Indicatore di batteria scarica: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Alcuni elettrodomestici alimentati da batterie agli ioni di litio, non contengono un indicatore di batteria scarica. Nel mio caso è una spazzatrice ricaricabile con una batteria da 3,7 V. Non è facile determinare un tempo esatto per ricaricarlo e collegarlo alla presa principale. Di solito, ricarico la spazzatrice in tempo, quando la batteria è completamente scarica e il motore elettrico non è in funzione. Tale situazione non è molto comoda, soprattutto se è necessario utilizzare immediatamente la spazzatrice.

Stavo cercando una soluzione semplice, come rilevare il livello di tensione al quale dovrebbe verificarsi la ricarica. In questo articolo viene descritto un semplice indicatore di batteria agli ioni di litio di basso livello. Il circuito progettato può essere utilizzato in qualsiasi dispositivo elettronico alimentato dalla batteria agli ioni di litio e può aiutare l'utente a caricare la batteria in tempo utile. L'indicatore della batteria è dedicato a una cella, ma può essere facilmente modificato su più celle. L'indicatore può essere utilizzato per qualsiasi batteria con piccole modifiche al circuito.

Il principale vantaggio dell'indicatore è il consumo di corrente molto basso, in media inferiore a 10 microAmp. Il consumo di corrente dipende dallo stato dell'indicatore

Ci sono tre funzioni di stato dell'indicatore di livello:

• L'indicatore LED è acceso fisso: la batteria è completamente carica.
• L'indicatore LED lampeggia: la batteria deve essere caricata.
• Il LED indicatore non è acceso: la batteria è carica e il dispositivo è pronto per l'uso

Passaggio 1: introduzione Indicatore del livello della batteria agli ioni di litio

Parti:

Tutte le parti possono essere acquistate per meno di 5 Euro.

Ecco la lista:

• IC1 MC33164-3P, circuito di rilevamento della sottotensione di micropotenza TO-92, LCSC PN C145176
• IC2 ICM7555, timer CMOS, codice LCSC C34608
• R1, resistore R2 10K, tutti i resistori, condensatori e piccoli componenti LCSC
• Resistenza R3 680K
• Resistenza R4 680
• Condensatore C1 M1
• Condensatore C2 1M
• Condensatore C3 10M
• Diodo D1, D2, D3 1N5819, LCSC PN C2474
• LED1 diodo led 3mm, rosso
• Terminale a vite T1

I resistori sono per 0,25 W o meno, i condensatori per 12 V o più.

Utensili:

• Saldatore
• Trapano a batteria
• Pistola per colla a caldo

Passaggio 2: descrizione del circuito

Il circuito integrato MC33164-3P è il cuore dell'indicatore di livello. Le informazioni dettagliate per questo componente sono qui.

Semplice descrizione del circuito: è un circuito integrato di rilevamento della tensione di micropotenza, in un contenitore di plastica a tre pin, simile al transistor a bassa potenza. MC33164 è progettato come circuito di ripristino per microprocessore, in caso di caduta di tensione.

Rileva la tensione sul pin 2. Confronta la tensione rilevata con la tensione di riferimento, nel nostro caso 2,7 V. Il risultato può essere valutato come valore di tensione sul pin 1. Se la tensione rilevata è inferiore a 2,7V, l'uscita è bassa e vicina a 0V. Se la tensione di ingresso è superiore a 2, 7 V, il valore presentato sul pin 1 è di circa 3 V o più.

Il valore di riferimento tipico per MC33164-3P (3 dopo il trattino significa 3V), è 2, 71V. Esattamente su questo valore, il valore di uscita viene modificato. (Non considerare l'isteresi.) Le tensioni per una batteria agli ioni di litio a una cella sono: la tensione massima è 4,2 V, la tensione tipica è 3,7 V e la tensione minima è compresa tra 2,8 e 3 V, supponiamo 2,9 V. La tensione minima è presente alla fine del ciclo di scarica e questo livello di tensione dovrebbe attivare il nostro indicatore di basso livello.

La tensione di riferimento per l'MC33164 è troppo bassa rispetto ai nostri requisiti. Ci sono 2 soluzioni per ridurre la tensione. Il primo e il più semplice è il partitore di tensione. Ma il divisore consuma corrente extra. Consumare meno corrente è la seconda soluzione, utilizzando alcuni componenti in serie per ridurre da 2,9 V a 2,7 V. I diodi sono componenti con una certa caduta di tensione in avanti e potrebbero essere utilizzati con successo. A causa del valore di corrente molto basso, il miglior tipo di diodo che ho scelto dai test.

La funzione di R1, D1, D2, D3 è quella di ridurre la tensione di ingresso. Il jumper J1 potrebbe eliminare l'ultima caduta di tensione del diodo e la tensione di ingresso potrebbe essere leggermente ridotta. L'uscita IC1 è alimentata al timer IC2. Il suo valore attivo è basso e la funzione è quella di abilitare il timer. Sfortunatamente, non c'è alcun pin di input su IC2, che consenta di abilitare questo IC senza alcun circuito di inversione.

Ho deciso di abilitare il timer ICM7555 applicando l'uscita IC1 come tensione negativa al pin 1 di IC2. I componenti C2, R3 determinano il periodo del timer, viene regolato per circa 2 secondi. Il resistore R4 limita la corrente per indicare il diodo LED1. La tensione testata dalla batteria è collegata al terminale con i pin 1 (più) e 2 (meno). I valori per R2, C1 sono consigliati dalla scheda tecnica.

Il timer ICM7555 è l'equivalente CMOS di 555. Il suo vantaggio è la tensione di lavoro da 2,5 V e un consumo di corrente molto basso. Nella seconda immagine c'è un circuito molto semplice come monitor di tensione consigliato dal datasheet. Anche questo schema potrebbe essere utilizzato, ma l'utilizzo di ICM7555 è vantaggioso, a causa del basso livello di tensione indicato dal LED lampeggiante, che è più evidente.

Passaggio 3: costruzione

Le parti sono saldate su un pezzo di scheda di prototipazione con dimensioni 20x35 mm. All'esterno della scheda è presente un diodo LED, può essere montato in un luogo visibile. La batteria agli ioni di litio monitorata è collegata tramite una morsettiera a vite. La scheda è abbastanza piccola da essere inserita in qualsiasi dispositivo.

Il collegamento all'interno del dispositivo è semplice: basta collegare i fili dalla morsettiera alla batteria e praticare il foro per il LED e fissarlo. I cavi possono essere collegati direttamente ai poli della batteria sul supporto della batteria. In questo caso la corrente viene scaricata indipendentemente, in relazione alla posizione dell'interruttore e l'indicatore funziona per tutto il tempo.

Nel mio caso, ho collegato l'indicatore di basso livello dopo l'interruttore principale (bassa tensione). A causa della scheda del caricatore all'interno del dispositivo, che è collegata separatamente all'interruttore e separatamente alla batteria, il punto di collegamento "dopo l'interruttore" non è chiaro. Uso una soluzione semplice, collego l'indicatore direttamente al carico, motore CC.

La scheda di prototipazione richiede più tempo per collegare tutti i componenti tramite fili. Per risparmiare questo tempo, ho progettato PCB, dimensioni 20x40mm, con componenti a foro passante. Il PCB contiene un solo strato. L'utilizzo di componenti SMD può ridurre le dimensioni della scheda. Non ho realizzato questo progetto a causa della saldatura più complessa e della manipolazione di parti molto piccole. I file Gerber per la fabbricazione di PCB sono allegati.

Passaggio 4: conclusione

L'indicatore di livello di batteria basso descritto può essere utilizzato per qualsiasi batteria con tensione superiore a 2,5 V. In tal caso saltare i diodi D1, D2 e D3 e aggiungere un resistore R5 come parte del partitore di tensione a R1. Il valore di R1 dipende dal livello di tensione rilevato U e può essere calcolato da:

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

La costruzione viene eseguita su un piccolo PCB con componenti a foro passante. Se hai in magazzino alcune parti SMD, ti consiglio di utilizzare componenti SMD.

Le dimensioni della scheda potrebbero essere inferiori e la costruzione consente di esercitarsi nell'utilizzo di parti SMD.

Grazie per la lettura e buon divertimento con la costruzione.