В этом обзоре будет рассмотрено редкое устройство — необычный индикатор уровня заряда литиевых аккумуляторов. Он сочетает в себе как традиционную индикацию со «столбиком» из пяти делений, так и встроенный цифровой вольтметр (вот в этом и заключена его необычность).
Помимо подробного описания устройства, в материале будет показано его практическое применение с аккумулятором типа Макита. Эти аккумуляторы стали стандартом для большинства электроинструментов небольшой и средней мощности с аккумуляторным питанием и широко распространены.
Особенности и устройство индикатора заряда аккумулятора с вольтметром
В "официальных" характеристиках можно найти информацию о допустимых типах аккумуляторов, с которыми совместим индикатор, и его габаритах.
• Поддерживаемые типы аккумуляторов и количество их элементов: литий-ионные с 3-12 последовательными элементами; литий-железофосфатные с 3-14 элементами, свинцово-кислотные — с напряжением от 12 до 48 В, шаг — 12 В.
• Габариты: длина — 45 мм, ширина — 15 мм, толщина 3 мм (очень тонкий).
На лицевой стороне находится индикация устройства, а на обратной стороне видна печатная плата с наименованием JX-4615N-A3.
Крепёжных отверстий в индикаторе не предусмотрено, так что основной способ его установки где-либо - приклеивание (желательно - влагостойким прозрачным клеем).
Теперь - индикатор в разборе:
Первый светодиод в "столбике" индикации уровня (L1) отличается большим размером по сравнению с остальными (L2...L4). Это объясняется тем, что он фактически состоит из двух светодиодов: зелёного и красного. Зелёный светодиод сигнализирует о том, что уровень заряда выше критического (это - хорошо), а красный начинает мигать, когда заряд опускается ниже критического значения (это - плохо, аккумулятор на грани отключения).
Светодиоды индикации занимают основную часть устройства, в то время как в левом нижнем углу находится его компактная, но весьма сложная электронная составляющая.
Индикатор использует для своего питания то напряжение, которое он же и измеряет.
Питание для основной электроники платы обеспечивается через защитный диод, предотвращающий переполюсовку. Этот диод A7 находится над кнопкой управления.
В основе индикатора лежит микроконтроллер F02BF15 от компании PUYA. По сути, это микрокомпьютер с 12-разрядным АЦП - каких высот достигла современная наука!
Микроконтроллер получает питание от линейного стабилизатора 7680, который выдаёт напряжение 3.3 В. Этот стабилизатор весьма энергоэффективен: его собственное потребление составляет всего 2.3 мкА, а максимальное входное напряжение может достигать целых 60 В!
Переходим к техническим испытаниям.
Настройка и тест индикатора уровня заряда аккумуляторов
Индикатор заряда аккумуляторов — это универсальное устройство, подходящее для различных типов аккумуляторов с разным количеством последовательных элементов. Это означает, что перед использованием индикатора необходимо обязательно его настроить. Нужно указать тип аккумулятора и количество секций, из которых он состоит.
Настройка индикатора проста: она осуществляется с помощью комбинации коротких и длинных нажатий на единственную кнопку.
При подключении индикатора к аккумулятору устройство отображает текущие настройки:
Показания в данном случае указывают, что устройство настроено для работы с пятисекционными литий-ионными аккумуляторами (буква L - литий, 05 - число секций).
Все последующие тесты будут проводиться с этой настройкой, ориентированной на наиболее популярные аккумуляторы формата Макита.
Обозначение с буквой "F" (Ferrum) указывает на литий-железофосфатный тип аккумулятора, а с буквой "P" (Plumbum) — на свинцово-кислотный (используется в автомобилях и источниках бесперебойного питания).
Все настройки запоминаются в энергонезависимой памяти микроконтроллера.
Кроме типа и числа последовательных секций аккумулятора, в индикаторе есть ещё несколько настроек.
Настройка, обозначенная при её вызове как "88.8 V", в теории позволяет настроить нижний и верхний пределы работы "столбика" в индикаторе (не проверялось).
Настройка "b-0" позволяет настроить время автоматического выключения индикатора в пределах от 10 до 60 с (параметр "ноль" - постоянное включение до ручного выключения нажатием кнопки).
Настройка "CAL" - это калибровка. Не трогайте эту настройку, заводская настройка измерения - идеальна, её нельзя улучшить!
Проверка точности измерения вольтметра индикатора
Как уже упоминалось, все тесты проводились для настройки L05 - под 5-секционный аккумулятор (Макита). Для таких аккумуляторов номинальное напряжение составляет 18.5 В (обычно обозначают 18 В ровно); уровень заряда 0% соответствует напряжению 16 В; уровень заряда 100% соответствует напряжению 21 В (так тоже часто обозначают 5-секционные литиевые аккумуляторы, то есть аккумуляторы на 18 В и на 21 В могут оказаться одними и теми же - удивительно, но факт). Требуется разбираться в каждом случае отдельно - сколько в аккумуляторе секций и какого типа аккумуляторы.
Показания вольтметра обновляются раз в 0.5 секунды. Более оптимальным было бы обновление 3-4 раза в секунду, но это - не настраивается.
Точность проверялась в сравнении с показаниями мультиметра хорошего класса (8000 отсчётов). Точность оказалась зависимой от входного напряжения (которое, напомню, здесь является одновременно и напряжением питания, и измеряемым напряжением).
При входном напряжении 12 В индикатор показал 11.9 В;
20 В - показал 20.1 В (знак погрешности поменялся);
32 В - показал 32.1 В.
Таким образом, для рабочих напряжений, на которые рассчитан индикатор, погрешность не превышает 1%.
Индикатор включается, если входное напряжение составляет 3.25 В или выше. При входном напряжении 3.25 В вольтметр индикатора показал напряжение 3.8 В (погрешность 17%). То есть, хотя при работе с односекционным аккумулятором индикатор может включиться и работать, использовать его в таком режиме никак не рекомендуется.
Проверка соответствия входного напряжения и количества светящихся сегментов столбчатого индикатора
До напряжения 16.5 В включительно на индикаторе только мигает красным первый светодиод линейки:
1-ый (зелёный) светодиод (обозначен "20%") зажигается при напряжении 16.6 В (12% заряда);
2-ой ("40%") - 18.0 В (40%);
3-ий ("60%") - 18.9 В (58%);
4-ый ("80%") - 19.9 В (78%);
5-ый ("100%") - 20.8 В (96%).
Итог: "столбик" индикатора вполне адекватно показывает состояние заряда аккумулятора - ему можно доверять.
Собственное потребление по току индикатора заряда аккумулятора
В рабочем режиме (при измерении) потребляемый ток почти не зависит от входного напряжения, но, естественно, сильно зависит от количества светящихся светодиодов индикации. Но даже в самом "тяжелом" случае потребляемый ток не превышает 10 мА.
Но даже такого тока оказалось достаточно для заметного разогрева линейного стабилизатора напряжения на плате; далее представлен тепловой снимок при напряжении питания 30 В:
Тепловой снимок был сделан тепловизором InfiRay T2S Plus с регулируемым фокусным расстоянием (обзор, сторонний ресурс).
Чип стабилизатора нагрелся до 61 градуса, что, правда, не представляет для него опасности выхода из строя.
Но гораздо больший интерес представляет потребление индикатора в выключенном состоянии. Оно оказалось зависящим от входного напряжения и составило следующие величины:
Входное напряжение 5 В - 0.3 мА;
Входное напряжение 20 В - 0.37 мА;
Входное напряжение 32 В - 0.43 мА.
Казалось бы, это очень малые величины. Но если вспомнить, что домашний электроинструмент может месяцами лежать без использования и подзарядки, то даже таким малым потреблением от аккумулятора пренебречь уже будет нельзя.
В частности, при напряжении аккумулятора 20 В потребляемая ёмкость за год (8760 часов) составит 3241 мА*ч. То есть, типовой аккумулятор ёмкостью 3000 мА*ч будет посажен просто в ноль!
Главный вывод: индикатор надо подключать не прямо к банкам аккумулятора, а к его выходу после платы защиты (или BMS, которая одновременно обычно является и платой защиты). В этом случае полный расход аккумулятора не приведёт к его глубокому переразряду; и работоспособность аккумулятора не пострадает (достаточно будет его подзарядить перед применением электроинструмента).
Как установить индикатор заряда на аккумулятор Макита
Дешёвые аккумуляторы Makita не оснащены индикатором уровня заряда, что вызывает определённые неудобства. Однако это легко исправить с помощью протестированного индикатора.
Индикатор нужно прикрепить к боковой стороне корпуса аккумулятора. Для этого сначала нужно высверлить небольшие углубления (не сквозные) под утолщениями, где находится пайка проводов, соединяющих индикатор. Затем острым ножом процарапать на несколько миллиметров канавки для этих проводов вблизи места их выхода из-под индикатора. Затем приклеиваем индикатор.
Далее необходимо сделать пазы в местах соединения половинок корпуса аккумулятора и вставить в них провода от индикатора. После этого нужно припаять провода к выходам аккумулятора внутри корпуса. Готово!
Индикатор, благодаря своей малой толщине, выглядит на аккумуляторе довольно естественно:
Итоги и выводы
Протестированный индикатор заряда аккумулятора продемонстрировал свою эффективность и полезность, позволяя более точно прогнозировать время работы электроинструментов и предотвращать ситуации, когда инструмент внезапно остановится из-за исчерпания заряда аккумулятора.
Этот индикатор отличается высокой универсальностью и может использоваться не только с аккумуляторами, предназначенными для инструментов Макита, но и с другими аккумуляторами, работающими в широком диапазоне напряжений.
Однако есть ограничение: индикатор подходит для аккумуляторов с не менее чем тремя последовательными секциями.
Надо добавить, что таким полезным свойством индикатора, как прямое измерение напряжения на аккумуляторе, надо ещё уметь правильно пользоваться.
Во-первых, владелец инструмента должен знать, как минимум, что заряду аккумулятора 0% соответствует вовсе не нулевое напряжение на аккумуляторе (например, в рассмотренном случае с аккумулятором Makita из 5 секций, напряжение для 0% заряда равно 16 В).
Во-вторых, измерение напряжения до включения инструмента и после включения может дать информацию о степени износа аккумулятора, или же о факте его перегрузки (мощность аккумулятора может оказаться слишком низка для подключаемого электроинструмента). Во всяком случае, если в момент включения инструмента напряжение на аккумуляторе падает на 1 В или менее, то точно всё хорошо. Если же превосходит 1 В, то возможны разные варианты (не обязательно "плохие").
Из недостатков индикатора надо отметить его не нулевое потребление в выключенном состоянии; из-за чего, при отсутствии подзарядки аккумулятора в течение нескольких месяцев, индикатор может "съесть" заметную часть его заряда.
Купить протестированный индикатор можно на Aliexpess, цена на дату обзора - около $1.4 (цена может меняться, проверяйте!). Если ссылку не видно, то отключите, пожалуйста, блокировщик рекламы для этого сайта!
Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Всем спасибо за внимание!
Подписывайтесь на этот Дзен-канал: будет ещё много интересного!