In diesem Beitrag lernen wir einen einfachen Batteriestromsensor mit Anzeigeschaltung kennen, der die von der Batterie während des Ladevorgangs verbrauchte Strommenge erfasst. Die vorgestellten Designs haben auch eine automatische Abschaltung, wenn der Akku bei vollem Ladezustand keinen Strom mehr verbraucht.

Warum der Strom abfällt, wenn der Akku aufgeladen wird

Wir wissen bereits, dass ein Akku, während er anfänglich aufgeladen wird, eine höhere Strommenge zieht. Wenn er sich dem vollen Ladezustand nähert, beginnt dieser Verbrauch zu sinken, bis er fast Null erreicht.

Dies geschieht, weil sich die Batterie anfangs im entladenen Zustand befindet und ihre Spannung niedriger als die Quellenspannung ist. Dies führt zu einer relativ größeren Potentialdifferenz zwischen den beiden Quellen.

Aufgrund dieses großen Unterschieds steigt das Potential der höheren Quelle, bei der es sich um eine Ladeleistung handelt, mit viel höherer Intensität auf die Batterie zu, wodurch eine höhere Strommenge in die Batterie gelangt.

Wenn der Akku vollständig aufgeladen ist, beginnt sich die Potentialdifferenz zwischen den beiden Quellen zu schließen, bis die beiden Quellen identische Spannungspegel aufweisen.

In diesem Fall kann die Spannung von der Versorgungsquelle keinen weiteren Strom in Richtung Batterie drücken, was zu einem verringerten Stromverbrauch führt.

Dies erklärt, warum eine entladene Batterie anfänglich mehr Strom und bei voller Ladung einen minimalen Strom zieht.

Üblicherweise verwenden die meisten Batterieladeanzeigen den Spannungspegel der Batterie, um ihren Ladezustand anzuzeigen. Hier wird anstelle der Spannung die Stromstärke (Ampere) zur Messung des Ladestatus verwendet.

Die Verwendung von Strom als Messparameter ermöglicht eine genauere Beurteilung der Batterieladung Status. Die Schaltung ist auch in der Lage, den augenblicklichen Zustand einer angeschlossenen Batterie anzuzeigen, indem ihre Stromverbrauchsfähigkeit während des Ladens übersetzt wird.

Verwenden des einfachen LM338-Designs

Eine einfache Stromunterbrechungs-Batterieladeschaltung könnte durch geeignetes Modifizieren von a aufgebaut werden Standard LM338 Reglerschaltung Wie nachfolgend dargestellt:

“12V AC zu 12V DC Brückengleichrichter ”

Ich habe vergessen, eine Diode an der positiven Leitung der Batterie anzubringen. Stellen Sie daher sicher, dass Sie diese wie in der folgenden korrigierten Abbildung gezeigt hinzufügen.

Wie es funktioniert

Die Arbeitsweise der obigen Schaltung ist ziemlich einfach.

Wir wissen, dass der IC die Ausgangsspannung abschaltet, wenn der ADJ-Pin des LM338- oder LM317-IC mit der Erdungsleitung kurzgeschlossen wird. Wir verwenden diese ADJ-Abschaltfunktion zum Implementieren der aktuell erkannten Abschaltung.

Wenn Eingangsleistung angelegt wird, deaktiviert der 10uF-Kondensator den ersten BC547, sodass der LM338 normal funktionieren und die erforderliche Spannung für die angeschlossene Batterie erzeugen kann.

Dadurch wird der Akku angeschlossen und der Ladevorgang beginnt, indem die angegebene Strommenge gemäß der Ah-Bewertung entnommen wird.

Dies entwickelt einen Potentialunterschied zwischen den Stromerfassungswiderstand Rx, der den zweiten BC547-Transistor einschaltet.

Dies stellt sicher, dass der erste BC547, der mit dem ADJ-Pin des IC verbunden ist, deaktiviert bleibt, während der Akku normal geladen werden kann.

Wenn der Akku aufgeladen wird, beginnt die Potentialdifferenz zwischen Rx zu sinken. Wenn der Akku fast vollständig aufgeladen ist, sinkt dieses Potenzial auf ein Niveau, bei dem es für die zweite BC547-Basisvorspannung zu niedrig wird, wodurch es abgeschaltet wird.

Wenn der zweite BC547 herunterfährt, schaltet der erste BC547 ein und erdet den ADJ-Pin des IC.

Der LM338 schaltet sich jetzt vollständig ab und trennt den Akku von der Ladeversorgung.

Rx kann mit der Ohmschen Gesetzformel berechnet werden:

Rx = 0,6 / minimaler Ladestrom

Diese LM338-Schaltung unterstützt eine Batterie mit bis zu 50 Ah, wobei der IC auf einem großen Kühlkörper montiert ist. Bei Batterien mit einer höheren Ah-Bewertung muss der IC möglicherweise mit einem Außenbordtransistor wie aufgerüstet werden in diesem Artikel diskutiert .

Verwenden des IC LM324

Das zweite Design ist eine aufwändigere Schaltung unter Verwendung eines LM324 IC Dies ermöglicht eine genaue schrittweise Erkennung des Batteriestatus und ein vollständiges Ausschalten der Batterie, wenn die Stromaufnahme den Mindestwert erreicht.

Wie die LEDs den Batteriestatus anzeigen

Wenn die Batterie den maximalen Strom verbraucht, leuchtet die ROTE LED.

Wenn die Batterie aufgeladen wird und der Strom über Rx proportional abfällt, erlischt die ROTE LED und die GRÜNE LED leuchtet.

Wenn der Battrey weiter aufgeladen wird, erlischt die grüne LED und die gelbe leuchtet auf.

Wenn der Akku fast voll aufgeladen ist, erlischt die gelbe LED und die weiße leuchtet auf.

Wenn der Akku vollständig aufgeladen ist, erlischt auch die weiße LED. Dies bedeutet, dass alle LEDs ausgeschaltet sind, was darauf hinweist, dass der Akku aufgrund eines vollständig geladenen Status keinen Strom verbraucht.

Schaltungsbetrieb

In Bezug auf die gezeigte Schaltung sehen wir vier Operationsverstärker, die als Komparatoren konfiguriert sind, wobei jeder Operationsverstärker seine eigenen voreingestellten Stromerfassungseingänge hat.

Ein Hochleistungswiderstand Rx bildet die Strom-Spannungs-Wandler-Komponente, die den von der Batterie oder der Last verbrauchten Strom erfasst, in einen entsprechenden Spannungspegel umwandelt und den Operationsverstärkereingängen zuführt.

Zu Beginn verbraucht die Batterie die höchste Strommenge, die einen entsprechend höchsten Spannungsabfall über dem Widerstand Rx erzeugt.

Die Voreinstellungen sind so eingestellt, dass der nicht invertierende Pin3 aller 4 Operationsverstärker ein höheres Potential als der Referenzwert von Pin2 hat, wenn die Batterie den maximalen Strom verbraucht (vollständig entladen).

Da die Ausgänge aller Operationsverstärker zu diesem Zeitpunkt hoch sind, leuchtet nur die mit dem A4 verbundene ROTE LED auf, während die verbleibende LED ausgeschaltet bleibt.

Wenn der Akku aufgeladen wird, fällt die Spannung an Rx ab.

Gemäß der sequentiellen Einstellung der Voreinstellungen fällt die Spannung von A4 Pin3 leicht unter Pin2 ab, wodurch der A4-Ausgang niedrig wird und ROT zum Abschalten führt.

Bei niedrigem A4-Ausgang leuchtet die A3-Ausgangs-LED auf.

Wenn die Batttery etwas mehr auflädt, fällt das Potential von A3-Operationsverstärkern Pin3 unter Pin2, wodurch der Ausgang von A3 niedrig wird, wodurch die GRÜNE LED ausgeschaltet wird.

Bei niedrigem A3-Ausgang leuchtet die A2-Ausgangs-LED auf.

Wenn der Akku etwas mehr aufgeladen wird, fällt das Pin3-Potential von A3 unter Pin2, wodurch der Ausgang von A2 Null wird und die gelbe LED erlischt.

Bei niedrigem A2-Ausgang leuchtet die weiße LED jetzt auf.

Wenn der Akku fast vollständig aufgeladen ist, sinkt das Potential an Pin3 von A1 unter Pin2, wodurch der A1-Ausgang Null wird und die weiße LED erlischt.

Wenn alle LEDs ausgeschaltet sind, wird angezeigt, dass der Akku vollständig aufgeladen ist und der Strom über den Rx Null erreicht hat.

Schaltplan

Teileliste für die vorgeschlagene Batteriestromanzeigeschaltung

R1 ---- R5 = 1k
P1 ----- P4 = 1k Voreinstellungen
A1 ----- A4 = LM324 IC
Diode = 1N4007 oder 1N4148
Rx = Wie unten erklärt

Einstellen des Stromerfassungsbereichs

Zuerst müssen wir den Bereich der maximalen und minimalen Spannung berechnen, die über Rx als Reaktion auf den von der Batterie verbrauchten Strombereich entwickelt wird.

Nehmen wir an, der zu ladende Akku ist a 12 V 100 Ah Batterie und der maximal vorgesehene Strombereich hierfür beträgt 10 Ampere. Und wir möchten, dass sich dieser Strom über Rx um 3 V entwickelt.

Mit dem Ohmschen Gesetz können wir den Rx-Wert folgendermaßen berechnen:

Rx = 3/10 = 0,3 Ohm

Leistung = 3 x 10 = 30 Watt.

Jetzt ist 3 V die maximale Reichweite. Da nun der Referenzwert an Pin2 des Operationsverstärkers unter Verwendung einer 1N4148-Diode eingestellt wird, liegt das Potential an Pin2 bei etwa 0,6 V.

Der minimale Bereich kann also 0,6 V betragen. Daher erhalten wir den minimalen und maximalen Bereich zwischen 0,6 V und 3 V.

Wir müssen die Voreinstellungen so einstellen, dass bei 3 V alle Pin3-Spannungen von A1 bis A4 höher sind als Pin 2.

Als nächstes können wir davon ausgehen, dass sich die Operationsverstärker in der folgenden Reihenfolge ausschalten:

Bei 2,5 V über Rx A4 wird der Ausgang niedrig, bei 2 V wird der A3-Ausgang niedrig, bei 1,5 V wird der A2-Ausgang niedrig, bei 0,5 V wird der A1-Ausgang niedrig

Denken Sie daran, dass bei 0,5 V über Rx alle LEDs ausgeschaltet sind, 0,5 V jedoch möglicherweise immer noch 1 Ampere Strom entsprechen, der von der Batterie aufgenommen wird. Wir können dies als Float-Ladezustand betrachten und die Batterie einige Zeit angeschlossen lassen, bis wir sie endgültig entfernen.

Wenn Sie möchten, dass die letzte LED (weiß) leuchtet, bis fast Null Volt über Rx erreicht ist, können Sie in diesem Fall die Referenzdiode vom Pin2 der Operationsverstärker entfernen und durch einen Widerstand ersetzen, so dass dieser Widerstand zusammen mit R5 erzeugt an Pin2 einen Spannungsabfall von ca. 0,2 V.

Dadurch wird sichergestellt, dass die weiße LED an A1 nur dann erlischt, wenn das Potential an Rx unter 0,2 V fällt, was wiederum einem fast vollständig geladenen und austauschbaren Akku entspricht.

So stellen Sie die Voreinstellungen ein.

Dazu benötigen Sie einen Dummy-Potentialteiler, der mit einem 1K-Poti aufgebaut ist, der wie unten gezeigt über die Versorgungsklemmen angeschlossen ist.

Trennen Sie zunächst die voreingestellte Verbindung P1 --- P4 vom Rx und verbinden Sie sie wie oben angegeben mit dem Mittelstift des 1-K-Topfes.

Schieben Sie den Mittelarm aller Operationsverstärker-Presets in Richtung 1K-Poti.

Stellen Sie nun den 1K-Poti so ein, dass sich zwischen dem Mittelarm und dem Bodenarm 2,5 V entwickeln. An dieser Stelle leuchtet nur die ROTE LED. Stellen Sie als nächstes die A4-Voreinstellung P4 so ein, dass die ROTE LED gerade erlischt. Dadurch wird die grüne LED A3 sofort eingeschaltet.

Stellen Sie danach den 1K-Poti ein, um die Spannung des Mittelstifts auf 2 V zu reduzieren. Stellen Sie wie oben die A3-Voreinstellung P3 so ein, dass das Grün gerade ausgeschaltet wird. Dadurch wird die gelbe LED eingeschaltet.

Stellen Sie als nächstes den 1K-Poti so ein, dass an seinem mittleren Pin 1,5 V erzeugt werden, und stellen Sie die A2-Voreinstellung P2 so ein, dass die gelbe LED gerade erlischt. Dadurch wird die weiße LED eingeschaltet.

Stellen Sie abschließend den 1K-Poti so ein, dass das Potential des Mittelstifts auf 0,5 V reduziert wird. Stellen Sie die A1-Voreinstellung P1 so ein, dass die weiße LED gerade erlischt.

Die voreingestellten Einstellungen sind nun beendet!

Entfernen Sie den 1K-Poti und schließen Sie die voreingestellte Ausgangsverbindung wieder an Rx an, wie im ersten Diagramm gezeigt.

Sie können den empfohlenen Akku aufladen und beobachten, wie die LEDs entsprechend reagieren.

Hinzufügen einer automatischen Abschaltung

Wenn der Strom auf fast Null abfällt, kann ein Relais ausgeschaltet werden, um eine automatische Unterbrechung des Stromerfassungs-Batterieschaltkreises sicherzustellen, wie unten gezeigt:

Wie es funktioniert

Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, bewirkt der 10uF-Kondensator eine kurzzeitige Erdung des Pin2-Potentials der Operationsverstärker, wodurch der Ausgang aller Operationsverstärker hoch wird.

Der am A1-Ausgang angeschlossene Relaistreibertransistor schaltet das Relais ein, das die Batterie über die N / O-Kontakte mit der Ladeversorgung verbindet.

Die Batterie beginnt nun, die festgelegte Strommenge zu ziehen, wodurch sich das erforderliche Potential über Rx entwickelt, das vom Pin3 der Operationsverstärker über die jeweiligen Voreinstellungen P1 - P4 erfasst wird.

In der Zwischenzeit werden die 10uF über R5 aufgeladen, wodurch der Referenzwert an Pin2 der Operationsverstärker wieder auf 0,6 V (Diodenabfall) zurückgesetzt wird.

Während der Akku aufgeladen wird, reagieren die Operationsverstärkerausgänge entsprechend wie zuvor erläutert, bis der Akku vollständig aufgeladen ist und der A1-Ausgang schwach wird.

Wenn der A1-Ausgang niedrig ist, schaltet der Transistor das Relais aus und die Batterie wird von der Versorgung getrennt.

Ein weiteres nützliches stromgesteuertes Batteriesperrdesign

Die Arbeitsweise dieses Entwurfs ist eigentlich einfach. Die Spannung am invertierenden Eingang wird durch die Voreinstellung P1 auf einen Pegel festgelegt, der knapp unter dem Spannungsabfall an der Widerstandsbank R3 - R13 liegt, der dem empfohlenen Ladestrom der Batterie entspricht.

Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, bewirkt C2, dass beim Nichtinvertieren des Operationsverstärkers ein High auftritt, was wiederum dazu führt, dass der Operationsverstärkerausgang hoch geht und den MOSFET einschaltet.

Der MOSFET leitet und ermöglicht den Anschluss der Batterie an die Ladeversorgung, sodass der Ladestrom durch die Widerstandsbank fließen kann.

Dadurch kann sich am nichtinvertierenden Eingang des IC eine Spannung entwickeln, die höher ist als sein invertierender Pin, wodurch der Ausgang des Operationsverstärkers auf ein permanentes Hoch eingestellt wird.

Der MOSFET leitet nun weiter und die Batterie wird aufgeladen, bis die Stromaufnahme der Batterie bei vollem Ladezustand der Batterie erheblich abnimmt. Die Spannung an der Widerstandsbank fällt jetzt ab, so dass der invertierende Pin des Operationsverstärkers jetzt höher ist als der nicht invertierende Pin des Operationsverstärkers.

Aus diesem Grund wird der Ausgang des Operationsverstärkers niedrig, der MOSFET wird ausgeschaltet und der Batterieladevorgang wird endgültig gestoppt.