/       /       /    4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве
Поддержать проект на Patreon

Актуальные данные о спецоперации на Украине

4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

$16.99
Перейти в магазин
Это уже третий обзор активного балансира и второй обзор конденсаторного, он же ёмкостной. В прошлый раз я сделал больше акцент о самой работе, но почти ничего не рассказал о механизме работы и сегодня это упущение будет исправлено.


Брал я данный балансир вместо индуктивного, так как он показался мне довольно слабым, тем более что планировалось использовать его с ёмкими аккумуляторами, впрочем не буду затягивать, перейду к обзору.

Упакован в небольшой антистатический пакет.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Из описания со страницы магазина
Сбалансированное пусковое напряжение: 3,0-4,2 В
Сбалансированное оконечное напряжение: 2,9 В (переход в спящий режим при пониженном напряжении)
Точность баланса: ≤ 5 мВ
Ток сна: ≤ 1 мА
Максимальный ток баланса: разница напряжения 0,1v1a; 0.5v3.5a; 1.0v5.5a

но к сожалению не все так красиво, об этом в конце обзора.

Внутри плата балансира и провода со штекером для подключения к плате. Длина проводов около 20см, при этом провода очень жесткие и не сказал бы что большого сечения.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

С верхней стороны почти всю площадь платы занимает десяток полимерных конденсаторов емкостью 2200мкФ на 6.3 вольта.
Кроме разъема на плате также имеются отверстия для припаивания проводов и я рекомендую использовать именно их, тогда можно использовать провода большего сечения.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Если перейти по ссылке в магазин, то внимательные читатели заметят некоторое отличие фотографии на странице товара и платы в обзоре.
В магазине показана плата с девятью конденсаторами и без разъема, я получил плату с десятью и с разъемом. Фото для заголовка пришлось в итоге искать на алиэкспресс.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Обратная сторона платы занята еще больше, вверху четыре предохранителя, ниже 16 транзисторов, еще ниже драйверы и генератор импульсов.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Перед тем как перейти к более детальному описанию сравнение с предыдущей протестированной платой, она была для 6S сборок, потому деталей почти в полтора раза больше.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Но замечу что кроме количества была разница и в самих компонентах, на правой плате транзисторы явно мощнее, кроме того имеется DC-DC преобразователь, а также для защиты плата покрыта лаком.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

А вот то, о чем меня спрашивали в комментариях к предыдущему обзору, схема, ну и попутно попробую пояснить как вся эта "кухня" работает.

Для начала общая схема, в реальности на плате деталей примерно на пару десятков больше, не показаны мелкие керамические конденсаторы которые стоят по питанию каждого чипа и параллельно восьми полимерных конденсаторов.

Чтобы проще было понять схему, цветом выделил цепи первого и четвертого канала. Как видно, генератором импульсов является популярный таймер NE555, далее импульсы идут на четыре драйвера полевых транзисторов ну и потом на силовые ключи.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Ну а так как на полной схеме сложно разглядеть как что включено, то оставил для примера только задающий генератор, один драйвер и один комплект ключей.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Пускай вас не смущает то, что входы драйвера соединены вместе, у примененного EG2131 они инверсны относительно друг друга, т.е. при подаче логической единицы открывается верхний ключ, при подаче нуля открывается нижний. Решение простое и удобное, защитная пауза формируется судя по всему силами самого драйвера.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

В качестве силовых ключей применены IRF7455 с сопротивлением открытого канала 7.5мОм.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Теперь о принципе работы.
Если убрать все лишнее со схемы и оставить только силовой узел, а его также для упрощения заменить на выключатели, то это будет выглядеть как-то так.
Верхние ключи включаются синхронно и в противофазе с нижними.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Принцип работы предельно прост и разбит на два такта. Из-за особенностей драйверов первым идет открытие нижнего ключа, но для просты понимания я покажу так, как будет нагляднее.
1. Верхние и средние конденсаторы через ключи соединены параллельно, при этом каждый канал включен последовательно. Напряжение на конденсаторах равно напряжению на ячейках.
2. Верхние ключи размыкаются и замыкаются нижние, все конденсаторы соединяются параллельно, напряжение на них выравнивается, т.е. более заряженные отдают энергию менее заряженным.
3. Нижние ключи размыкаются и замыкаются верхние, те конденсаторы которые отдали часть энергии опять заряжаются от ячеек с более высоким напряжением, а те которые получили энергию, отдают её ячейкам с меньшим напряжением.

На схемах показан первый и второй такт, далее они просто чередуются. Схема работает постоянно пока есть питание и в отличие от индуктивного балансира не передает заряд от 1 к 2 ячейке, потом от 2 к 3, от 3 к 4 и т.д, а выравнивает сразу всю батарею.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Частота работы около 7кГц и кстати в работе плата тихо, но неприятно пищит.
Поднять эффективность работы можно увеличением частоты, но в таком случае придется поставить и транзисторы с меньшим Rdson. Кроме того вырастет нагрузка на конденсаторы.
Но в любом случае как можно было видеть, подобный балансир можно сделать и самому, так как он не содержит никаких специализированных чипов, а только задающий генератор и комплекты драйвер + 4 транзистора + конденсаторы. Количество комплектов равно количеству подключаемых ячеек батареи.

Возможно будет закономерный вопрос, а можно сделать такую схему на 100500 ячеек? Нет, на 100500 вряд ли, но вот на 100-120 относительно легко, а ограничивает количество максимальное напряжение изоляции драйвера транзисторов, у которых оно чаще имеет максимум в 600 вольт. Кроме того, при напряжении более 15-17 вольт надо применять стабилизатор или преобразователь напряжения для питания драйверов и генератора.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Тестировал балансир также как и индуктивный, для чего он был подключен к 4S сборке LiFePO4 аккумуляторов, при этом плата защиты была отключена.
При подключении ничего не сгорело, а на плате засветился светодиод индикации работы. Причем настолько яркий что им вполне можно было освещать комнату, а с тем что он очень мелкий, то реально выедал глаза.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Как и ранее батарея была сначала полностью заряжена, а затем разряжена так, чтобы получился большой разбаланс. Как и ранее первая ячейка разряжалась 38 минут током 5.5А, третья 19 минут и четвертая 57 минут. В конце подготовки заряд по ячейкам выглядел следующим образом:
1. 35%
2. 100%
3. 70%
4. 5%
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Так как у LiFePO4 аккумуляторов напряжение не очень сильно зависит от степени заряда, то даже между полностью заряженным (2) и почти полностью разряженным (4) разница составляла всего 0.5 вольта.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Я не проводил подробный тест с малыми интервалами, так как по сути такая проверка была в предыдущих обзорах, но периодически измерял, что происходит.
Результаты примерно через 2, 3 и 7 часов от начала, видно что напряжение быстро пришло к чему-то среднему, больше всего изменения конечно у самого разряженного аккумулятора (4). Хотя сложно назвать увеличение напряжения на 20мВ большим изменением.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

В процессе посмотрел что с нагревом и оказалось, что больше всего температура была не в районе транзисторов, а около светодиода...
Температура почти сразу после начала теста и через пару часов.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

После разбирательств выяснилось, что греется резистор светодиода (схема чертилась потом), который имеет номинал 220 Ом, что при напряжении на нем около 10 вольт и заполнении 50% дает усредненный ток порядка 22мА и мощность 0.22Вт.

Конечно резистор был заменен, сначала поставил 1.5кОм, потом 3кОм, но думаю что реально увеличить и до 10кОм. Резистор поставил размера 0805, который отлично стал на место родного.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

1. Нагрев в этом месте практически пропал и самым горячим чипом оказался NE555.
2. Причем что интересно, во время всех измерений, что в самом начале, что в конце (после цикла заряда), больше всех грелись транзисторы отвечающие за минусовую цепь третьей и четвертой ячеек
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Примерно через 15 часов заметил, что напряжение на ячейках падает, причем падало оно даже на четвертой (самой разряженной) ячейке.
Результаты через 14, 26 и 36 часов от начала теста.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Как и в прошлый раз после примерно 34-36 часов балансировки батарея была заряжена до достижения напряжения 3.65 вольта на самом заряженном аккумуляторе (2). Но вот если тогда "залилось" 1309мАч, то теперь 3932мАч, что говорит о двух вещах:
1. Более активной балансировке
2. Большем потреблении самой платы, а также отсутствии "дежурного" режима.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

После промежуточного заряда отключил балансир и измерил напряжения на ячейках, максимальный разброс составил 5мВ между второй и четвертой ячейками. При этом отмечу, что если в начале теста вторая ячейка имела самый большой заряд, а четвертая самый малый, то теперь они поменялись местами.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Как уже было написано выше, я не придерживался каких либо точных временных интервалов, но небольшой график все таки решил набросать. Ниже данные за примерно 50 часов, начальные до подключения балансира, ближе к концу виден цикл промежуточного заряда.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Думаю многих волнует вопрос, а сколько потребляет всё это. Измерение проходило уже после замены резистора светодиода, потому к результатам можно добавить около 20мА.
1, 2. Сначала проверил косвенно, батарея была подключена к зарядному устройству, также была подключена и плата защиты с пассивным балансиром. Батарея полностью заряжена, но ток меньше установленного тока отсечки (50мА), потому заряжать она так будет бесконечно. Все вместе потребляет 160мА, при отключении активного балансира ток падает до 90мА, соответственно получается потребление 70мА.
3, 4. Подключил плату к блоку питания без батареи и выяснилась приличная зависимость от напряжения питания, при 12 вольт ток был 33мА, если поднять до 15 вольт, то уже 65мА.

В описании было заявлено -
4S статический ток в полном состоянии (4,2 В * 4 элемента) 16,5 В 15 мА

Но как мы видим, это совсем не так, реально в 4 раза больше, не говоря о том, что там же указано
Ток сна: ≤ 1 мА


Собственно это по сути есть ответ и на вопрос, почему так много ушло на последующий заряд. Батарея с емкостью 5700мАч была заряжена примерно на 50% (5+33+66+100%) или около 2800-2900мАч. Через 36 часов теста при токе потребления пусть 40мА получается от неё забрали около 1500мАч. Расчет конечно грубый, но тем не менее, это объясняет, почему через время напряжение стало падать на четвертом элементе, хотя перед этим росло.
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Ну что здесь сказать, выводы собственно те же что и в предыдущем обзоре, но все таки немного выскажусь.
Балансир работает, правда немного хуже чем 6S, который я тестировал ранее. Кроме того есть разница и в качестве изготовления, по крайней мере здесь плата не покрыта лаком.
Удивила логика разработчиков, придумавших питать светодиод током в 20-25мА при том что плата работает всегда и питается от батареи.
Кроме того, оказалось что балансир не соответствует заявленным характеристикам в плане собственного потребления.

Если же сравнивать его с пассивным, то здесь также будут свои преимущества и недостатки.
У обозреваемого быстрее балансировка, выше её точность, так как балансир работает всегда.
Индуктивный проигрывает в точности и скорости, но за счет специализированного контроллера после балансировки переходит в "спящий режим", потребляя совсем немного, да и стоит заметно дешевле.

Какой применять, также зависит от типа батареи, в случае "обычной" литий-ионной можно и индуктивный, сильно не проиграете, но в случае LiFePO4 однозначно лучше конденсаторный. Обусловлено это особенностью LiFePO4 аккумуляторов, а собственно их зарядно/разрядной кривой.

Дополнение
В процессе обсуждения выяснилось, что драйверы и транзисторы в реальности сильно ограничивают максимальное напряжение батареи, отчасти скорее всего из-за этого есть такая большая зависимость потребляемого тока от напряжения питания. По результатам тестов могу сказать, что использовать эту плату с "обычными" литий-ионными нельзя, разве что с LTO, ну или на крайний случай с LiFePO4, да и то потому, что я в таком режиме её уже тестировал.
Как решение, поставить стабилизатор, снижающий напряжение питания драйверов и NE555 до безопасной величины.
$16.99
Перейти в магазин
Эту страницу нашли, когда искали:
балансир на летающем конденсаторе, балансир для ионистора 2.7в, соединиение ионисторов.плата балансир, на аккамуляторной сборке 3s будет ли работать баланстр 4s ., lifepo4 схема активного балансира, делаем конденсаторный балансир батареи, конденсатороиф чи індуктивний балансир, на что влияет ток балансира, 3, 1, схема зарядки с балансиром, нужен ли суперкондесатору балансир, активный балансир для lifepo4 4s как отключать, схема подключения пассивного балансира для lifepo4, пассивный балансир 4s схема подключения проводов, схема подключения активного балансира для lifepo4, https://www.kirich.blog/obzory/akkumulyatory/999-4s-kondensatornyy-balansir-i-nemnogo-o-ego-ustroystve, схема конденсаторного активного балансира для lifepo4 батарей, схемы китайских балансиров lifepo4, балансир lifepo4 емкостной или индуктивный, напряжение питания китайского балансира, ,fkfycbh yf rjyltycfnjhf[ rfr hf,jnftn, простая схема балансир на 2.6 в для ионистора, схема балансира по технологии летающий конденсатор, обзор конденсаторного балансира с алиэкспресс

Товары по сниженной стоимости


Вас может заинтересовать


Товары по сниженной стоимости


Комментарии: 7

  1. Здравствуйте, спасибо за подробный обзор! Почитав о принципах работы балансиров и посмотрев на их цены у меня возник вопрос - очевидно там многие компоненты дублируются, прошу пояснить, почему не делают своего рода "умный" балансир который будет заряжать всего один конденсатор от ячейки с максимальным напряжением и разряжать этот конденсатор в ячейку с минимальным напряжением? Для схемы нужен АЦП, допустим 6 ключей на сборку 5S и один ключ на конденсатор (чтобы подключать ячейку либо для зарядки-разрядки, либо для измерения напряжения), ну и какой-то мини процессор для управления ключами и работой. Возможно в балансир 3-5S за 10-20$ и не целесообразно встраивать АЦП и простенький процессор для обработки сигналов и управления логикой, но для балансиров 10-20S за 40-100$ это уже вроде должно быть экономически оправданно.
    #1: 5 сентября 2021 13:23
    1. Так конденсаторный балансир делает примерно то же самое, но без АЦП, фактически он виртуально соединяет ячейки параллельно для выравнивания заряда.
      #2: 6 сентября 2021 03:44
  2. Нет, на 100500 вряд ли, но вот на 100-120 относительно легко,
    А вы, случайно, не приценивались, насколько это экономически выгодно может быть? Имея прямые руки, конечно )
    #3: 21 декабря 2022 01:58
    1. Не, не приценивался, скорее прикинул техническую возможность, но здесь сложно сказать, практика показывает, что ради разового применения проще купить готовое чем колхозить свое. Как вариант, просто набрать некоторое количество обычных балансиров и подключить их.
      #4: 27 декабря 2022 03:38
      1. Подскажите еще, вот хочу собрать схему 3s3p, чтоб сэкономить на таком вот балансире, рассматриваю вариант соединения их последовательно 3 группы параллельных элементов

        Схема ​https://monosnap.com/file/o0VvGucdYEjZfX9rYMohfHbtUGfweh​​​

        Но тогда с BMS непонятно – в таком случае на каждую банку нужно вешать индивидуальную BMS?
        #5: 11 января 2023 13:03
        1. Нет, БМС ставится одна, но да, она не контролирует работу балансира, что не совсем хорошо, но если батарея в работе, то проблем не будет, как вариант, сделать балансир просто отключаемым.
          #6: 8 февраля 2023 02:18
  3. KIRICH, спасибо за обзор!  А что можете сказать про такой вариант дешевого ёмкостного балансира.  В наличие у меня его нет, но присматриваюсь.  Видно сэкономили на полимерных конденсаторах и на их количестве, но может цена того стоит ? ))  Отзывы вроде бы говорят о том что работает. Может у вас есть желание протестить или хотя бы предположить +/- данного варианта ?  дешевый емкостный балансир  или такой на керамических конденсаторах
    #7: 5 декабря 2023 13:23

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.


Актуальные данные о спецоперации на Украине