Індикатор напруги для збірок літієвих акумуляторів 1-7S

Іноді замовляю для складання акумуляторів невеликі вимірювачі, і ось нарешті дійшли руки їх протестувати, а заразом написати мікроогляд.
Огляд, трохи тестів і висновків — сподіваюся, буде корисно.


На жаль, доставка в магазині платна, тому замовляв одразу по кілька штук, щоб компенсувати ці витрати.
На момент замовлення у продавця, здається, були лише чотири версії: 1S, 2S, 3S, 4S, але зараз з'явилися 6S і 7S. Дивно, що у продажу немає версії 5S, підозрюю, що скоро з'явиться.

Більшу частину вимірювачів віддав товаришеві, але по одній штуці залишив і собі.
Кожен вимірювач упакований в окремий пакет, відрізняються вони лише наклейкою з маркуванням китайською та зазначеним діапазоном вимірюваної напруги.
1S — 3.3-4.3 Вольта
2S — 6.6-8.4 Вольта
3S — 11.1-12.6 Вольта
4S — 13.2-16.8 Вольта

Також є маркування кольору світіння (імовірно), але у продавця вони лише в одному варіанті.


Якщо купуєте кілька різних варіантів, краще одразу позначити їх, адже самі по собі вони не мають ні маркування, ні зовнішніх відмінностей.


На одному боці плати є місце під кнопку, найімовірніше, для ввімкнення індикатора, але на платі немає ні кнопки, ні супутніх компонентів.


Коли отримав індикатори, трохи здивувався їхньому розміру: чомусь очікував, що вони будуть меншими, тим паче знаючи, як у китайських магазинах люблять робити фото.
Розміри самого індикатора — 31.5х20 мм, загальні розміри — 43.5х20х9.5мм, відстань між кріпильними отворами — 36мм.


Щоб не переплутати, де який індикатор, довелося зробити на кожному позначки маркером.


Загальна якість на трієчку: є сліди флюсу, паяння так собі, на деяких платах індикатор припаяний криво відносно самої плати.


Схемотехніка досить проста: стабілізатора напруги живлення немає, тому яскравість залежить від напруги живлення. Є джерело опорної напруги на основі регульованого стабілітрона TL431, а також захист від неправильного підключення живлення.
Я не зміг визначити, який чип відповідає за вимірювання. Спочатку думав, що це чотириканальний компаратор LM339, але в нього виходи виведені на контакти 1, 2, 13 і 14, а в чипа на платі з огляду — на виводи 1, 7, 8, 14.

Нижче на фото дві плати, 1S і 4S, щоб зрозуміти, чим вони відрізняються.
1. Резистори, через які живляться сегменти індикатора (R1-R5).
2. Резистор R9.

Усі інші компоненти на всіх платах однакові.
При цьому номінал резистора живлення TL431 однаковий для всіх плат, і через це споживаний струм залежатиме від вхідної напруги.


Індикатор має п'ять сегментів: один спільний у вигляді символу батарейки та чотири сегменти для індикації рівня заряду (власне, тому я й думав, що тут застосовано LM339). Але є також індикатор із п'ятьма сегментами рівня заряду, такий мені траплявся на Таобао.
Ба більше, є ще й багато варіантів кольорів індикації.


Розміри індикатора на платі з огляду та показаного вище дуже схожі: 30.8х17.8мм проти 31.5х20мм у плати з огляду.


Тепер трохи тестів.
Індикатор на платі з огляду має два кольори світіння: символ батарейки — червоний, сегменти — сині. При цьому символ батарейки складається із шести паралельно з'єднаних світлодіодів.

Яскравості достатньо, але в найнижчовольтнішої версії вона сильно залежить від напруги живлення, що цілком передбачувано. Інші працюють набагато стабільніше.
Є й невелика складність: оскільки кольори світіння синій і червоний, краще використовувати нейтральний світлофільтр.
Для прикладу нижче чотири варіанти —
1. Без світлофільтра
2. Зелений світлофільтр: видно всі сегменти, але яскравість сильно падає, і світлодіоди підсвічування символу батарейки стають помітнішими.
3. Червоний світлофільтр — видно лише символ батарейки
4. Синій світлофільтр: сегменти видно чудово, але символ батарейки майже не видно.


Вимірювання: для початку — споживаний струм.
Нижче на фото результати вимірювань для чотирьох із п'яти режимів: лише символ батарейки, + один сегмент, + два сегменти та + чотири сегменти. Фото з трьома сегментами викладати не став, але думаю, можна взяти середнє між третім і четвертим фото.
На всіх фото, де ввімкнені сегменти, струм виміряно одразу після їх увімкнення.
1-4, 1S
5-8, 2S
9-12, 3S
13-16, 4S

Видно, що струм постійно зростає, хоча номінали резисторів, через які живляться світлодіоди сегментів, різні. Це відбувається через те, що резистор живлення TL431 однаковий на всіх платах. Якщо потрібно зменшити споживаний струм, можна пропорційно збільшити номінал цього резистора (R14), наприклад, для плати 2S встановити 2 кОм.


А тепер про напругу ввімкнення сегментів. Одразу зроблю відступ: гістерезису немає або він дуже малий, тому в найнижчовольтнішої версії іноді «тремтить» яскравість, хоча під час тесту я підвищував напругу з кроком 10 мВ.

Також я перерахував залежність напруги індикації на один акумулятор для різних версій вимірювача й отримав такі результати:
1S.......2S.......3S.......4S
3.35 - 3.36 - 3.43 - 3.37
3.57 - 3.53 - 3.64 - 3.57
3.72 - 3.70 - 3.81 - 3.76
3.92 - 3.90 - 4.03 - 3.97

Як бачимо, результати трохи «плавають», але загалом картина досить зрозуміла: діапазон вимірювання приблизно 3.4–4.0 В, що приблизно відповідає майже повністю розрядженому та зарядженому акумулятору. Напруга літієвого акумулятора зазвичай різко знижується з 4.2 до 4 В, потім відносно плавно падає до 3.3–3.4 В, а далі знову різкіше. Я б сказав, що індикатор показує приблизно діапазон від 15 до 90%.


Згодом знайшлося ще кілька варіантів простіших вимірювачів.
Наприклад, вологозахищений — посилання.


І варіант «із циферками» — посилання


Мій читач із Франції надіслав варіант схеми цього вимірювача, спочатку він налаштований на збірку 4S. Велике йому спасибі :)



За результатами огляду й тестів можу сказати, що індикатори цілком працездатні й корисні, але є кілька зауважень:
1. Помітні окремі світлодіоди символу батарейки
2. Споживаний струм помітно зростає зі збільшенням напруги; це виправляється заміною резистора R14
3. Немає кнопки ввімкнення.

Щодо останнього пункту поясню. Оскільки немає кнопки, яка «програмно» вмикає індикатор, зробити це можна лише подачею живлення. Але зазвичай немає сенсу тримати його постійно ввімкненим, а звичайна маленька кнопка має відносно високий опір, тож результат вимірювання сильно залежатиме і від сили натискання, і від терміну її служби.

В іншому це корисна й, на мій погляд, недорога річ, а великий вибір варіантів дає змогу використовувати її в різних пристроях, наприклад у шурупокруті.

На цьому все. Сподіваюся, огляд був корисним. Як завжди, чекаю на запитання й просто коментарі.