Ładowarka Modiary MDA238 42V 2A do pakietów akumulatorów litowych 10S

Kilka razy robiłem już recenzje ładowarek do akumulatorów litowych. Były przeznaczone do pakietów 3S, ale większym problemem było ich zbyt uproszczone rozwiązanie układowe. Później wielokrotnie pytano mnie, jaką ładowarkę kupić, żeby była bezpieczniejsza dla akumulatorów i nie trzeba było jej „dopracowywać”, nawet jeśli miałaby kosztować więcej.
Tym razem zamówiłem ładowarkę, która prawdopodobnie należy do lepszego typu. Jak zwykle, więcej szczegółów w recenzji.

Poprzednie recenzje
12,6 V 3 A
12,6 V 3 A
12,6 V 1 A

Jednym z kluczowych parametrów bezpieczeństwa ładowania akumulatorów litowych jest funkcja wyłączania ładowarki po zakończeniu procesu ładowania. Najczęściej właśnie na tym się oszczędza i po przejściu w tryb CV (Constant Voltage) ładowarka pozostaje w nim na stałe. To bardzo proste rozwiązanie, które w gruncie rzeczy sprowadza się do zwykłego zasilacza z funkcją ograniczania prądu w trybie CC (Constant Current). Taką ładowarkę można właściwie zrobić samemu „z patyków i sznurka”.

W większości przypadków taki tryb ładowania jest bezpieczny, jeśli proces nadzoruje użytkownik: zapaliła się zielona dioda, czyli można odłączyć ładowarkę. Można to zrobić od razu albo po godzinie, ale jeśli się o tym zapomni, rośnie ryzyko uszkodzenia akumulatora, zwłaszcza jeśli jest zużyty. Myślę, że wiele osób zauważyło, jak szybko po odłączeniu ładowarki spada napięcie na zaciskach starych akumulatorów.

Nie jestem chemikiem, ale przypuszczam, że problemem są dendryty, które mogą zwiększać samorozładowanie, a także doprowadzić do niemal całkowitego zwarcia. To z kolei powoduje nagrzewanie się ogniwa i dalsze efekty specjalne. Im większy akumulator, tym mocniejsze efekty.

Ładowarkę zamówiłem niemal „w ciemno”, bo nie wiedziałem, czy jest dobrze zaprojektowana — miałem tylko pewne przypuszczenia.
Kolejnym kryterium wyboru było napięcie: pakiety 10S są dość popularne. Jeśli chodzi o moc, uznałem, że skoro wersja 2 A jest dobrze zaprojektowana, to jest duża szansa, że pozostałe modele tego producenta mają podobne rozwiązanie układowe.

Dane ze strony produktu:
Wejście: 100–240 V AC
Wyjście: 2 A (85 W), CC/CV, napięcie końcowe 42 V + 0,2 V
Wtyk DC: 5,5 mm / 2,1 mm (wtyk okrągły); w rzeczywistości złącze ma 2,5 mm.
Długość przewodu: około 100 cm
Zastosowanie: akumulatory litowo-jonowe do rowerów elektrycznych 36 V
Certyfikat bezpieczeństwa GS zgodny z § 21 ProdSG

Opakowanie jest bardzo skromne.


Zestaw jest równie prosty: ładowarka, przewód i instrukcja.


Choć w tym przypadku nie jest to instrukcja obsługi, tylko ostrzeżenie, czego nie wolno robić.
Przewód jest standardowy: z jednej strony wtyczka bez uziemienia, z drugiej typowa „ósemka”. Wygląda całkiem solidnie.


Ładowarka z wyglądu przypomina zasilacz do laptopa. Jej wymiary to 146 × 65 × 34 mm. Nie ważyłem jej, ale sprawia wrażenie dość ciężkiej.


Na spodzie umieszczono sporo ostrzeżeń, dane techniczne, oznaczenia zgodności z różnymi normami, a także — co nie mniej ważne — informacje o dostępnych typach złączy i ich pinoucie.
W moim egzemplarzu jest zwykły wtyk, taki jak w wielu zasilaczach, ale dostępne są też wersje ze złączem trzy- i czterostykowym.


Obudowa zasilacza jest wyraźnie solidna. Z jednej strony znajduje się gniazdo zasilania, z drugiej przewód wyjściowy, na górze dioda sygnalizująca tryb pracy, a na spodzie cztery nóżki.
Przewód wyjściowy ma nietypowy jak na nasze standardy przekrój: 0,824 mm². Jest też wyraźnie gruby. Producent podaje, że wtyk ma wymiary 5,5 × 2,1 mm, ale z tego, co mogę stwierdzić, w rzeczywistości jego wewnętrzna średnica wynosi 2,5 mm. Pasuje przynajmniej do gniazd o takich wymiarach.


Dioda nie świeci zbyt jasno. Świeci na zielono w trybie „naładowano” lub gdy nie jest podłączone obciążenie, a na czerwono podczas ładowania.


Do testów ładowarkę podłączyłem do obciążenia pracującego w trybie CV, które w pewnym stopniu emuluje akumulator.
Błąd pomiaru obciążenia jest dość duży, ale do oceny w zupełności wystarcza.

Przy napięciu 41,83 V prąd ładowania wynosił 1,8–1,9 A. Po niewielkim zwiększeniu napięcia, do 42 V (4,2 V na ogniwo), spadał do 0,8 A. Dalszy wzrost napięcia powodował zmniejszanie prądu, a przy 42,14 V spadł on do zera i zapaliła się zielona dioda ładowarki.


Przy obniżaniu napięcia ładowarka zachowuje się nieco inaczej.
Przy napięciu 25–30 V (2,5–3,0 V na ogniwo) prąd ładowania wynosi tyle samo, czyli 1,8–1,9 A, ale przy 20 V spada do 0,6 A. Po dalszym obniżeniu napięcia ładowarka wyłącza wyjście, choć sama nadal pracuje.
Czyli Jeśli podczas próby naładowania akumulatora o napięciu poniżej 18-20 V napięcie nie wzrośnie powyżej 2 V na ogniwo, zadziała zabezpieczenie.

Zabezpieczenie jest zatrzaskowe. Aby je zresetować, trzeba odłączyć ładowarkę od sieci, poczekać, aż zgaśnie dioda LED, i podłączyć ją ponownie.


Do bardziej realistycznych eksperymentów wziąłem jeden z akumulatorów do hoverboardów. Ma konfigurację 10S2P i pojemność 4,4 Ah, więc ta ładowarka świetnie się do niego nadaje.
Ponieważ jednak akumulator miał duży rozjazd napięć między ogniwami, pierwszy test nie przebiegł całkiem prawidłowo.

Wszystko zaczęło się tak, jak powinno: prąd ładowania wynosił 1,9 A, czyli zresztą mniej niż deklarowane 2 A. Po pewnym czasie prąd zaczął stopniowo spadać, a przy wartości około 1,1-1,2 A ładowarka się wyłączyła.
Potem sprawdziłem to ponownie, podłączając jeden miernik jako rejestrator napięcia, a drugi jako amperomierz. Sytuacja się powtórzyła. Na ostatnim zdjęciu widać, że po wyłączeniu napięcie akumulatora zaczęło nieco spadać.

Okazało się jednak, że wyłączała się nie ładowarka, lecz układ zabezpieczający akumulator z powodu rozbalansowania ogniw. Nie jest tylko do końca jasne, dlaczego w takim razie spadało napięcie. Przekaźnik w ładowarce klikał, a z zewnątrz wszystko działało prawidłowo.


Nie zadowalało mnie takie zachowanie, więc spróbowałem z drugim, takim samym akumulatorem. Było mniej więcej tak samo, dlatego postanowiłem podłączyć się do złącza samej płytki, czyli przed układem zabezpieczającym. Przed eksperymentami trochę go jednak zbalansowałem.

Ostrzeżenie — można tak robić tylko wtedy, gdy dokładnie wiecie, co robicie. W przeciwnym razie mogą wystąpić problemy, aż po zapłon akumulatora!!!

Potem wszystko przebiegało już prawidłowo. Ładowarka ładowała akumulator, a gdy prąd ładowania spadł do 200-220 mA, dioda zaświeciła na zielono, ale ładowanie trwało dalej. Gdy prąd spadł do około 100 mA, przekaźnik kliknął i ładowarka się wyłączyła. Dioda nadal świeciła na zielono, ale w obwodzie nie płynął już prąd.


Następnie zaciekawiło mnie, jak ładowarka będzie się zachowywać po ponownym podłączeniu zasilania albo po podłączeniu lub odłączeniu akumulatora.
Okazało się, że w tym przypadku zachowuje się dokładnie tak samo zarówno po odłączeniu zasilania, jak i akumulatora — i w obu przypadkach niezbyt elegancko.

A więc akumulator jest prawie całkowicie naładowany. Odłączam zasilanie, podłączam je ponownie po kilku sekundach, a ładowarka zaczyna ładować akumulator prądem 0,31 A (wartość przypadkowa). Prąd zaczyna spadać. Gdy osiągnął 50 mA, po prostu odłączyłem zasilanie, bo nie było sensu dłużej czekać — ładowarka się nie „uzbroiła”.

Kolejne eksperymenty pokazały, że aby przejść do normalnego trybu pracy, prąd ładowania musi wzrosnąć do około 500-700 mA (dokładną wartość być może jeszcze ustalę). Jeśli jest niższy, ładowarka działa jak zwykła ładowarka: przechodzi w tryb CV i nie wyłącza się automatycznie. Najprawdopodobniej wynika to z funkcji automatycznego startu, a nie z osobnego przycisku RUN, którego naciśnięcie rozpoczyna ładowanie. Już kiedyś próbowałem zrobić coś podobnego w jednej z recenzji i powiem, że poprawna realizacja tej funkcji nie jest taka prosta. Gdyby jednak w urządzeniu zastosować mikrokontroler, byłoby znacznie łatwiej.


Można powiedzieć, że tryb ładowania mam już rozpracowany, więc przeszedłem do testów nagrzewania.
Aby test przebiegał w warunkach zbliżonych do maksymalnych, podłączyłem ładowarkę nie do akumulatora, lecz do obciążenia i ustawiłem napięcie bliskie maksymalnemu. W ten sposób zasymulowałem pracę z maksymalną mocą wyjściową.

1. Po około 5 minutach od rozpoczęcia na zdjęciu termowizyjnym widać już było miejsca nagrzewania: po lewej, prawdopodobnie w okolicy transformatora lub diody wyjściowej, oraz niewielkie nagrzewanie po prawej.
2. Po pół godzinie obudowa nagrzała się do 55 stopni.

Poniżej widać pary zdjęć wykonanych termometrem i kamerą termowizyjną — nie bez powodu. Kamera termowizyjna i termometr mierzą temperaturę na różne sposoby: kamera „szuka” punktu o najwyższej temperaturze, a termometr uśrednia temperaturę całej obudowy, dlatego zawsze pokaże zaniżony wynik. Nawet jeśli używacie pirometru z „celownikiem laserowym”, niczego to nie zmienia — punkt pomiaru będzie po prostu znajdował się na środku mierzonego obszaru. Używam w pracy kompaktowego pirometru nie bez powodu: w przeciwieństwie do dużych modeli potrafi mierzyć temperaturę małych obiektów, na przykład tranzystorów i diod.



1. Godzina pracy, temperatura obudowy 65 stopni
2. Dwie i pół godziny pracy, obudowa nagrzała się do 71 stopni w najgorętszym punkcie i do 56 stopni średnio. Przypomnę, że to tryb maksymalny. W rzeczywistości tak nie będzie, bo napięcie będzie albo niższe, albo wzrośnie do 42 V i zacznie spadać prąd.

Przy okazji, jest jeszcze jedna ciekawostka: tworzywo obudowy jest częściowo przezroczyste w paśmie podczerwieni, dlatego kamera termowizyjna „widzi” przez nie.


Oczywiście ładowarka została rozebrana. Poszło to stosunkowo łatwo — wystarczyło przejechać nożem wzdłuż łączenia, opukując go małym młotkiem.


Układ podobny jak w zasilaczach do monitorów i laptopów: dwa radiatory po dłuższych bokach płytki, a reszta w środku.


1. Mostek prostowniczy na wejściu przyklejono do radiatora uszczelniaczem. Moc jest tam jednak niewielka, więc najpewniej zamocowano go w ten sposób, a nie po to, by odprowadzać ciepło.
2. Płytkę przy kablu wyjściowym również unieruchomiono uszczelniaczem.


Po odcięciu uszczelniacza wyjąłem płytkę z obudowy, ale poza nim trzymała się tam dość ciasno.


Kilka słów o komponentach i układzie.
1. Filtr sieciowy na wejściu zasługuje na piątkę: jest sam filtr złożony z dwóch dławików i kondensatorów klasy X, bezpiecznik, termistor, a nawet warystor.
2. Na wejściu zamontowano kondensator 120 µF, co przy naszym napięciu sieciowym daje spory zapas i pozwala pracować nawet w pełnym zakresie napięcia sieciowego 100–240 V. Zaskakuje ilość uszczelniacza, którym zalano płytkę.
3. Nie udało mi się w pełni odczytać oznaczenia tranzystora wysokonapięciowego. Sądząc po końcówce, jest na 600 V. Przeszkodziły ciasne upakowanie, ślady lakieru na tranzystorze i, co było niespodzianką, izolator — z takim rozwiązaniem jeszcze się chyba nie spotkałem. Nie podoba mi się, że obok znajduje się rezystor pomiarowy prądu, który niemal dotyka radiatora.
4. Po lewej stronie transformatora są dwa kondensatory Y połączone szeregowo dla zwiększenia bezpieczeństwa, a po prawej potencjometr montażowy do ustawiania napięcia wyjściowego.
5. Na wyjściu znajduje się podwójna dioda MUR1040CA, 10 A 400 V, a po prawej, w koszulce termokurczliwej, rezystor snubbera. Widać tu również przekaźnik odłączający wyjście.
6. Na wyjściu są też dwa dławiki: zwykły i z dwoma uzwojeniami, kondensatory 470+220 µF 50 V, a transformator ma dwa uzwojenia — główne i pomocnicze, zasilające układ sterowania i kontroli prądu. Po prawej i niżej widać miejsce na złącze czujnika temperatury, ale samego złącza nie ma.



Pod względem jakości wykonania nie mam większych zastrzeżeń: wszystko jest czyste i schludne, komponenty są nie tylko przyklejone, ale sama płytka została też pokryta lakierem ochronnym.


Kontroler PWM OB2202CP — nic szczególnego, zwykły kontroler. Zainteresowało mnie, że doprowadzono do niego również napięcie pobierane z dzielnika napięcia wejściowego AC.
Na płytce nie ma szczelin izolacyjnych, ale zachowano bezpieczne odstępy. W obwodach wysokonapięciowych zastosowano też po dwa rezystory połączone szeregowo. Oczywiście najlepiej byłoby użyć trzech, ale dwa również mieszczą się w dopuszczalnym zakresie, bo każdy wytrzymuje napięcie do 200 V.




Część wyjściowa jest bardziej skomplikowana. Są tu dwa układy scalone: po prawej zwykły wzmacniacz operacyjny AS358M (odpowiednik LM358), a oznaczenie na lewym niestety zostało starte :(
Nie odtwarzałem schematu, bo jeden z układów nie ma oznaczenia. Całkiem możliwe, że to jakiś mikrokontroler, choć nie zdziwiłby mnie też zwykły komparator. Poza tym górna część płytki jest dość mocno zalana uszczelniaczem.
Jeśli jednak ta ładowarka wzbudzi zainteresowanie, być może odtworzę przynajmniej część wyjściową, bo pierwotna nie wyróżnia się niczym szczególnym i można ją zastąpić dowolnym podobnym układem.



Skoro już otworzyłem obudowę, przeprowadziłem test termiczny z pomiarem temperatury komponentów. Podłączyłem ładowarkę do tego samego obciążenia i ustawiłem ten sam tryb pracy. Test trwał 1 godzinę 30 minut. Na czas pomiaru zdjąłem pokrywę zasilacza bez odłączania obciążenia, czyli „w trakcie pracy”.


W polu MAX widać temperaturę około 100 stopni. Okazało się, że tak nagrzewa się rezystor snubbera diody wyjściowej. W tym przypadku nie jest to krytyczne.
Zdjęcia termowizyjne po 30, 60 i 90 minutach od rozpoczęcia pracy.


Temperatury poszczególnych komponentów — żadna nie przekroczyła dopuszczalnych wartości. Powiedziałbym nawet, że został jeszcze zapas około 20 stopni, mimo że test odbywał się w trudniejszych warunkach niż rzeczywiste.


Wnioski.
Po testach i szczegółowych oględzinach mam pozytywne wrażenia, i są ku temu powody:
1. Dobra jakość wykonania i konstrukcji
2. Komponenty są wprawdzie „chińskie”, ale nie widać wyraźnych oszczędności
3. Akumulator jest odłączany po zakończeniu ładowania.
4. Jest zabezpieczenie, które przerywa ładowanie w przypadku próby ładowania nadmiernie rozładowanego lub uszkodzonego akumulatora.
5. Brak przegrzewania
6. Dostępne są wersje z innymi typami wtyczek.
7. Nie trzeba go przerabiać

Nie obyło się też bez wad. Zaliczyłbym do nich jedną: po ponownym podłączeniu zasilania lub wyjściu z niektórych trybów ładowarka nie wyłącza się po zakończeniu ładowania. Dzieje się tak, gdy po podłączeniu zasilania prąd nie przekracza około 500–600 mA. Zrobię jednak małe zastrzeżenie: może się to zdarzyć w przypadku całkowicie naładowanego, nowego akumulatora. Jeśli akumulator jest stary i zużyty, nawet po krótkiej przerwie jego napięcie spada, a prąd ładowania najpewniej wzrośnie do progu zadziałania układu kontroli. Czyli właśnie w sytuacjach, w których kontrola jest potrzebna, będzie działać prawidłowo.

Krótko mówiąc, wygląda na to, że ładowarka została wyprodukowana (i najpewniej zaprojektowana) w Chinach, ale z myślą o rynku europejskim, dlatego nie oszczędzano na filtrach itp. Od zasilaczy klasy Mean Well różni ją głównie to, że zastosowano w niej kondensatory (przynajmniej te na wyjściu) mało znanych firm.

Poza tym mogę powiedzieć, że owszem, jest droga, zwłaszcza że na nkon dostawa jest płatna. Jeśli ją kupować, to najlepiej z „dodatkiem” w postaci akumulatorów, ale moim zdaniem bezpieczeństwo jest więcej warte. Będę też wdzięczny za linki do podobnych ładowarek, czyli takich z funkcją automatycznego wyłączania.