В прошлый раз я показал свинцово-кислотную батарею, которая "не смогла", но тогда написал что будет вторая часть и вот сегодня расскажу что в итоге пришлось сделать чтобы получить то, что работает.

Напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном - ссылка на аккаунт

Также подписаться на обновления и новые статьи можно в телеграм канале - https://t.me/KirichBlog

Так как ситуация с кислотной батареей ну никак не устраивала, то было принято решение переделать машинку на литиевую батарею.
Сначала хотел применить пару 32700, потом подумал что во первых столько емкости там и не нужно, а во вторых, захотелось немного "разогнать" этот механизм. В итоге было решено использовать два аккумулятора Samsung INR21700-33J 3270mAh. Кроме того они ведь изначально разрабатывались для "Теслы", так почему бы им не послужить по прямому назначению, т.е. в электротранспорте, пусть и маленьком :)

Емкости аккумуляторов хватало, напряжение получалось чуть выше, но это было и хорошо, единственно что мешало, это алюминиевый плюсовой контакт, потому был куплен держатель для пары 21700. Вообще в машинке есть место под 2шт 6 вольт 4Ач батареи, сосед даже думал поставить туда 12 вольт батарею, но я его отговорил, потому как вряд ли машинка (а точнее её редуктор) такое бы выдержала.


Держатель покупали в оффлайне. Напомню, алюминиевые контакты у аккумуляторов это головная боль, нормально приварить их бытовой сваркой весьма проблематично. Если вы не спешите, то подобный держатель можно купить на Алиэкспресс - ссылка.


Вообще держатель понравился. Конечно как это часто бывает, выводы тоненькие, но понравились пружины, они не слишком жесткие и не настолько мягкие, что аккумулятор выпадает.


Была только одна проблема, по маркировке и задумке аккумуляторы сюда ставятся параллельно, т.е. плюс с одной стороны, минус с другой. мне же надо было ставить аккумуляторы "валетом", контакты одинаковые, но всему мешала маркировка, если отдать такое изделие куда-то, то шанс что поставят неправильно стремится к 100%.
В итоге распечатал небольшие бумажечки и приклеил их скотчем поверх бумаги.


Дальше был выбор платы защиты, сначала заказал на алиэеспресс пару, одну обычную, вторую для LiFePO4, так как еще не знал какие аккумуляторы применю, обе платы доступны по одной ссылке
Но ждать было лень, потому порылся в своих залежах и нашел аж три типа плат:
1. Под "обычные" аккумуляторы, но без балансира - ссылка
2. Под "обычные" аккумуляторы, с балансиром - ссылка
3. Под LiFePO4 с балансиром - ссылка.

Вторая и третья ссылка именно на те магазины где покупал, первую пришлось просто найти подобную, но по моему это как раз самый интересный лот - ссылка.



В общем лежали платки примерно 5 лет и вот одной из них нашлось применение и я выбрал вариант с балансиром под "обычные" литиевые аккумуляторы. Балансир можно было поставить отдельный, но это лишняя плата, провода и т.п., в общем совсем не вариант.


Заявлено что плата 10A 7.4V, импульсный ток до 20А.
Model: HX - 2S - JH20 overcharging range: 4.25-4.35 v plus or minus 0.05 v
Size: 46.7 * 23 * 3.15mm over voltage range: 2.5-3.0 v plus or minus 0.05 v
Maximum working current: 10 a working temperature: - 40 - + 50 °
Maximum instantaneous current: 20 a storage conditions: - 40 - + 80 °
Static current: less than 10uA effective life: more than 50,000 hours
Resistance: less than 300 m Ω short circuit protection: to protect and restore must charge
Charging voltage: 8.4 v-9v
The protection board size and device description;
The protective plate size is 46.7 * 23 * 3.15mm



Компоненты поближе. Транзисторы установлены AOD514 по схеме 2S2P, 30 вольт, 46 ампер, 5.9мОм при 10 вольт на затворе и 11.9мОм при 4.5 вольта.


Контроллер с маркировкой 20CB, соответственно можно узнать параметры, но честно говоря мне кажется здесь лучше бы смотрелся последний вариант, там и нижний порог 2.8, и верхний 4.25, и, впрочем о третьем "и" я напишу позже.


Дальше этапы сборки.
Сначала сверлим пару отверстий в дне держателя и пару во внутренних пластинках.
Для разметки одного из отверстий придется приложить плату защиты, как, поймете по ходу обзора.


Дальше припаивают тонкий провод к центральному контакту (балансировочному), обезжириваю поверхности и приклеиваю пару полосочек двухстороннего скотча.


Вставляю припаянный провод в просверленное отверстие и приклеиваю плату. Собственно это отверстие и сверлилось по приложенной плате.
Загибаю контакты держателя и припаиваю их к плате, думаю не надо пояснять что они должны быть в той же полярности как помечено с обратной стороны держателя?


Потом балансировочный провод протягивается по подготовленным отверстиям и высовывается в отверстие с другой стороны держателя.
Здесь есть нюанс, если вы внимательно посмотрите на фото, то увидите, что идет не просто к точке соединения аккумуляторов, а идет с той стороны, где стоит аккумулятор, у которого в ту сторону направлен минус. Это сделано для безопасности, если каким-то случайным образом повредится изоляция провода и аккумулятора, то он просто соединится с одноименным полюсом и ничего не произойдет.




Балансировочный провод, который теперь выходит около противоположных контактов, используется для соединения аккумуляторов.
Я провод не резал, просто сдвигал изоляцию по мере необходимости и наматывал оголенную часть провода на выводы, затем припаял и откусил лишнюю длину выводов.


Ну вот собственно и всё, остается только припаять выходные провода, на мой взгляд получилось вполне аккуратно.


Большое преимущество платы в том, что у нее есть автостарт. На самом деле это не всегда полезно, есть случаи, где как раз наоборот, автостарта нет, но для данной ситуации как раз удобнее когда он есть, так как в случае ее срабатывания не придется тянуть машинку домой на руках, ведь срабатывания бывают и ложные.


Ради интереса проверил падение напряжения при токе 10А.
1, 2. падение на транзисторах, при полном заряде аккумулятора около 0.06 вольта и растет
3. Общее падение вместе с резисторами шунта около 0.09 вольта
4. По мере прогрева и падения напряжения на батарее падение на транзисторах растет и уже через некоторое время имеем 0.0626 вольта, дальше ждать просто не стал.


Пробую нагрузить, помня что заявлен максимальный ток в 10А, выставляю верхний порог в 15А, но ток доходит до этой величины, а плата не отключается.


В даташите есть типовая схема включения, но на плате есть шунт, соответственно первая мысль - уменьшить номинал шунта.


Выпаиваю один резистор, тем самым ток срабатывания защиты должен стать в два раза меньше.


Подключил к нагрузке, довел ток до 16А и ничего не произошло, плата не отключилась.


Ладно, пойдем дальше. Я включил два резистора шунта последовательно, т.е. теперь ток срабатывания защиты должен уменьшиться в 4 раза относительно исходного. У меня даже появилась мысль, что шунт и транзисторы включены последовательно, потому изменение шунта влияет на ток не пропорционально.


15 ампер, а отключения нет, жесть...


И тут я начинаю внимательнее изучать даташит и вижу третье "и", о котором я писал в самом начале.
Дело в том, что заявлен порог срабатывания токовой защиты в 200мВ, что при номинале шунта в 2.5мОм (два по 5мОм параллельно) дает ток срабатывания в... 80А!
Мало того, даже изменив номинал так что он стал 10мОм (два по 5мОм последовательно) я получил ток срабатывания в 20А, что мне также много так как аккумуляторы совсем не высокотоковые.
И именно по этому было третье "и", у последнего чипа порог срабатывания в 2 раза ниже, что было бы лучше.


Исходно схема была такая, падение измерялось только на шунте.


Понимая что это все вообще полный бред, решаю изменить схему. Да, номинал шунта не плывет от температуры и напряжения питания, в отличие от транзисторов, но терять напряжение и на шунте и на транзисторах, такое себе решение.
Собственно потому изменяем схему так как показано ниже. В этом случае мы получим общий номинал R шунта + R транзисторов, или в данном случае около 10+6=16мОм, расчетный ток срабатывания защиты соответственно 0.2/0.016=12.5А


Сначала хотел просто переставить родной резистор и добавить перемычку, но в итоге случайно сломал его, потому поставил выводной резистор, суть от этого не меняется.


Запускаю нагрузочный тест и получаю ток срабатывания защиты около 12А, в принципе правильно, в формуле не были учтены паразитные сопротивления.


Пока занимался тестами, то обратил внимание на повышенный нагрев контактов, соответственно дополнительно усилил их.
Те что просто соединены, так и соединил перемычкой, там где контакты идут на плату, добавил выводы от каких-то диодов, просунув их в уже имеющиеся отверстия. Конечно нагрузок таких здесь не будет, ток потребления машинки явно меньше, но есть пусковые токи, есть потери, так зачем разбрасываться энергией.


1. Пока занимался экспериментами сосед вскрыл старый аккумулятор и вынул из него начинку, не совсем аккуратно, но как есть.
2. Из-за того что аккумуляторы в холдере, то они немного вылезли за пределы корпуса, но на самом деле это не принципиально, крышка все равно нормально закрывалась.
3. Провода от платы припаиваем к выходным клеммам, там внутри контакты свинцовые, но паяется нормально.
4. Просто ради интереса посмотрел как вообще с местом внутри и могу сказать, что 6 штук 21700 ставятся там просто отлично и еще остается куча места под плату защиту.
Да, т.е. получается что в таком объеме можно запросто собрать батарею с емкостью около 120 Втч, особенно если применить 21700 5600мАч.
При этом такая батарея легко порвет на тряпки даже привычные 7Ач 12 вольт, которые в идеале имеют до 85 Втч, а в реале ближе к 60. По факту с литиевыми аккумуляторами в размере 6 вольт 4Ач батареи можно иметь энергоемкость двух батарей 12 вольт 7 Ач. Вот именно потому я и писал ранее, что свинцово-кислотные постепенно умирают.


Склеивать корпус пока не стал, просто смотал скотчем, зарядил, проверил что напряжение в норме и отдал для экспериментов.


На следующий день сосед принес аккумулятор и сказал что хватило на два часа покататься, далее он начал иногда отключаться при нажатии педали машинки, т.е. по сути начала срабатывать защита. Заодно попросил измерить, сколько ушло емкости за эти два часа.
Подключил к тестеру батарей, разрядил и выяснилось что было израсходовано около 50% емкости. Получается, что машинка в рабочем режиме потребляет всего около 6-7Вт или меньше одного ампера.

Также сказал что машинка едет заметно бодрее, по времени работы в общем-то такой вариант тоже устраивает.

Когда разряжал, то посмотрел при каком напряжении сработала защита от переразряда, вышло как раз около 2.9 вольта на ячейку, но судя по тому что батарея была не разряжена, то возникла мысль что срабатывала токовая защита.



После теста зарядил батарею, заметил что в конце ток заряда упал до 80мА и дальше не снижался, судя по всему начал работать балансир, ну и нормально.


На всякий случай убрал один шунт, оставив 5мОм+транзисторы, таким образом максимальный ток должен был составить около 17А, но я не измерял.
Ну а почему же срабатывала защита. Здесь все просто, если вернуться к описанию транзисторов, то можно увидеть, что их сопротивление зависит от напряжения на затворе, соответственно по мере разряда аккумуляторов падает и порог срабатывания защиты по току. Да, шунты конечно таким не страдают, но как я писал, в исходной схеме получаются дополнительные потери. Сейчас ток срабатывания защиты будет скорее около 12-17А.
Можно было добавить конденсатор в цепь защиты, это помогло бы при пиковых бросках, но в случае КЗ могло бы спалить плату, потому оставил так.

В общем изменил номинал шунта, а также укомплектовал все это зарядным устройством. Зарядное самое простое, ток указан 2А, реально там скорее около 1А, конечно дешевое, но практика показала, что они вполне надежны - ссылка.

Единственно выходное напряжение выше чем надо, уже потом подумал что надо было просто добавить диод Шоттки последовательно с выходом чтобы не вскрывать блок. но посмотрю, может еще переделаю.
Штекер подключения к машинке и полярность одинаковая, даже в принципе если подключить старое зарядное, то ничего не плохого не произойдет, просто батарея будет недозаряжена так как у него на выходе 7.8 вольта вместо 8.4 как у нового.


Выводы.
По самой переделке батареи только одни достоинства, машинка едет быстрее и дольше, батарея легче, заряжается быстро, да и просто служить будет дольше. Мало того, если применить обычные 21700, которые можно варить/паять, то можно вообще сделать очень большую емкость.
По плате могу сказать что в принципе она неплохая, но как и зачем они туда втулили шунт на 80А для меня остается загадкой, причем эту плату я покупал в 2018 году и сейчас их так и продают с теми же резисторами. В общем получу ту что заказал, посмотрю что там за чип и какой ток срабатывания защиты.

Ну а если коротко, то если у кого-то ребенок пользуется машинкой с подобным питанием, рекомендую заменить на литиевые аккумуляторы, свинцовая батарея стоит примерно столько же, а служит хуже и меньше.

На этом у меня всё, надеюсь что было полезно.