СмартПульс
- держите руку на пульсе высоких технологий!
Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
СмартПульс
- держите руку на пульсе высоких технологий!
Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
Главная - DIY (Сделай сам!) - Индикатор заряда аккумулятора с вольтметром - обзор и пример практического применения
В этом обзоре будет рассмотрено очень интересное устройство - индикатор уровня заряда литиевых аккумуляторов, в котором есть как обычная индикация с "градусником" из 5-ти делений, так и встроенный цифровой вольтметр.
Кроме собственно обзора устройства, будет представлен и пример его практического применения с аккумулятором типа Makita. Такие аккумуляторы фактически стали стандартом для мелкого и среднего электроинструмента с аккумуляторным питанием, и встречаются буквально на каждом шагу.
Оглавление
1. Характеристики, конструкция и
схемотехника индикатора уровня заряда с вольтметром
2. Настройка и тест индикатора уровня
заряда аккумуляторов
Из "официальных" характеристик можно упомянуть допустимые типы аккумуляторов и габариты , с которыми может работать индикатор.
• Совместимые типы аккумуляторов и количество их секций: литий-ионные на 3-12 последовательных секций; литий-железофосфатные на 3-14 секций, свинцово-кислотные - на напряжения от 12 до 48 В с шагом 12 В.
• Габариты: длина - 45 мм, ширина - 15 мм, а толщина - всего лишь 3 мм.
С лицевой стороны расположена индикация устройства; а с обратной стороны видна его печатная плата, где указано также его наименование: JX-4615N-A3.
Закрепить индикатор где-либо с помощью винтов довольно сложно: на фото обратной стороны видно, что стойка для вкручивания винтов или шурупов там только одна (в левом нижнем углу), что не гарантирует надёжности крепления. Так что можно считать, что основной путь установки индикатора где-либо - приклеивание (желательно прозрачным малозаметным клеем).
Теперь разбираем индикатор, для чего срезаем расплавленные макушки нескольких стоек.
Здесь надо обратить внимание, что первый светодиод в "градуснике" индикации уровня (L1) - крупнее, чем остальные (L2...L4). Это связано с тем, что первый светодиод состоит фактически из двух светодиодов - зелёного и красного. Зелёный отображает уровень заряда, когда он выше критического, а красный - моргает, когда уровень заряда ниже критического.
Основную площадь устройства занимают светодиоды индикации, а в левом нижнем углу расположена его небольшая, но очень хитрая электронная часть.
Посмотрим на неё крупным планом:
Особенностью индикатора является то, что он питается от того же напряжения, которое измеряет.
Питание на основную электронику платы поступает через диод "защиты от дурака" (т. е. от переполюсовки питания). Он расположен на фото сразу над кнопкой и потому плохо виден (находится в тени).
Основан индикатор на микроконтроллере F02DF15 (.pdf) компании PUYA. По существу, это - микрокомпьютер с 12-разрядным АЦП, и стоит он сущие копейки! До чего дошла наука...
За питание микроконтроллера отвечает линейный стабилизатор 7680 на напряжение 3.3 В. Он - тоже очень непростой: его собственное потребление составляет всего лишь 2.3 мкА, а предельное входное напряжение - целых 60 В!
Теперь переходим к тестовой программе.
Индикатор - универсальный и рассчитан на применение для разных типов аккумуляторов с разным количеством секций (т.е. с разными выходными напряжениями). По этой причине перед применением его надо обязательно настроить, то есть установить тип применённого аккумулятора и количество секций в нём.
Инструкция по настройке, в принципе, не очень нужна: устройство настраивается комбинацией длинных и коротких нажатий на единственную кнопку.
В момент подключения индикатора к аккумулятору прибор показывает текущую настройку:
В данном случае показания означают, что прибор настроен на работу с 5-секционными аккумуляторами обычного литий-ионного типа. Далее все тесты будут проводиться именно с такой настройкой - под наиболее распространённые аккумуляторы формата Makita.
Обозначение, начинающееся с буквы "F" (Ferrum) означает, что тип аккумулятора - литий-железофосфатный; с буквы "P" (Plumbum) - что аккумулятор - свинцово-кислотный (автомобильного типа, в бесперебойниках тоже применяются).
Для настройки параметров выполните следующие действия: удерживайте кнопку для вызова настроек, затем короткими нажатиями переключайтесь между параметрами, длительное удержание позволяет войти в выбранный параметр, короткие нажатия используются для выбора значения, длительное удержание кнопки возвращает в рабочий режим. Настройки запоминаются в энергонезависимой памяти, благодаря чему не надо их заводить при каждом включении.
Кроме типа и числа последовательных секций аккумулятора, в индикаторе есть ещё несколько настроек.
Настройка, обозначенная при её вызове как "88.8 V", теоретически позволяет настроить нижний и верхний пределы работы "градусника" в индикаторе (не проверялось).
Настройка "b-0" позволяет настроить время автовыключения индикатора в пределах 10...60 с (параметр "ноль" - постоянное включение до ручного выключения нажатием кнопки).
Настройка "CAL" - это калибровка.
Не трогайте эту настройку, заводская настройка измерения - почти идеальна, её
можно только ухудшить!
Проверка точности измерения вольтметра индикатора
Как уже упоминалось, все тесты проводились для настройки L05 - под 5-секционный литиевый аккумулятор (Makita). 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, т.е. аккумуляторы на 18 В и на 21 В могут оказаться одними и теми же :).
Показания вольтметра обновляются раз в 0.5 секунды. Более оптимальным было бы обновление 3-4 раза в секунду; но, что есть - то есть.
Точность проверялась в сравнении с показаниями мультиметра хорошего класса (8000 отсчётов). Точность оказалась зависимой от входного напряжения (которое здесь одновременно является 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%). Так что, хотя при работе с одноэлементным
аккумулятором индикатор может включиться и работать, использовать его в таком
режиме крайне не рекомендуется.
Проверка соответствия входного напряжения и количества светящихся сегментов линейного индикатора (градусника)
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%).
Таким образом, "градусник" индикатора вполне адекватно
показывает состояние заряда аккумулятора, и 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, важно, что даже в самом "тяжелом" случае потребляемый ток не превышал 10 мА.
Хотя 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, впрочем, не опасно для его здоровья и жизни.
Но гораздо больший интерес представляет потребление индикатора в выключенном состоянии. Оно оказалось зависящим от входного напряжения и составило следующие величины:
Вх. напряжение 5 В - 0.3 мА;
Вх. напряжение 20 В - 0.37 мА;
Вх. 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 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 это мизерное потребление высадит просто в ноль!
Главный вывод: индикатор надо подключать не прямо к банкам
аккумулятора, а 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).
Наиболее дешевые аккумуляторы формата Makita не имеют вообще никакой индикации уровня заряда, и это - неудобно. Но с помощью протестированного индикатора это легко поправимо!
Сам индикатор приклеиваем к боковой поверхности корпуса аккумулятора Makita. Чтобы при клейке не мешали утолщения в тех местах, где к индикатору припаяны провода для его подключения, под этими местами высверливаем небольшие углубления (не сквозные!). Кроме того, под проводами ещё проскребаем острым кончиком ножа небольшие канавки для проводов.
Затем пропиливаем пазы в тех местах, где соединяются половинки корпуса аккумулятора, и укладываем в них провода от индикатора. Затем припаиваем провода к выходу аккумулятора внутри корпуса, и вуаля!
Индикатор, благодаря своей малой толщине, выглядит на аккумуляторе довольно изящно:
Протестированный индикатор заряда аккумулятора показал себя точным и полезным устройством, способным сделать использование аккумуляторов с электроинструментом более прогнозируемым и, благодаря этому, избежать неприятных ситуаций, когда нужно работать с инструментом, а он не работает!
Причём, данный индикатор отличается высокой универсальностью: его можно применять не только с аккумуляторами Макита, как описано в материале, но и с другими типами аккумуляторов, рассчитанных на широкий диапазон напряжений.
Ограничением будет только количество последовательных секций в аккумуляторе - их должно быть не менее трёх.
Надо добавить, что таким полезным свойством индикатора, как прямое измерение напряжения на аккумуляторе, надо ещё уметь пользоваться.
Во-первых, пользователь должен знать, как минимум, что заряду аккумулятора 0% соответствует вовсе не нулевое напряжение на аккумуляторе (например, в рассмотренном случае с аккумулятором Макита из 5 секций, напряжение для 0% заряда равно 16 В).
Во-вторых, измерение напряжения до включения электроинструмента и после включения может дать информацию о степени износа аккумулятора, или же о факте его перегрузки (мощность аккумулятора 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!
Весь раздел "Сделай
сам"
Подписывайтесь на
Дзен-канал "Smartpuls.ru - интересно о
технике!", будет много интересного!
Ваш Доктор.
14 марта 2026 г.
Вступайте в группу
SmartPuls.Ru
Контакте!
Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.
Комментарии вКонтакте:
При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!
Доктора!
(Администрация сайта - контакты и информация)
Группа
SmartPuls.Ru
Контакте
- анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них