In dit bericht leren we over een eenvoudige batterijstroomsensor met indicatorcircuit die de hoeveelheid stroom detecteert die door de batterij wordt verbruikt tijdens het opladen. De gepresenteerde ontwerpen hebben ook een automatische uitschakeling wanneer de batterij stopt met het verbruiken van stroom bij volledig opgeladen niveau.
Waarom de huidige daalt als de batterij wordt opgeladen
We weten al dat terwijl een batterij aanvankelijk wordt opgeladen, deze een grotere hoeveelheid stroom trekt, en naarmate het volledig oplaadniveau bereikt, dit verbruik begint te dalen, totdat het bijna nul bereikt.
Dit gebeurt omdat de accu aanvankelijk in ontladen toestand is en de spanning lager is dan de bronspanning. Dit veroorzaakt een relatief groter potentiaalverschil tussen de twee bronnen.
Vanwege dit grote verschil begint het potentieel van de hogere bron, de laderuitgang, met een veel hogere intensiteit naar de batterij te snellen, waardoor er meer stroom in de batterij komt.
Als de batterij volledig wordt opgeladen, begint het potentiaalverschil tussen de twee bronnen te sluiten, totdat de twee bronnen identieke spanningsniveaus hebben.
Wanneer dit gebeurt, kan de spanning van de voedingsbron geen verdere stroom naar de batterij duwen, wat resulteert in een lager stroomverbruik.
Dit verklaart waarom een lege batterij aanvankelijk meer stroom trekt en een minimale stroom wanneer deze volledig is opgeladen.
Gewoonlijk gebruiken de meeste acculaadindicatoren het spanningsniveau van de accu om de laadtoestand aan te geven, hier wordt in plaats van de spanning de stroomsterkte (ampère) gebruikt om de laadstatus te meten.
Door stroom als meetparameter te gebruiken, kan de batterij opladen toestand. Het circuit is ook in staat om de onmiddellijke toestand van een aangesloten batterij aan te geven door de stroomverbruikende capaciteit te vertalen terwijl deze wordt opgeladen.
Met behulp van LM338 Simple Design
Een eenvoudig stroomonderbrekingscircuit van de batterijlader kan worden gebouwd door een geschikte wijziging van een standaard LM338 regelcircuit zoals hieronder weergegeven:
Ik ben vergeten een diode toe te voegen aan de positieve lijn van de batterij, dus zorg ervoor dat u deze toevoegt zoals weergegeven in het volgende gecorrigeerde diagram.
Hoe het werkt
De werking van het bovenstaande circuit is vrij eenvoudig.
We weten dat wanneer de ADJ-pin van de LM338 of LM317 IC wordt kortgesloten met de aardingslijn, de IC de uitgangsspanning afsluit. We gebruiken deze ADJ-afsluitfunctie voor het implementeren van de huidige gedetecteerde uitschakeling.
Wanneer ingangsvermogen wordt toegepast, schakelt de condensator van 10uF de eerste BC547 uit, zodat de LM338 normaal kan functioneren en de vereiste spanning voor de aangesloten batterij kan produceren.
Dit verbindt de batterij en het begint met opladen door de gespecificeerde hoeveelheid stroom te trekken volgens de Ah-classificatie.
Dit ontwikkelt een potentieel verschil over de huidige detectieweerstand Rx die de tweede BC547 transistor AAN zet.
Dit zorgt ervoor dat de eerste BC547 die is verbonden met de ADJ-pin van het IC uitgeschakeld blijft terwijl de batterij normaal kan opladen.
Terwijl de batterij wordt opgeladen, begint het potentiële verschil over Rx af te nemen. Uiteindelijk, wanneer de batterij bijna volledig is opgeladen, daalt dit potentieel tot een niveau waarop het te laag wordt voor de tweede BC547-basisvoorspanning, waardoor het wordt uitgeschakeld.
Wanneer de tweede BC547 uitschakelt, schakelt de eerste BC547 AAN en aardt de ADJ-pin van de IC.
De LM338 schakelt nu volledig uit, waardoor de accu volledig losgekoppeld wordt van de laadtoevoer.
Rx kan worden berekend met de formule van de wet van Ohm:
Rx = 0,6 / minimale laadstroom
Dit LM338-circuit ondersteunt een batterij tot 50 Ah met de IC gemonteerd op een groot koellichaam. Voor batterijen met een hogere Ah-classificatie moet het IC mogelijk worden geüpgraded met een buitenboordtransistor zoals besproken in dit artikel
Met behulp van IC LM324
Het tweede ontwerp is een uitgebreider circuit met een LM324 IC die zorgt voor een nauwkeurige stapsgewijze detectie van de batterijstatus en ook een volledige uitschakeling van de batterij wanneer de stroomopname de minimumwaarde bereikt.
Hoe de LED's de batterijstatus aangeven
Als de batterij de maximale stroom verbruikt, gaat de RODE LED branden.
Als de batterij wordt opgeladen en de stroom over Rx proportioneel afneemt, gaat de RODE LED UIT en gaat de GROENE LED AAN.
Naarmate de battrey verder wordt opgeladen, gaat de groene LED UIT en gaat de gele LED AAN.
Vervolgens, wanneer de batterij bijna volledig is opgeladen, gaat de gele LED UIT en gaat de witte LED AAN.
Ten slotte, wanneer de batterij volledig is opgeladen, gaat de witte LED ook UIT, wat betekent dat alle LED's worden uitgeschakeld, wat aangeeft dat de batterij geen stroom verbruikt vanwege een volledig opgeladen status.
Circuitwerking
Verwijzend naar het getoonde circuit, kunnen we vier opamps zien die zijn geconfigureerd als comparators, waarbij elke opamp zijn eigen vooraf instelbare stroomdetectie-ingangen heeft.
Een hoge wattweerstand Rx vormt de stroom-naar-spanning-omzettercomponent die de door de batterij of de belasting verbruikte stroom meet en deze omzet in een overeenkomstig spanningsniveau en deze naar de opamp-ingangen stuurt.
In het begin verbruikt de batterij de hoogste hoeveelheid stroom die een overeenkomstige hoogste hoeveelheid spanningsval over de weerstand Rx produceert.
De presets zijn zo ingesteld dat wanneer de batterij de maximale stroom verbruikt (volledig ontladen niveau), de niet-inverterende pin3 van alle 4 opamps een hoger potentieel heeft dan de referentiewaarde van pin2.
Aangezien de outputs van alle opamps op dit punt hoog zijn, licht alleen de RODE LED die met de A4 is verbonden op terwijl de resterende LED uit blijft.
Nu de batterij wordt opgeladen, begint de spanning over Rx te dalen.
Volgens de opeenvolgende aanpassing van de presets daalt de spanning van de A4 pin3 iets onder de pin2, waardoor de A4-uitvoer laag wordt en de RODE led wordt uitgeschakeld.
Met een lage A4-uitvoer licht de A3-uitvoer-LED op.
Wanneer de batterij wat meer oplaadt, daalt het potentieel van A3 opamps pin3 onder zijn pin2, waardoor de output van A3 laag wordt, waardoor de GROENE LED wordt uitgeschakeld.
Met A3 output laag, A2 output LED licht op.
Wanneer de batterij iets meer wordt opgeladen, zakt het pin3-potentieel van A3 onder zijn pin2, waardoor de output van A2 nul wordt en de gele LED wordt uitgeschakeld.
Met A2 output laag, gaat de witte LED nu branden.
Als de batterij ten slotte bijna volledig is opgeladen, gaat het potentieel op pin3 van A1 onder zijn pin2, waardoor de A1-output nul wordt en de witte LED wordt uitgeschakeld.
Als alle LED's zijn uitgeschakeld, geeft dit aan dat de batterij volledig is opgeladen en dat de stroom over de Rx nul heeft bereikt.
Schakelschema
Onderdelenlijst voor het voorgestelde batterijstroomindicatorcircuit
- R1 ---- R5 = 1k
- P1 ----- P4 = 1k voorinstellingen
- A1 ----- A4 = LM324 IC
- Diode = 1N4007 of 1N4148
- Rx = zoals hieronder uitgelegd
Het huidige detectiebereik instellen
Ten eerste moeten we het bereik van de maximale en minimale spanning berekenen die over Rx wordt ontwikkeld als reactie op het stroombereik dat door de batterij wordt verbruikt.
Laten we aannemen dat de batterij die moet worden opgeladen een 12 V 100 Ah accu , en het maximale beoogde stroombereik hiervoor is 10 ampère. En we willen dat deze stroom zich ontwikkelt rond 3 V over Rx.
Met behulp van de wet van Ohm kunnen we de Rx-waarde op de volgende manier berekenen:
Rx = 3/10 = 0,3 Ohm
Wattage = 3 x 10 = 30 watt.
Nu is 3 V het maximale bereik in de hand. Nu, aangezien de referentiewaarde op pin2 van de opamp is ingesteld met behulp van een 1N4148-diode, zal de potentiaal op pin2 ongeveer 0,6 V zijn.
Het minimum bereik kan dus 0,6 V zijn.Daarom geeft dit ons het minimum en maximum bereik tussen 0,6 V en 3 V.
We moeten de presets zo instellen dat bij 3 V alle pin3-spanningen van A1 tot A4 hoger zijn dan pin 2.
Vervolgens kunnen we aannemen dat de opamps in de volgende volgorde worden uitgeschakeld:
Bij 2,5 V over Rx wordt A4-uitgang laag, bij 2 V gaat A3-uitgang laag, bij 1,5 V wordt A2-uitgang laag, bij 0,5 V wordt A1-uitgang laag
Onthoud, hoewel bij 0,5 V over Rx alle LED's uitgaan, kan 0,5 V nog steeds overeenkomen met 1 ampère stroom die door de batterij wordt getrokken. We kunnen dit beschouwen als het float-laadniveau en de batterij een tijdje aangesloten laten, totdat we deze uiteindelijk verwijderen.
Als je wilt dat de laatste LED (wit) blijft branden totdat er bijna nul volt is bereikt over Rx, dan kun je de referentiediode van pin2 van de opamps verwijderen en vervangen door een weerstand zodat deze weerstand samen met R5 zorgt voor een spanningsval van ongeveer 0,2 V op pin2.
Dit zorgt ervoor dat de witte LED op A1 alleen wordt uitgeschakeld als het potentieel over Rx onder 0,2 V daalt, wat op zijn beurt overeenkomt met een bijna volledig opgeladen en verwijderbare batterij.
Hoe de voorinstellingen in te stellen.
Hiervoor hebt u een dummy-potentiaalverdeler nodig die is gebouwd met behulp van een 1K-pot die over de voedingsklemmen is aangesloten, zoals hieronder wordt weergegeven.
Koppel in eerste instantie de P1 --- P4 preset link los van de Rx en verbind deze met de middelste pin van de 1 K pot, zoals hierboven aangegeven.
Schuif de middenarm van alle opamp-presets naar de 1K-pot.
Pas nu de 1K-pot aan zodat 2,5V wordt ontwikkeld over de middenarm en de grondarm. Op dit punt is alleen de RODE LED AAN. Pas vervolgens de A4-preset P4 aan zodat de RODE LED net uitgaat. Hierdoor wordt de A3 groene LED onmiddellijk ingeschakeld.
Pas daarna de 1K-pot aan om de spanning in het midden van de pen te verlagen tot 2V. Pas zoals hierboven de A3-preset P3 aan, zodat de green gewoon UIT gaat. Hierdoor wordt de gele LED ingeschakeld.
Pas vervolgens de 1K-pot aan om 1,5V op de middelste pin te produceren en pas de A2-preset P2 zo aan dat de gele LED gewoon uitgaat. Hierdoor wordt de witte LED ingeschakeld.
Pas ten slotte de 1K-pot aan om het potentieel van de middelste pin te verlagen tot 0,5 V. Pas de A1 preset P1 zo aan dat de witte LED net uitgaat.
De vooraf ingestelde aanpassingen zijn nu voorbij en klaar!
Verwijder de 1K-pot en sluit de vooraf ingestelde uitgangslink weer aan op Rx, zoals weergegeven in het eerste diagram.
U kunt beginnen met het opladen van de aanbevolen batterij en kijken hoe de LED's dienovereenkomstig reageren.
Een automatische uitschakeling toevoegen
Wanneer de stroom tot bijna nul daalt, kan een relais worden uitgeschakeld om een automatische uitschakeling van het stroomgevoelige batterijcircuit te garanderen, zoals hieronder weergegeven:
Hoe het werkt
Wanneer de stroom is ingeschakeld, veroorzaakt de condensator van 10uF een tijdelijke aarding van de pin2-potentiaal van de opamps, waardoor de output van alle opamps hoog kan worden.
De relais-driver-transistor die is aangesloten op de A1-uitgang schakelt het relais in, dat de accu via de maakcontacten met de laadtoevoer verbindt.
De batterij begint nu de voorgeschreven hoeveelheid stroom te trekken, waardoor het vereiste potentieel zich ontwikkelt over Rx, wat wordt waargenomen door de pin3 van de opamps via de respectieve presets, P1 --- P4.
Ondertussen wordt de 10uF opgeladen via R5, waardoor de referentiewaarde op pin2 van de opamps weer op 0,6V staat (diodedaling).
Terwijl de batterij oplaadt, reageren de opamp-uitgangen overeenkomstig zoals eerder uitgelegd, totdat de batterij volledig is opgeladen, waardoor de A1-uitgang laag wordt.
Als de A1-uitgang laag is, schakelt de transistor het relais UIT en wordt de batterij losgekoppeld van de voeding.
Nog een nuttig ontwerp voor stroomdetectie van de batterij
De werking van dit ontwerp is eigenlijk eenvoudig. De spanning op de inverterende ingang wordt door de P1-preset op een niveau vastgesteld dat net lager is dan de spanningsval over de weerstandsbank R3 --- R13, wat overeenkomt met de aanbevolen laadstroom van de batterij.
Wanneer de stroom is ingeschakeld, zorgt C2 ervoor dat er een high verschijnt bij het niet-omkeren van de opamp, waardoor de uitgang van de opamp hoog wordt en de MOSFET wordt ingeschakeld.
De MOSFET geleidt en maakt het mogelijk dat de batterij over de laadtoevoer wordt aangesloten, waardoor de laadstroom door de weerstandsbank kan gaan.
Hierdoor kan zich een spanning ontwikkelen aan de niet-inverterende ingang van de IC, hoger dan de inverterende pin, die de uitgang van de opamp op een permanent hoog niveau vergrendelt.
De MOSFET blijft nu geleiden en de accu wordt opgeladen, totdat de stroomopname van de accu significant afneemt bij het volledige laadniveau van de accu. De spanning over de weerstandsbank daalt nu, zodat de inverterende pin van de opamp nu hoger gaat dan de niet-inverterende pin van de opamp.
Hierdoor wordt de opamp-uitgang laag, wordt de MOSFET uitgeschakeld en wordt het opladen van de batterij eindelijk gestopt.
Vorige: MPPT vs Solar Tracker - Verschillen onderzocht Volgende: Weerstanden gebruiken met LED, Zener en transistor
