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Discussione: Voltmetro a 5 led per batterie al litio LiFePO4

  1. #1
    TCP Rider L'avatar di _sabba_
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    Voltmetro a 5 led per batterie al litio LiFePO4

    Come promesso qualche giorno fa, ho ricalcolato tutti i valori resistivi per trasformare uno schema base di voltmetro a 5 led (per batterie convenzionali al piombo) in uno schema adatto per controllare/verificare le batterie al litio di tecnologia LiFePO4.
    I valori di tensione di riferimento sono:
    - batteria sovraccarica (sopra i 14,6v) Led Rosso
    - batteria carica (da 13,5v a 14,6v) Led Verde
    - batteria non perfettamente carica e/o a riposo (da 13,15v a 13,5v) Led Giallo
    - batteria scarica (da12,8v a 13,15v) Led Arancione
    - batteria troppo scarica (sotto i 12,8v) Led Rosso
    Potete già notare la presenza di un solo led verde (a differenza dello schema riportato al link Voltmetro, dove ne hanno addirittura utilizzati 3), in quanto per come sono fatte le batterie al litio è necessario che la tensione di funzionamento (quindi a motore in moto) non si discosti da questi due valori (da 13,5v a 14,6v).
    Il led giallo è ancora indice di buon funzionamento della batteria, specie a veicolo fermo da qualche giorno, ma il led arancione è da considerare come una soglia di attenzione, e richiede esplicitamente una ricarica della batteria prima di avviare il veicolo.
    I due led rossi indicano un probabile guasto della batteria e/o dell'impianto di ricarica, in un senso (troppa) o nell'altro (troppo poca).
    Una batteria che viene segnalata rossa dal mio accrocchio, ha il 50% delle probabilità di essere irreparabilmente "fottuta".
    Lo schema elettrico si basa sul noto chip LM324, che contiene 4 amplificatori operazionali che lavorano come comparatori di tensione.
    Per non tediarvi a morte entrando in discorsi troppo tecnici/teorici sul funzionamento del "coso", posso solo aggiungere che un amplificatore operazionale ha due porte di ingresso, contraddistinte con un (+) e con un (-), e una porta di uscita che può variare stato (da 0 a +12v).
    Ebbene, se la tensione sulla porta (+) assumerà un valore superiore a quello presente sulla porta (-), l'uscita si porterà a +12v e alimenterà il rispettivo led (che si accenderà).
    Nota per i più attenti: il led rosso di batteria sovraccarica, che è direttamente alimentato dalla batteria, non si accende perchè la porta dell'U1A è sempre in stato positivo grazie al diodo zener da 5,1v (a meno che la tensione superi realmente i 14,6v).
    Ecco lo schema elettronico del voltmetro e relativo circuito stampato (lato piste e lato componenti):







    Elenco componenti:


    D1 LED rosso
    D2 LED verde
    D3 LED giallo
    D4 LED arancio
    D5 LED rosso
    D6 1N4148
    D7 Zener 5,1V 1/4W
    R1 680Ω
    R2 600Ω (270Ω + 330Ω)
    R3 560Ω
    R4 560Ω
    R5 560Ω
    R6 2,7KΩ
    R7 1KΩ
    R8 330Ω
    R9 330Ω
    R10 11,33KΩ (330Ω + 1KΩ + 10KΩ)
    R11 47KΩ
    R12 27KΩ
    U1 LM324

    Note: le resistenze R2 e R10 sono composte da una serie di due o tre resistenze, perchè in commercio non esistono tali valori (in realtà esistono, ma a costi assurdi, per cui tanto vale comprare qualche resistenza in più e metterle in serie per ottenere i valori corretti).
    Questi valori sono stati calcolati con cura, e non devono essere modificati.
    Ad esempio la resistenza R2 da 600Ω montata in serie al diodo D2 (led verde) non deve essere sostituita con altre di valore commerciale (560Ω oppure 680Ω) perche è stata calcolata per far lavorare al massimo della luminosità il led verde (che è quello che deve rimanere sempre acceso in condizioni normali), ma senza eccedere i 20mA di assorbimento (sia per preservare il led stesso che la porta 7 dell'integrato).
    Stesso discorso per la resistenza R10, il cui valore è basilare per il corretto funzionamento del partitore resistivo che determina i vari step di funzionamento del circuito.
    Giusto una info tecnica sui led.
    La caduta di tensione di un led varia a seconda del colore emesso, in questo modo:
    led rosso: 1,8v
    led verde: 2v
    led giallo: 1,9v
    led arancione: 2v
    Sapendo ciò, è possibile calcolare esattamente le cosiddette resistenze "di caduta" per far scorrere nel led i canonici 20mA (ecco spiegato il motivo della reistenza R2).
    I valori resistivi esatti (direi paranoici) delle resistenze di caduta dei led sarebbero:
    R1 610Ω (390Ω + 220Ω)
    R2
    600Ω (270Ω + 330Ω) come sopra
    R3 550Ω (220Ω + 33
    0Ω)
    R4 527,5
    Ω (470Ω + 56Ω + 1,5Ω)
    R5 520
    Ω (390Ω + 120Ω + 10Ω)
    Visto però che gli altri led (a parte il verde) non sono sempre accesi, e comunque non subiscono una variazione di luminosità importante optando per resistenze di valore commerciale appena superiore, utilizzate pure quelle che ho indicato sopra.

    Ultima modifica di _sabba_; 29/12/2016 alle 16:45
    mic56 and Bahamut like this.
    Sabba

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  3. #2
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    Ottimo, quasi quasi lo faccio.

    Io ho una litio ma non ricordo se è lifepo4 o solo litio va bene ugualmente?
    Ultima modifica di marchino68; 30/12/2016 alle 06:57
    Se qualcuno mai mi chiederà cosa significa sognare, lo porterò in garage e gli mostrerò le mie moto!
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  4. #3
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    Complimenti per il lavoro.

    Per quelli meno esperti consiglio di utilizzare quelle con tolleranza all'1% o meno per le resistenze "critiche".
    Quelle standard hanno una tolleranza del 5%: prendendo ad esempio la resistenza da 600 Ohm il valore reale può oscillare tra i 570 e i 630 Ohm.

    All'atto pratico non ha senso inserire nelle serie di resistenze quella da 1,5 Ohm che Sabba ha indicato nei valori da lui stesso definiti paranoici, in quanto di valore inferiore alla tolleranza delle altre.
    Può avere senso di inserire quella da 10 solo se si usano resistenze con tolleranza 1% o inferiore.

    Ancora complimenti a sabba
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  5. #4
    TCP Rider L'avatar di _sabba_
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    Per quanto riguarda le resistenze di carico dei led, a parte la R2, van bene anche quelle di tolleranza superiore all'1% anche 5%)
    Ê conveniente invece utilizzare le resistenze "precise" per i partitori resistivi R11/R12 e R6/R7/R8/R9/R10.
    Il circuito è studiato appositamente per le LiFePO4, non per le batterie al litio di generazioni precedenti.

    Sabba

  6. #5
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    bel lavoro...
    la cattiveria è il mio allenamento e il mio allenamento è strapparti il cuore!!

  7. #6
    TCP Rider Senior L'avatar di Lo scrofo
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    Ma non sarebbe meglio avere un display e morta la'?

    Personalmente preferisco avere la certezza del voltaggio al decimo di V, non un led che comunque mi visualizza un valore non del tutto corretto.....
    La vita è troppo corta per avere dei nemici. - Ayrton Senna

    Don't worry #Roma.. We have a special place on the site for you. It's called 'Gangbang' Pornhub

  8. #7
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    Citazione Originariamente Scritto da Lo scrofo Visualizza Messaggio
    Ma non sarebbe meglio avere un display e morta la'?

    Personalmente preferisco avere la certezza del voltaggio al decimo di V, non un led che comunque mi visualizza un valore non del tutto corretto.....
    Mi tocca quotarti, infatti io ho installato un bel display digitale e da oltre tre anni va che è una meraviglia.
    Con una quindicina di euro ho fatto tutto.

    Citazione Originariamente Scritto da Lo scrofo Visualizza Messaggio
    Ma non sarebbe meglio avere un display e morta la'?

    Personalmente preferisco avere la certezza del voltaggio al decimo di V, non un led che comunque mi visualizza un valore non del tutto corretto.....
    Mi tocca quotarti, ho montato un bel display digitale e va alla grande da oltre tre anni.
    Ultima modifica di l'eugenio; 31/12/2016 alle 17:08 Motivo: Unione Post Automatica

  9. #8
    TCP Rider L'avatar di _sabba_
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    Ecco il prototipo del circuitino:





    Non fate caso ai ponticelli.
    Per il prototipo ho utilizzato un circuito stampato "millefori", e le piste circuitali sono state "sostituite" da cavetti saldati ai piedini.
    Ho cercato di minimizzare il voltmetro, disponendo i componenti in modo differente da come sono disposti nel circuito stampato che vi ho allegato inizialmente.


    Ora gli step di funzionamento.
    Sotto i 12,8 volt si accende il led rosso di " batteria scarica":





    Sopra i 12,8 volt e fino ai 13,15 volt si accende il led arancione, che indica "carica insufficiente":





    Sopra i 13,15 volt fino ai 13,55 volt si accende il led giallo, che indica "carica bassa":





    Nota: con il led giallo acceso la moto si può accendere tranquillamente!



    Sopra i 13,55 volt fino ai 14,7 volt si accende il led verde, che indica "batteria carica":





    Sopra i 14,7 volt si accende il secondo led rosso, che indica "sovraccarica" (il più "pericoloso"):





    Per tarare il circuito a piacimento, è sufficiente adottare un potenziometro di precisione ("a vite") da 50kOhm al posto della resistenza da 27kOhm (R12).

    Convengo che si potrebbe montare un voltmetro digitale al posto del circuito a led, ma siamo certi che tutti gli utenti del mondo siano in grado di leggere/interpretare i valori corretti di tensione per le batterie al litio?
    Se leggi costantemente un valore di 13,5 volt, non è mica detto che l'impianto elettrico sia a posto (anzi), ma se il led è verde IL BUON FUNZIONAMENTO È GARANTITO.
    Un'occhiata al display e sai di non avere problemi.

    Ultima modifica di _sabba_; 10/01/2017 alle 13:32
    Sabba

  10. #9
    TCP Rider L'avatar di Spennacchiotto
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    è scientificamente provato che è più immediato consultare uno strumento che con un colpo d'occhio fornisce l'informazione richiesta (lancetta, barra ecc), mentre per mettere a fuoco le cifre occorre più tempo.
    Da qui la domanda: occorre davvero sapere se la batteria è a 13,5 o 13,6 Volt, se questo comporta una maggiore distrazione alla guida?

    io ho scelto il colpo d'occhio montando un voltmetro fatto da un solo led che cambia colore a seconda del voltaggio (ho la batteria tradizionale)
    urasch likes this.
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