Uniwersalny uchwyt do akumulatorów z połączeniem czteroprzewodowym

Nie powiem, żebym często pracował z akumulatorami, ale czasem trzeba sprawdzić ich "przydatność zawodową". Ponieważ chodzi głównie o akumulatory wysokoprądowe, nadszedł czas, żeby kupić do nich porządny uchwyt.
Oględziny, opis, różnice między poszczególnymi sposobami podłączenia i wnioski jak zwykle po kliknięciu.


Uchwyt (nie wiem, jak go poprawnie nazwać) zamówiłem w sklepie znanego moddera 100MHz razem z zasilaczami 48 V. Dostawa do pośrednika kosztuje 1,88 dolara, ale koszt rozdzielono na dwa produkty. Sam uchwyt kosztuje 21,56 USD.

Deklarowany prąd tego uchwytu wynosi 20 A, choć na niektórych stronach spotkałem się z informacją, że ten sam model ma wytrzymywać 40, a nawet 60 A. W tym przypadku skłaniam się jednak ku temu, by wierzyć jego projektantowi i producentowi.

Początkowo był owinięty dużą ilością folii bąbelkowej, ale ponieważ przesyłkę odebrałem dość dawno, folia gdzieś się już zapodziała. Została tylko torba od pośrednika.


Zestaw jest przeznaczony do samodzielnego montażu.


Sprzedawca ma też dwa inne uchwyty:
1. BF-3S, dostępny w dwóch wersjach na prąd 5 lub 10 A — link
oraz BF-1, produkowany w wersjach na prąd 5, 10, a nawet 30 A — link.


Wymiary i masa cieszą: długość wynosi 135 mm, a sam uchwyt waży zaledwie 156 g. To zdecydowanie nie jest plastikowa zabawka.


Ponieważ uchwyt jest sprzedawany w kilku wersjach różniących się rodzajem styków, są one dostarczane osobno.


Zacisk dodatni ma średnicę 8 mm i składa się z dwóch styków: nieruchomego styku prądowego oraz dodatkowego styku ze sprężyną. Wewnętrzny styk jest całkowicie odizolowany od styku prądowego; łączą się one dopiero przez zacisk samego akumulatora. Na obu stykach wykonano nacięcia, a właściwie frezowanie, bo ich wysokość wynosi około 0,5 mm.


Styk ujemny również ma konstrukcję z odizolowanym stykiem środkowym, ale jest większy — ma średnicę 14 mm — i nieco inną budowę.


Różnica polega na tym, że sprężynowany jest tu nie tylko styk środkowy, ale cała grupa styków. Jedyne, co mi się nie spodobało, to dość miękki plastik, w którym wszystko jest osadzone.


W ogóle dostępnych jest kilka wersji uchwytu. Na początek są dwie wersje akrylowe, ale mnie nie interesowały.
Wszystkie występują też w wersjach na różny prąd, zależnie od rodzaju grupy styków.
1. 10 A
2. 20 A
3. 30 A
4. W wersjach 20 i 30 A różni się tylko styk dodatni, ujemny jest taki sam.

Pytanie, które zawsze się pojawia: czy można taki kupić na AliExpress? Można, najtańszy, jaki widziałem, kosztuje 43 dolary.

Oczywiście początkowo chciałem kupić wersję 30 A, ale znalazłem ostrzeżenie, żeby nie używać jej z akumulatorami o średnicy do 18 mm włącznie, które mają płaski zacisk dodatni — może dojść do zwarcia z obudową akumulatora. Wersja 30 A pasuje do akumulatorów typu 26650 i być może 21700, ale tego ostatniego nie jestem pewien.


Dostępna była też wersja wydłużona, pasująca do akumulatorów typu 32800 i 32900, ale nie używam takich akumulatorów i nie widzę sensu kupowania do nich uchwytu.


Tak zwane „podwozie” jest wspólne dla prawie wszystkich wersji (poza wydłużoną).


Widnieje na nim numer modelu BF-2A, logo producenta i podziałka. Uchwyt jest przystosowany do akumulatorów o długości do 70 mm.


Od spodu znajduje się dodatkowy rowek, w którym wkręcono trzy śruby z płaskimi łbami. Służy on do ukrycia przewodów wychodzących z jednej strony uchwytu. Śruby dociskają przewody, żeby nie wypadały.


Moim zdaniem to całkiem przemyślane rozwiązanie. Zgodnie z założeniem powinno działać tak, jak pokazano na rysunku.


Co więcej, przewidziano nawet wycięcie na zacisk do podłączenia przewodu zasilającego — na zdjęciu to ten dolny, czerwony.


U góry znajduje się ząbkowana część, która blokuje ruchomą część uchwytu. Śruba widoczna w rowku służy tylko temu, żeby ruchoma część nie wypadała.


Aby przesunąć ruchomą część, trzeba ją unieść, a po ustawieniu w odpowiednim położeniu — opuścić. Konstrukcja jest bardzo prosta, a ponieważ prawie wszystkie elementy wykonano z metalu, można mieć nadzieję, że posłuży długo.


Oczywiście oba styki są odizolowane od obudowy. Styk dodatni izolują dwie plastikowe podkładki, podobne do tych, którymi dociska się mocne tranzystory do radiatora, tylko o znacznie większej średnicy. Styk ujemny ma osobny izolator, który pełni też funkcję mocowania, ponieważ jest gwintowany. Moim zdaniem to najmniej niezawodny element całej konstrukcji, ale w praktyce nie jest narażony na obciążenia, które mogłyby go uszkodzić.


Na stronie sklepu znajduje się rysunek montażowy, na którym pokazano wszystkie elementy i sposób ich składania. Moim zdaniem wszystko jest jednak tak intuicyjne, że trzeba by się naprawdę postarać, żeby złożyć to nieprawidłowo :)


Wewnątrz ruchomej części znajduje się też dodatkowy zatrzask w postaci sprężynującej kulki, która blokuje ją w dwóch położeniach — górnym i dolnym — dzięki dwóm rowkom w części głównej. Rowków nie widać; w rzeczywistości są trzy: dwa na kołek i jeden na kulkę (po lewej).


Po złożeniu całość przypomina trochę małą tokarkę :)
Minimalna długość akumulatora, który można zamontować, to 10 mm. W stanie „spoczynku” styki niemal się ze sobą stykają. W rzeczywistości można je zsunąć jeszcze bardziej, ale jest to niewygodne.
Maksymalna odległość między stykami wynosi 68 mm bez odciągania ruchomego styku i 75 mm po jego odciągnięciu. Czyli bez problemu można używać akumulatorów o długości do 75 mm, a na ich zamontowanie zostanie jeszcze około 3 mm luzu.


Montaż akumulatora:
1. Unieść ruchomą część.
2. Przesunąć ją na odpowiednią długość. Początek prawego skosu odpowiada mniej więcej długości akumulatora na podziałce na obudowie.
3. Opuścić ruchomą część.
4. Następnie docisnąć ujemny styk akumulatora do ujemnego styku uchwytu i włożyć akumulator.

Po drugiej lub trzeciej próbie wiadomo już, jak zamontować akumulator i dobrać siłę docisku.


A oto zamontowany akumulator — w tym przypadku mój „królik doświadczalny”, VTC4.


Styk dodatni ma dokładnie taki sam rozmiar jak dodatni styk akumulatora. Myślę, że teraz jasne jest, że gdyby miał średnicę 14 mm, jak w wersji 30-amperowej, zakrywałby prawie cały akumulator i mógłby go zewrzeć.
Średnicę styku ujemnego dobrano tak, żeby nie zachodził na koszulkę termokurczliwą akumulatorów 18650. Jest jednak pewien problem: jeśli akumulator ma mniejszą średnicę — pewnie dotyczy to nawet 17650, nie mówiąc już o 16340 i podobnych — trzeba będzie przyciąć koszulkę.


W ramach testu zmierzyłem rezystancję styków, ale ponieważ bezpośredni pomiar jest trudny, zrobiłem to metodą pośrednią.
1. Najpierw zmierzyłem rezystancję akumulatora — wyniosła 13,88 mΩ.
2. Następnie zmierzyłem całkowitą rezystancję całego zestawu, czyli z metalowymi nakrętkami i pozostałymi elementami. Wyszło 16,53 mΩ.
3. Ten i następny test przeprowadziłem przy maksymalnym docisku akumulatora; krawędź ruchomej części znajdowała się mniej więcej na 65 mm.
4. Rezystancja zmierzona między punktami położonymi bliżej zacisków akumulatora (bez nakrętek itp.) wyniosła 15,37 mΩ.
5. Następnie przesunąłem mechanizm o dwa nacięcia w prawo. To skrajne położenie, w którym akumulator jest jeszcze dobrze trzymany.
6. W tym wariancie uzyskałem 16,85 mΩ.

Podsumowując:
Całkowita rezystancja uchwytu przy maksymalnym docisku: 16,53-13,88=2,65 mΩ
Rezystancja styku akumulator–zacisk przy pełnym docisku: 15,37-13,88=1,49 mΩ, czyli po 0,75 mΩ na styk.
Rezystancja styku akumulator–zacisk przy słabszym docisku: 16,85-13,88=2,97 mΩ, czyli po 1,5 mΩ na styk.

Pomiędzy położeniem z maksymalnym i minimalnym dociskiem testowym było jeszcze jedno ustawienie. Jego rezystancję można uznać za średnią z dwóch pomiarów, ale ja wybrałbym wariant z maksymalną siłą docisku.
Chodzi o to, że nawet przy rezystancji styku wynoszącej 1,5 mΩ i prądzie 20 A na styku wydzieli się 0,6 W, a to niemało. Przy pełnym docisku straty są dwa razy mniejsze, około 0,3 W. Nie wpłyną one na wyniki pomiarów, ale będą nagrzewać zarówno akumulator, jak i same zaciski, a moim zdaniem jest to zupełnie niepotrzebne.


Teraz krótkie wyjaśnienie, czym właściwie jest połączenie czteroprzewodowe i jakie są jego warianty.

Najprostszy wariant to połączenie dwuprzewodowe, stosowane w zdecydowanej większości urządzeń, najczęściej zasilaczy i prostych ładowarek. Sprawdza się całkiem dobrze, jeśli nie trzeba rozładowywać testowanego akumulatora ani mierzyć oddanej przez niego pojemności. Wadą jest to, że z powodu spadku napięcia na odcinku A–B napięcie mierzone przez zasilacz lub obciążenie będzie różnić się od rzeczywistego. Dla przykładu pokazuję tylko jeden biegun, z drugim jest dokładnie tak samo.
Podczas ładowania nie ma to większego znaczenia, bo ładowanie kończy się przy małym prądzie. Jeśli jednak chcecie zmierzyć pojemność w Wh, wynik będzie zawyżony — do pojemności akumulatora doliczą się straty na przewodach.
Podczas rozładowywania uzyskacie mniejszą pojemność zarówno w Ah, jak i w Wh. W pierwszym przypadku rozładowanie po prostu zakończy się wcześniej z powodu spadku napięcia na przewodzie, a w drugim dojdą straty związane z nagrzewaniem przewodów. Załóżmy, że rozładowujemy akumulator do napięcia 2,8 V, a na przewodach spada 0,1 V. Jeśli nie uwzględnimy tego spadku, rozładowanie zakończy się w rzeczywistości przy napięciu 2,9 V na akumulatorze. Z pojemnością w Wh jest jeszcze gorzej: na przykład przy pojemności 10 Wh, prądzie 10 A i spadku 0,1 V na przewodach wydziela się 10×0,1=1 W, więc zamiast 10 Wh naliczymy tylko 9.
Rozwiązanie? Zastosować przewody grube jak palec, żeby zminimalizować straty.

Znacznie bardziej zaawansowanym rozwiązaniem jest połączenie czteroprzewodowe. Spadek napięcia na odcinku A–B nie ma wtedy żadnego znaczenia, ponieważ do pomiaru napięcia na odcinku B–C nie jest potrzebny duży prąd, a błąd pomiaru jest minimalny.
Takie rozwiązania stosuje się zarówno w zaawansowanych zasilaczach, jak i w obciążeniach elektronicznych oraz przyrządach pomiarowych. Spadek napięcia na przewodach prądowych przestaje być istotny. Taki układ jest szczególnie wygodny w zasilaczach dużej mocy, a dokładniej — dużego prądu i niskiego napięcia.


Pierwszy wariant stosuję w swoich zasilaczach i w mocnym obciążeniu elektronicznym, choć uczciwie mówiąc, w obciążeniu po prostu nie chciało mi się tego robić. Fabrycznie bez problemu można je przełączyć w tryb trójprzewodowy, a po niewielkiej przeróbce także w czteroprzewodowy.
Drugi wariant producent zastosował fabrycznie w moim drugim obciążeniu elektronicznym.



Jak pisałem wyżej, takie rozwiązanie stosuje się również w zasilaczach, na przykład w zasilaczu liniowym o prądzie wyjściowym do 20 A. Przewody są tam zwykle dłuższe niż w obciążeniu elektronicznym, a prąd jest duży.


Osobno wspomnę o połączeniu trójprzewodowym, ale tylko jako uzupełnieniu. Ma ono gorsze parametry niż połączenie czteroprzewodowe, jednak przy dużym przekroju przewodu masowego również może się przydać. Najczęściej takie rozwiązanie spotyka się w zwykłym komputerowym zasilaczu ATX, gdzie do jednego z przewodów 3,3 V (pomarańczowego) podłączony jest dodatkowy przewód sprzężenia zwrotnego.
Przy okazji, w podobny sposób można łatwo poprawić dokładność stabilizacji napięcia w niemal każdym zasilaczu, wyprowadzając na zewnątrz przewód sprzężenia zwrotnego. Trzeba jednak uważać: jeśli się urwie, na wyjściu pojawi się wszystko, na co stać zasilacz. Można temu zapobiec, montując dodatkowy rezystor między wyjściem zasilacza a wejściem sprzężenia zwrotnego w zasilaczu.


W rzeczywistości jednak, choć pokazane wyżej połączenie czteroprzewodowe zapewnia dobrą dokładność działania i pomiaru, również nie jest idealne.
Chodzi o to, że przy rozłącznym podłączeniu mierzonego elementu, na przykład akumulatora, występuje coś takiego jak rezystancja styku złącza (uchwytu, krokodylków, sond itp.). W uproszczeniu można przyjąć, że są to dwie rezystancje — na plusie i minusie — jak pokazano na schemacie 3. Wyżej mierzyłem właśnie wartość tych rezystancji w omawianym uchwycie i uzyskałem 0,75–1,5 mΩ.
Wpływ na wynik jest tu oczywiście znacznie mniejszy niż w układzie dwuprzewodowym, ale przy prądach rzędu 20 A i większych trzeba go uwzględnić. Na przykład przy rezystancji zaledwie 1 mΩ na styk i prądzie 20 A tracimy 0,02 V, czyli 0,04 V na obu stykach. przy prądzie 40 A będzie to już odpowiednio 0,04 i 0,08. Różnica będzie widoczna także w Wh: w pierwszym przypadku wynik będzie niższy o 0,8 W, a w drugim o 3,2 W (przy prądzie 40 A).

Aby skompensować również ten błąd, stosuje się tak zwane pełne połączenie czteroprzewodowe, w którym przewody prądowe (A-B) i pomiarowe (C-D) są podłączone bezpośrednio do zacisków samego elementu. Dzięki temu spadek napięcia na przewodach prądowych nie ma znaczenia — no, może poza nagrzewaniem.
Takie połączenie prawie nigdy nie jest stosowane w zasilaczach, ponieważ przerwanie obwodu sprzężenia zwrotnego najczęściej powoduje pojawienie się pełnego napięcia na przewodach prądowych. Wyjątkiem jest sytuacja, gdy producent zasilacza przewidział takie zabezpieczenie, jak na przykład w pokazanym wyżej mocnym zasilaczu liniowym.


Ta metoda jest stosowana przede wszystkim w przyrządach pomiarowych, na przykład w miernikach małych rezystancji, ale nic nie stoi na przeszkodzie, by używać jej także podczas testów pojemności akumulatorów.
Mam co najmniej dwa przyrządy zbudowane według takiego schematu: miliomomierz i miernik LCR.


No i jaki byłby z tego test bez testów? Oczywiście tutaj wszystko przygotowałem bardziej dla demonstracji niż do praktycznego zastosowania, bo obciążenie jest podłączone dwuprzewodowo, ale i tak pokażę najważniejszą zaletę tego rozwiązania.
Na zdjęciu podłączone są dwa multimetry: po lewej do zacisków pomiarowych, po prawej do wejścia obciążenia, czyli z uwzględnieniem zacisków i przewodów, ale bez uwzględnienia strat na zaciskach samego obciążenia.


1. Na początek napięcie na akumulatorze i wejściu obciążenia — różnica wynika wyłącznie z błędu samych przyrządów.
2. Ustawiamy prąd obciążenia na 20 A, czyli maksymalną wartość deklarowaną dla tego uchwytu.
3. Celowo wybrałem moment, w którym różnica jest dobrze widoczna. Podczas testów robię przerwy pośrednie przy napięciach 2,5, 2,8 i 3,0 V. Tutaj widać, że na akumulatorze jest około 3 V, ale do obciążenia dociera już tylko 2,8 V, czyli w praktyce kolejny etap testu.
4. Żeby test nie poszedł na marne, przy okazji zmierzyłem pojemność starego akumulatora VTC4 przy prądzie 20 A.

Spadek napięcia o 0,2 V na dość grubych przewodach jest aż nadto widoczny. Przy prądzie 20 A daje to około 4 W, a ponieważ test trwał mniej więcej 6 minut, można przyjąć, że końcowy wynik w Wh byłby niższy o 0,4 Wh. To oczywiście niezbyt dużo, ale wszystko zależy od przekroju przewodów i stanu styków. Przy pełnym połączeniu czteroprzewodowym nie ma to znaczenia.


Temperatura akumulatora po około 3 minutach (rozładowano 1 Ah) i na samym końcu testu.


Porównanie ze zwykłym uchwytem akrylowym.


A mnie czeka dalszy ciąg testów — nowa partia akumulatorów z AliExpress: cztery sztuki VTC6 i ponad dziesięć zabezpieczonych akumulatorów Litokala, więc myślę, że uchwyt będzie miał co robić.



W podsumowaniu będę głównie chwalił ten uchwyt, bo jego konstrukcja jest solidna, wygodna i, co najważniejsze, prawidłowa.
Jest jednak też za co go skrytykować. Jak już pisałem, moim zdaniem plastik przy zacisku ujemnym jest trochę zbyt delikatny, ale ponieważ nie jest mocno obciążony, da się to zaakceptować. Drugi problem to trudności z używaniem akumulatorów o średnicy poniżej 18 mm — najpewniej trzeba będzie usunąć koszulkę termokurczliwą przy zacisku ujemnym.

Niestety ten wariant uchwytu jest przeznaczony tylko do prądu 20 A, chociaż moje obciążenie bez problemu może już pracować przy prądach do 30 A. W tym przypadku prąd ogranicza jednak konstrukcja samych zacisków uchwytu. Jest też wariant na 30 A, ale ze względu na dużą średnicę zacisku dodatniego zupełnie mi nie odpowiada. Moim zdaniem producent mógłby dołączać dwa rodzaje zacisków, na wypadek konieczności wymiany.

Sprzedawca bez problemu podejmuje rozmowę, ale gdy próbowałem uzgodnić zakup innego jego urządzenia bez obudowy i pozostałych niepotrzebnych mi dodatków, stanowczo odmówił. Szkoda.

Sponsorem tej recenzji jest pośrednik yoybuy.com, który pokrył koszt wysyłki. Link partnerski do rejestracji; nowi użytkownicy otrzymują kupon bonusowy 10 od 50.
Uchwyt kosztował 21,56 USD, a według informacji od pośrednika waży 186 g. Koszt wysyłki przez pośrednika zależy od różnych czynników, na przykład liczby sztuk oraz tego, czy w zamówieniu są inne produkty.