Успешный пуск автомобильного двигателя во многом зависит от состояния заряда аккумулятора. Регулярно проверять напряжение на клеммах с помощью мультиметра – неудобно. Гораздо практичнее воспользоваться цифровым или аналоговым индикатором, расположенным рядом с приборной панелью. Простейший индикатор заряда аккумулятора можно сделать своими руками, в котором пять светодиодов помогают отслеживать постепенный разряд либо заряд батареи.
Принципиальная схема
Рассматриваемая принципиальная схема индикатора уровня заряда представляет собой простейшее устройство, отображающее уровень заряда аккумулятора (АКБ) на 12 вольт. Её ключевым элементом является микросхема LM339, в корпусе которой собрано 4 однотипных операционных усилителя (компаратора). Общий вид LM339 и назначение выводов показан на рисунке. 
Прямые и инверсные входы компараторов подключены через резистивные делители. В качестве нагрузки используются индикаторные светодиоды 5 мм.
Диод VD1 служит защитой микросхемы от случайной смены полярности. Стабилитрон VD2 задаёт опорное напряжение, которое является эталоном для будущих измерений. Резисторы R1-R4 ограничивают ток через светодиоды.
Принцип работы
Работает схема индикатора заряда аккумулятора на светодиодах следующим образом. Застабилизированное с помощью резистора R7 и стабилитрона VD2 напряжение 6,2 вольт поступает на резистивный делитель, собранный из R8-R12. Как видно из схемы между каждой парой этих резисторов формируются опорные напряжения разного уровня, которые поступают на прямые входы компараторов. В свою очередь, инверсные входы объединены между собой и через резисторы R5 и R6 подключены к клеммам аккумуляторной батарее (АКБ).
В процессе заряда (разряда) аккумулятора постепенно изменяется напряжение на инверсных входах, что приводит к поочередному переключению компараторов. Рассмотрим работу операционного усилителя OP1, который отвечает за индикацию максимального уровня заряда АКБ. Зададим условие, если заряженный аккумулятор имеет напряжение 13,5 В, то последний светодиод начинает гореть. Пороговое напряжение на его прямом входе, при котором засветится этот светодиод, рассчитаем по формуле:
U OP1+ = U СТ VD2 – U R8 ,
U СТ VD2 =U R8 + U R9 + U R10 + U R11 + U R12 = I*(R8+R9+R10+R11+R12)
I= U СТ VD2 /(R8+R9+R10+R11+R12) = 6,2/(5100+1000+1000+1000+10000) = 0,34 мА,
U R8 = I*R8=0,34 мА*5,1 кОм=1,7 В
U OP1+ = 6,2-1,7 = 4,5 В
Это означает, что при достижении на инверсном входе потенциала величиной более 4,5 вольт компаратор OP1 переключится и на его выходе появится низкий уровень напряжения, а светодиод засветится. По указанным формулам можно рассчитать потенциал на прямых входах каждого операционного усилителя. Потенциал на инверсных входах находят из равенства: U OP1- = I*R5 = U БАТ – I*R6.
Печатная плата и детали сборки
Печатная плата изготавливается из одностороннего фольгированного текстолита размером 40 на 37 мм, которую можно скачать . Она предназначена для монтажа DIP элементов следующего типа:
- резисторы МЛТ-0,125 Вт с точностью не менее 5% (ряд Е24)
R1, R2, R3, R4, R7, R9, R10, R11– 1 кОм,
R5, R8 – 5,1 кОм,
R6, R12 – 10 кОм; - диод VD1 любой маломощный с обратным напряжением не ниже 30 В, например, 1N4148;
- стабилитрон VD2 маломощный с напряжением стабилизации 6,2 В. Например, КС162А, BZX55C6V2;
- светодиоды LED1-LED5 – индикаторные типа
Никель-кадмиевые аккумуляторы сегодня широко применяют в бытовой технике. Учитывая, что правильная эксплуатация позволяет продлить срок "жизни" этих дорогих компонентов, весьма актуален контроль за состоянием аккумуляторов и, особенно, за процессом зарядки в целях предотвращения их перезарядки.
На радиорынках и прилавках специализированных магазинов можно встретить довольно много моделей ручных фонарей, питающихся от никель-кадмиевых аккумуляторов. Особенно популярны фонари "Универсал УН-0-002" отечественного производства. Они имеют малые габариты, удобный корпус, для питания лампы используется батарея из трех аккумуляторов Д-0.26Д. Фонарь снабжен встроенным сетевым зарядным устройством (ЗУ), выполненным по стандартной схеме с гасящим конденсатором (рис. 1).
В этих фонарях (как и в других подобных) оценка степени разряженнос-ти аккумуляторов производится буквально "на глаз" по яркости свечения лампы, а контроль зарядки - по времени, в течение которого фонарь включен в сеть. Известно, что никель-кадмиевые аккумуляторы не рекомендуется разряжать до напряжения ниже 1 В. А лампа фонаря (3,5 В, 150 мА) вполне сносно светит и при напряжении, меньшем 3 В (три полностью разряженных аккумулятора), не говоря уже о лампе на 2,5 В, которую можно установить в фонарь для получения более яркого света: правда, при этом повысится потребляемый от аккумуляторов ток. Однако еще более опасна перезарядка аккумуляторов, которая вообще ничем не контролируется. Между тем частые перезарядки, как и переразрядки, сильно сокращают срок их службы.
Кроме того, когда фонарь включен в сеть, не понятно, идет ли процесс зарядки, например, если контакт в розетке не очень надежен, поскольку лампа на столь малую прибавку тока почти не реагирует. Поэтому при зарядке аккумуляторов лампа должна быть выключена - ведь она потребляет примерно 150 мА, а зарядный ток составляет всего около 14 мА. Поскольку к приобретаемым фонарям, как правило, никакой инструкции не дают, следует помнить, что полностью разряженные (до напряжения 1 В) аккумуляторы заряжаются ЗУ в течение примерно суток.
Таким образом, пришлось разработать устройство для контроля процессов зарядки и разрядки аккумуляторов. При приемлемой точности и температурной стабильности оно работает от низкого напряжения питания и помещается в корпусе фонаря. В связи с тем что приборы, выполненные на КМОП-мик-росхемах широкого применения, имеют сравнительно большие габариты и требуют минимального напряжения питания - 3 В, что не позволяет индицировать глубокую разрядку, устройства были собраны на транзисторах.
Наиболее просто оказалось ввести в фонарь индикацию тока зарядки аккумуляторов. Для этого потребовалось всего лишь включить последовательно с диодом VD2 или вместо него светоди-
од, желательно зеленого цвета, в аналогичной полярности. Он довольно ярко светится в процессе зарядки, так как через него течет весь зарядный ток. Этот светодиод лучше всего вывести излучающей поверхностью наружу вблизи встроенной сетевой вилки так, чтобы при навинченной крышке он был закрыт ею.
Процесс зарядки можно контролировать с помощью простого устройства, схема которого изображена на рис. 2. Оно представляет собой аналог динис-тора, собранный на биполярных транзи-
сторах. Его подключают параллельно диоду VD1 (см. рис. 1). Когда напряжение на заряжаемых аккумуляторах превысит установленный уровень, устройство шунтирует зарядную цепь, защищая аккумуляторы от перезарядки. При этом светодиод, индицирующий протекание зарядного тока, медленно гаснет, а вместо него начинает светиться другой (HL1, его лучше взять красного свечения), что и будет свидетельствовать об окончании зарядки.
Налаживать устройство следует так: разрядив аккумуляторы до напряжения 1 В на каждом из них, включают фонарь на зарядку. Движок переменного резистора устанавливают в то крайнее положение, в котором красный светодиод не светится. Далее по истечении 30 часов зарядки нужно, не отключая фонаря от сети, проконтролировать напряжение на аккумуляторах. Если оно равно или чуть больше 4,3 В, можно считать, что зарядка окончена. В этот момент движок переменного резистора устанавливают в такое положение, чтобы ярко светился красный светодиод, а зеленый при этом почти погас (полностью он все-таки не может погаснуть), причем важно заметить именно этот порог "притухания" светодиода, индицирующего прохождение зарядного тока.
Таким образом, ток теперь будет снижаться в процессе зарядки (ограничение тока станет заметным уже через 12 часов после начала зарядки), что позволит избежать перезарядки и повышенного тока в конце зарядки. Единст-
венный недостаток устройства состоит в некотором увеличении времени зарядки батареи, примерно до двух суток, зато фонарь можно оставить включенным в розетку и на неделю без негативных последствий. Если же возникает необходимость очень быстрой зарядки аккумуляторов, следует применять специальное зарядное устройство.
Для контроля за разрядкой разработано устройство (рис. 3), основа которого - дифференциальный усилитель на двух транзисторах с индикаторными светодиодами зеленого (HL1) и красно-
го (HL2) цвета, показывающими, соответственно, нормальное и пониженное напряжение на аккумуляторах.
Это устройство включают параллельно лампе после выключателя, поскольку контролировать состояние аккумуляторов необходимо под нагрузкой. Потребляемый ток - около 5 мА. Такой, казалось бы, большой ток составляет менее 4 % от общего потребления энергии, что с лихвой окупается удобством в работе. Емкости же трех полностью заряженных аккумуляторов Д-0.26Д хватает для питания лампы фонаря током 150... 170 мА в течение почти полутора часов, так что потеря емкости на индикацию составит всего несколько минут.
Принцип работы устройства состоит в сравнении напряжения на базах транзисторов - когда оно одинаково, светятся "вполнакала" оба светодиода, а при весьма небольшой разнице в ту или другую сторону один из светодио-дов гаснет, а другой начинает светиться в полную силу. Поскольку на базе транзистора VT2 напряжение стабилизировано диодами VD1 и VD2, то при изменении питающего напряжения изменяется напряжение на базе транзистора VT1, что приводит к свечению зеленого светодиода, когда напряжение окажется выше некоторого предела, и красного, когда напряжение будет ниже.
Установить этот предел проще всего так. Разряжают аккумуляторы, включив лампу и непрерывно контролируя напряжение вольтметром, до 3 В. Затем, не отключая лампы, движок переменного резистора R2 устанавливают в такое положение, когда оба светодиода светятся вполсилы. В процессе эксплуатации появление свечения красного светодиода будет означать, что в ближайшее время (примерно полчаса) следует ожидать полного истощения заряда в аккумуляторах - фонарь следует поставить на зарядку.
Вообще, налаживание устройств для контроля зарядки и разрядки аккумуляторов лучше проводить одновременно.
Переключение с зеленого светодиода на красный происходит при изменении напряжения на 0,5 В (3,25 В - начало свечения красного светодиода, 2,75 В - полное погасание зеленого). Если напряжение питания станет меньше 2 В, индикация полностью пропадает - впрочем, лампа в этот момент уже практически не светится.
Зеленый светодиод можно вообще не ставить - работу устройства это не нарушит. Но все же рекомендую его установить, так как по балансу свечения двух индикаторов удобнее определять порог срабатывания. Потребление же тока при этом не изменится. На самом деле выводить наружу (вблизи выключателя) следует только красный светодиод, зеленый же лучше оставить внутри фонаря, слегка развернув его так, чтобы при разобранном фонаре во время налаживания были видны обе светящиеся "точки". Линзу на красном свето-диоде лучше спилить надфилем, чтобы она не выступала за пределы корпуса фонаря, и отполировать.
Поскольку ЗУ фонаря гальванически связано с сетью, при монтаже и налаживании устройства следует соблюдать осторожность. Для предотвращения поражения электрическим током необходимо, чтобы корпус фонаря был полностью собран. Если включить фонарь в сеть без аккумуляторов или с аккумуляторами, имеющими плохой контакт, весьма вероятен выход из строя диода VD1 (см. рис. 1).
г. Шахты Ростовской обл.
При разряженном аккумуляторе завести автомобиль довольно проблематично. Чтобы не было такого неприятного «сюрприза», достаточно просто время от времени пользоваться вольтметром. Однако не все автомобилисты и не всегда это делают, ведь гораздо удобнее иметь некое устройство, показывающее, на сколько еще хватит зарядки аккумулятора.
Какие бывают индикаторы
Аккумуляторная батарея (или АКБ) представляет собой шесть связанных между собой элементов, напряжение в каждом в норме должно составлять около 2,15 вольт, т. е. общее напряжение аккумулятора подходит к 13,5 вольтам. Если заряд падает ниже критических значений (примерно 9,5 вольт), это может привести к глубокой разрядке аккумулятора и, как следствие, полному выходу его из строя.
Современные технологии «идут навстречу» автомобилистам и максимально облегчают им жизнь. Например, во многих автомобилях уже имеются бортовые компьютеры, которые также следят и за уровнем заряженности аккумулятора.
Однако, пока такая опция доступна далеко не всем, приходится использовать другие виды индикаторов этого важного показателя. Так, можно встретить отдельные кристаллические дисплеи на приборной панели, бывают индикаторы-гигрометры, также можно (при наличии соответствующих навыков) изготовить индикатор заряда аккумулятора самостоятельно. Многие сигнальные устройства такого типа необходимо подключать в бортовую сеть автомобиля, чтобы они могли отслеживать уровень зарядки АКБ.
Встроенный индикатор заряда
Самый часто встречающийся вариант индикатора на необслуживаемых аккумуляторных батареях – гидрометр. Он состоит из глазка, световода, ножки и поплавка (поэтому его называют поплавковым). Ножка со световодом находятся внутри аккумулятора, на ножке закреплен поплавок, с помощью которого определяется уровень электролита в батарее. На корпусе аккумулятора находится глазок, который показывает три основных состояния АКБ:
- зеленый шарик-поплавок просвечивает в смотровой глазок, это значит, что батарея заряжена больше, чем наполовину;
- глазок остается черным (это просвечивает индикационная трубка), это сигнал о том, что поплавок полностью погрузился в электролитическую жидкость, следовательно, плотность ее понижена, а аккумулятор требуется заряжать;
Дополнительная информация. В некоторых моделях гидрометров имеется поплавок красного цвета, который видно в «окошке» при понижении заряда и плотности электролита.
- если в «глазке» видна только поверхность жидкости внутри аккумулятора, значит, он «хочет пить» – уровень электролита критический, срочно необходимо долить дистиллированной воды (а сделать это довольно сложно, поскольку такие аккумуляторы необслуживаемые).
Обратите внимание! Хотя встроенный индикатор заряда батареи такого типа и позволяет мгновенно определить имеющуюся проблему (или ее отсутствие), но, судя по некоторым отзывам пользователей, показания таких приборов довольно часто бывают ложными, а сами они быстро ломаются.
Как правило, это объясняется следующими причинами:
- данные поступают только из одного элемента батареи из шести, а ведь уровень жидкости в них может значительно разниться;
- детали индикатора, выполненные из пластика, не выдерживают температурного режима работы аккумулятора, поэтому данные поступают неверные;
- индикаторы-поплавки никак не определяют температуру электролитической жидкости, а ведь от нее зависит и плотность, поэтому электролит пониженной температуры покажет нормальный уровень плотности, в то время как она тоже будет низкой.
Заводские индикаторы в виде панелей
В специализированных магазинах можно найти множество разных контролирующих устройств для аккумулятора, дизайн и функции каждый автовладелец может подобрать под себя. Разнятся индикаторы и по способу подключения: к прикуривателю или в бортовую сеть машины. Однако, основная задача у всех устройств одна – определить, насколько заряжен АКБ, и просигнализировать об этом.
Существуют индикаторы, которые надо собрать самостоятельно, как конструктор. Как пример – DC-12 В. Он дает возможность контролировать заряд батареи, а также работу регулирующего реле.
Такое небольшое контрольное устройство работает в диапазоне от 2,5 до 18 вольт, электричества потребляет совсем мало – до 20 миллиампер, размеры индикаторного окошка – 4,3 на 2 см.
Если ставится второй аккумулятор в автомобиль, можно воспользоваться индикатором от ТМС, – это небольшая панель из промышленного алюминия на светодиодах со встроенным вольтметром и переключателем между смежными АКБ.
Из дорогих моделей (причем необоснованно дорогих, по цене нового аккумулятора) можно выделить контроллеры напряжения американской фирмы «Faria Euro Black Style». Цвет корпуса, как правило, черный, диаметр индикационного окошка – 5,3 см, экран подсвечивается белым цветом. Для питания необходимо 12 вольт.
Как собрать индикатор заряда самостоятельно
Если автовладелец дружит с паяльником, он может собрать анализатор своими руками, схем сборки можно найти множество. С помощью одной, самой простой, можно собрать индикатор заряда, напоминающий вышеописанный DC-12 В. Действует он по тем же принципам: включается в бортовую сеть и определяет напряжение АКБ в пределах 6-14 вольт.
Для сборки устройства будут нужны транзисторы, резисторы, стабилитроны, печатная плата и по одному красному, синему и зеленому светодиоду. После сборки, согласно схеме, плата вставляется на приборную панель, а концы светодиодов проводятся в удобное для обзора место. При этом полностью заряженный аккумулятор будет индицироваться зеленым цветом, синий – при нормальном заряде (от 11 до 13 вольт), а если батарея близка к разрядке, загорится красный светодиод.
Неприятно, когда автомобиль не может завестись просто от того, что аккумулятор разрядился в самый неподходящий момент. Индикатор напряжения, купленный в магазине или спаянный самостоятельно, поможет избежать неприятных «сюрпризов» и заранее предупредит о том, что АКБ требует подзарядки.
Видео
Аккумулятор - важнейшая вещь в любом автомобиле. Именно этот элемент дает пусковой ток на стартер. Именно благодаря аккумулятору осуществляется быстрый и беспроблемный запуск двигателя. Но так бывает не всегда. Чтобы не испытывать трудностей с пуском, нужно периодически проверять его уровень заряда. Сделать это можно несколькими способами.
Как проверить заряд аккумулятора автомобиля в домашних условиях? Ответ на этот вопрос вы узнаете далее в нашей статье.
Методы
Существует несколько способов того, как проверить заряд аккумулятора автомобиля:
- по индикатору;
- при помощи нагрузочной вилки;
- мультиметром;
- путем замера плотности электролита.
Каждый из них имеет свои особенности. Давайте рассмотрим перечисленные методы подробнее.
Встроенный индикатор
Большинство импортных аккумуляторов имеют встроенный индикатор, по которому можно проверить заряд. Впервые такие АКБ появились в Японии. Затем подобную фишку стали практиковать европейские производители.
В чем заключается его суть? На крышке АКБ имеется прозрачное окошко (некий глазок). Если посмотреть на него, то можно увидеть, что он окрашен в зеленый цвет. Но так бывает не всегда. Зеленый оттенок в окошке будет только в том случае, если аккумулятор полностью заряжен. Если же окошко прозрачное или белое, значит, АКБ потеряло часть заряда. Самый страшный случай - черное окошко. В таком случае аккумулятор сел «в ноль», и его нужно срочно зарядить.
К сведению, это один из самых простых способов того, как проверить заряд аккумулятора автомобиля без вольтметра и прочих приспособлений. Ведь все, что вам необходимо, - открыть капот и заглянуть в то самое окошко. Но стоит отметить, что такой глазок есть не на всех аккумуляторах (особенно, если дело касается отечественных). Поэтому чтобы определить уровень заряда, нужно знать и другие методы.
Нагрузочная вилка
Это, пожалуй, самый профессиональный способ проверки состояния аккумулятора. Обычно такой метод используется на СТО. В чем его суть? Устройство подключается к клеммам батареи и дает ток короткого замыкания.
То есть нагрузочная вилка имитирует работу стартера и показывает, на сколько вольт проседает аккумулятор при попытке водителя завести мотор. На сегодняшний день это самая точная схема проверки состояния АКБ. Чтобы правильно считывать показания, помните, что после нагрузки напряжение на аккумуляторе должно быть не менее 10 Вольт. Если же батарея проседает до 9 и ниже, значит, она уже слабая. Такой аккумулятор будет быстро разряжаться зимой.
Используем мультиметр
Это незаменимый прибор, который должен быть у каждого автомобилиста. Позволяет не только проверить уровень напряжения АКБ, но и сопротивление датчиков, нагрузку бортовой сети в режиме реального времени и много других важных параметров. Приобрести данный аппарат можно за 300-700 рублей, что в 2-3 раза дешевле нагрузочной вилки. Пользоваться данным прибором очень легко.
Как проверить заряд аккумулятора автомобиля мультиметром? Для начала его необходимо собрать. Выполняем следующие действия:
- Подключаем два провода с положительной и отрицательной полярностью в соответствующие разъемы.
- На концах проводов будут щупы. Их мы прикладываем к
- Предварительно выставляем прибор в режим замера напряжения и устанавливаем поворотный переключатель на 20 Вольт.
- Подключаем выводы мультиметра к батарее и смотрим на результат. При этом зажигание автомобиля должно быть выключено.
Считываем данные с мультиметра
Какой показатель является нормальным для батареи? Специалисты отмечают, что полностью заряженный аккумулятор должен выдавать напряжение не менее 12,5 Вольт. В случае, если мультиметр показал цифру ровно 12В, значит, батарея разряжена наполовину. О том, что аккумулятор нужно срочно зарядить, свидетельствует показатель в 11,5 Вольт и ниже.
Электролит
Существует еще один способ того, как проверить заряд аккумулятора автомобиля своими руками. Особенно он актуален в преддверии зимы. Как известно, с падением температуры, плотность электролита уменьшается. Соответственно падает заряд и производительность батареи. Как проверить заряд аккумулятора автомобиля? Для этого нам понадобится ареометр. Ниже представлена подробная инструкция:
- Итак, открываем капот и при помощи минусовой отвертки откручиваем поочередно «банки» АКБ. Их всего 6.
- Погружаем наш ареометр внутрь и ждем, пока он не заполнится электролитом.
- Далее достаем наружу устройство и смотрим на показания.
- По истечению небольшого времени, поплавок всплывет до нужного уровня. На шкале будет несколько делений. Нормальным считается показатель в 1,23-1,27 грамма на кубический сантиметр. Если плотность электролита составляет 1,2 грамма, значит, аккумулятор разрядился примерно на четверть. О глубоком разряде свидетельствует показатель в 1,1 и ниже грамма на кубический сантиметр.
Также стоит проверить сам уровень электролита в каждой из «банок». Если он недостаточный, его следует возобновить. Сделать это можно дистиллированной водой (ею же разбавляют и охлаждающую жидкость).
Не игнорируйте недостаточный уровень электролита в аккумуляторе. Это может стать причиной частой потери заряда и осыпания свинцовых пластин. В результате, АКБ придет в негодность, а при любых попытках подзарядки жидкость будет кипеть.
Как проверить заряд аккумулятора автомобиля зарядным устройством?
На каждом ЗУ имеется шкала, определяющая напряжение батареи. При отсутствии мультиметра, нагрузочной вилки и ареометра, можно воспользоваться и им. Как проверить заряд аккумулятора автомобиля таким способом?
Все очень просто - подключаем выводы ЗУ к клеммам батареи и нажимаем на проверочную кнопку. Подключать к розетке прибор не стоит - в таком случае он подаст зарядку, а показания будут не ниже 13 Вольт.
Можно ли заряжать дома?
При отсутствии гаража допускается возможность подзарядки АКБ в квартире. Но делать это лучше на балконе. Во время этого процесса электролит выделяет вредный для человека сернистый газ и хлористый кислород. При его вдыхании возможно головокружение и тошнота. Поэтому заряжаем в максимально отдаленном и хорошо проветриваемом помещении. Также следите за состоянием электролита.
Нельзя допускать, чтобы аккумулятор кипел. Это снижает его ресурс. В среднем легковой 60-амперный аккумулятор заряжается за 7-8 часов. При этом на ЗУ нужно выставлять минимальную силу тока. Для АКБ вредны стрессовые нагрузки. Если батарея долго заряжается, или одна из банок закипела через полчаса, значит, она пришла в негодность.
В заключение
Итак, мы выяснили, как проверить заряд аккумулятора автомобиля. Один из самых простых способов - это мультиметр. Что касается ареометра, это уже профилактическая мера. Да, таким прибором можно измерить «остаток жизни» АКБ. Но, в большей части, он является диагностическим прибором (равносильно, как и нагрузочная вилка). Поэтому каждый аппарат хорош по-своему.
