom unabhängig von der Schalterstellung abgeleitet und die Anzeige funktioniert die ganze Zeit.

In meinem Fall habe ich die Niedrigstandsanzeige nach dem Hauptschalter (Niederspannung) angeschlossen. Aufgrund der Ladeplatine im Gerät, die separat am Schalter und separat an der Batterie angeschlossen ist, ist die Anschlussstelle "nach dem Schalter" nicht klar. Ich verwende eine einfache Lösung, verbinde die Anzeige direkt mit der Last, dem Gleichstrommotor.

Prototyping-Boards benötigen mehr Zeit, um alle Komponenten durch Drähte zu verbinden. Um diese Zeit zu sparen, habe ich eine Leiterplatte, Größe 20x40mm, mit Durchgangslochkomponenten entworfen. PCB enthält nur eine Schicht. Die Verwendung von SMD-Komponenten kann die Platinengröße verringern. Ich habe dieses Design wegen des komplexeren Lötens und der Manipulation mit sehr kleinen Teilen nicht gemacht. Gerber-Dateien für die Leiterplattenherstellung sind beigefügt.

Schritt 4: Fazit

Die beschriebene Anzeige für niedrigen Batteriestand kann für jede Batterie mit einer Spannung von mehr als 2,5 V verwendet werden. Überspringen Sie in einem solchen Fall die Dioden D1, D2 und D3 und fügen Sie einen Widerstand R5 als Teil des Spannungsteilers zu R1 hinzu. Der Wert von R1 hängt vom erfassten Spannungspegel U ab und könnte wie folgt berechnet werden:

R5 = 2,7*R1/(U-2,7)

Der Aufbau erfolgt auf einer kleinen Leiterplatte mit Durchgangslochkomponenten. Wenn Sie einige SMD-Teile auf Lager haben, empfehle ich SMD-Komponenten zu verwenden.

Die Größe der Platine könnte kleiner sein und die Konstruktion ermöglicht es Ihnen, die Verwendung von SMD-Teilen zu üben.

Vielen Dank fürs Lesen und viel Spaß beim Bauen.