Obciążenie elektroniczne – tester akumulatorów EBC-A40L firmy ZKEtech

Mniej więcej rok temu, w jednej z recenzji obciążeń elektronicznych produkcji ZKEtech, pisałem, że chcę dokupić jeszcze kilka. Niedawno kupiłem i otrzymałem jedno z nich — model o największym prądzie maksymalnym w ofercie tej firmy.
Oględziny, kilka testów i oczywiście wnioski.

Myślę, że wielu z was wie, że testuję mnóstwo różnych akumulatorów. Robię to w zasadzie po prostu dla przyjemności, no, jako hobby. Na początku wystarczało mi obciążenie o prądzie do 10 A, potem przestało wystarczać, więc dokupiłem jeszcze dwa: bardziej uniwersalny EBC-A10H i model EBC-A20 do większych prądów. Mimo to, żeby przeprowadzać testy przy prądzie 30 A, nadal musiałem wracać do mojego głównego obciążenia, zbudowanego wiele lat temu. Oczywiście je lubię i jest całkiem wygodne, ale ma dwie poważne wady: nie mierzy pojemności w Wh, a poza tym nie ma oprogramowania, więc nie da się sporządzić krzywej rozładowania.

Recenzje
EBC-A10
EBC-A10H
EBC-A20
Adapter USB

Właśnie po to, żeby móc testować przy większym prądzie, a przy okazji tworzyć rozbudowane wykresy, kupiłem to obciążenie.
Małe wyjaśnienie: to urządzenie, podobnie jak wymienione wyżej EBC-A10, EBC-A10H i EBC-A20, jest testerem akumulatorów, ponieważ może działać nie tylko jako obciążenie, ale również jako ładowarka. Dzięki temu umożliwia przeprowadzenie pełnego cyklu testów, aż po testy żywotności, w których można ustawić cykliczne tryby ładowania i rozładowania. Nazywam je obciążeniami wyłącznie dla uproszczenia.

Obciążenie kupiłem na Taobao, a pomógł mi w tym jeden z moich stałych czytelników, za co bardzo mu dziękuję. Łączny koszt, ze wszystkimi wydatkami, wyniósł około 140 dolarów. To obciążenie jest też na AliExpress

Kiedy w oddziale Meest Express wydali mi moją paczuszkę, byłem nawet trochę zaskoczony. Spodziewałem się, że będzie mniej więcej dwa razy mniejsza, więc musiałem nieść ją w torbie, w której mi ją wydano.
Zapakowano ją na piątkę z plusem: mnóstwo warstw różnych materiałów amortyzujących. Jak się okazało, pudełko nie należało do przewoźnika, lecz do samego producenta, o czym świadczyła odpowiednia nazwa.


Dane techniczne są podane wyłącznie po chińsku, ale w skrócie:
Maksymalne napięcie wejściowe – 5 V
Dokładność pomiaru napięcia – 0,2% +/-0,003 V
Zakres prądu obciążenia – 0,1–40 A
Zakres prądu ładowania – 0,1–40 A
Dokładność pomiaru prądu – 0,2% +/-0,01 A
Maksymalna moc rozpraszana – 200 W
Tryby pracy – CC, CP, CV
Masa – 5,4 kg

Powyżej podano, że urządzenie obsługuje trzy tryby pracy, przy czym CV nie jest trybem pracy obciążenia, lecz trybem ładowania akumulatora.



Szczerze mówiąc, choć wiele razy oglądałem zdjęcia tego urządzenia u sprzedawców, nigdy nie przypuszczałem, że jest aż tak duże. Na wszystkich zdjęciach wydawało się mniej więcej półtora raza mniejsze.
Sam design jest jednak trochę nietypowy, przypomina nieco sprzęt z lat 50. i 60.


W zestawie było też kilka woreczków z dodatkami i mała kartka leżąca na wierzchu, która, swoją drogą, również dodała trochę do wagi.


1. Różowa kartka – lista zawartości opakowania z numerem seryjnym (o ile dobrze zrozumiałem).
2. Instrukcja i karta gwarancyjna, w moim przypadku zupełnie bezużyteczne, podobnie jak sama instrukcja.
3. Przewód zasilający, niewiele bardziej przydatny niż instrukcja, na szczęście można go zastąpić zwykłym przewodem „komputerowym”.
4. Przewód z konwerterem USB-UART, nic nadzwyczajnego, taki sam był w zestawie z EBC-A10H


Dostałem też zestaw przewodów do podłączania akumulatorów, który wygląda całkiem groźnie.


1. Krokodylki do podłączenia obwodu mocy są chyba takie same jak te używane do podłączania akumulatorów samochodowych, co ma swoje konsekwencje: nie da się nimi podłączyć zwykłego akumulatora 18650.
2. Krokodylki do podłączenia wejścia pomiaru napięcia są znacznie mniejsze i, w przeciwieństwie do zestawu przewodów do EBC-A20, od początku są osobno.
3. Przewody są bardzo miękkie, w izolacji silikonowej. Podano przekrój 10 AWG (5,26 mm²) i maksymalną temperaturę pracy 200 stopni.
4. Podłączenie za pomocą pięciostykowych złączy „lotniczych”: jeden styk służy do pomiaru napięcia, a cztery do obwodu mocy.


Przewody są fabrycznie przystosowane do podłączenia do akumulatorów z zaciskami, ale w moim przypadku będę używać uchwytu, więc najpewniej kupię parę takich samych złączy i podłączę wszystko bez dołączonych przewodów.


Za obudowę również pięć punktów. Jest wykonana z bardzo grubej blachy, a do tego całkiem porządnie pomalowana.
Na górze znajduje się uchwyt do przenoszenia, który zdecydowanie się przydaje.


1, 2. Podłączenie, sterowanie i wskazania są identyczne jak w obciążeniu EBC-A20: cztery przyciski, wyświetlacz 1602 i para złączy. Nie widzę sensu tego opisywać, bo już o tym pisałem.
3. Z tyłu znajduje się wentylator 120 mm, gniazdo zasilania zintegrowane z wyłącznikiem oraz złącze do podłączenia komputera.
4. Jest też plomba gwarancyjna, ale jak pisałem wyżej, w moim przypadku jest całkowicie bezużyteczna.


Otworów wentylacyjnych jest dużo, a sam wentylator ma całkiem sporą wydajność.


Z boku znajduje się naklejka z nazwą modelu, datą produkcji, numerem seryjnym itd.
Na górze jest też naklejka, ale sfotografowałem ją ze względu na oryginalny zapis słowa „temperatura” :)


W środku natomiast zaskakująco dużo wolnego miejsca. Wydaje mi się, że w tak ogromnej obudowie można było bez problemu zrobić obciążenie dwa razy mocniejsze, na przykład 10 V 40 A zamiast 5 V 40 A.


Zasilacz 5 V 60 A — o nim powiem osobno. Początkowo prosiłem o sprzedaż bez zasilacza, przede wszystkim dlatego, że niepotrzebnie zwiększa wagę i cenę, a poza tym mam w domu dwa podobne zasilacze, tyle że Mean Well. Sprzedawca się nie zgodził, szkoda.
Na YouTube widziałem film, na którym ktoś dostał podobne obciążenie z uszkodzonym wentylatorem. Szczerze mówiąc, nie mam pojęcia, jak można go było uszkodzić podczas transportu — może po prostu miał „szczęście”. Wentylator jest standardowy, 120 × 25 mm.


Wszystkie przewody są starannie zaciśnięte i oznaczone kolorami, przewody do złącza PC są również zaizolowane.


Radiator wykonano z takiego samego profilu jak w EBC-A10H, tylko jest nieco większy. Zamocowano na nim płytkę przetwornicy podwyższającej, zasilanej napięciem 5 V, która dostarcza na wyjściu 12 V do zasilania przekaźników i wentylatora.
Znając „niezawodność” podobnych płytek, polecam zamontować przed nią bezpiecznik.


Za przełączanie zasilania 5 V w obwodzie mocy ładowarki odpowiadają dwa przekaźniki. W pierwszej wersji EBC-A10, którą miałem, przekaźników nie było. Po podłączeniu zasilania urządzenie podawało napięcie na wyjście, a jeśli był do niego podłączony akumulator, nie mogło prawidłowo wystartować i próbowało naładować go do 5–6 V. W kolejnych wersjach ten problem rozwiązano, montując przekaźniki.
Producent zastosował tu dwa przekaźniki, rozkładając między nie obciążenie. Załączają się synchronicznie, a podział najpewniej ma na celu wyrównanie prądów na ich stykach. Na plus można też zaliczyć to, że same przekaźniki mają spory zapas — są na 40 A.

Przekaźniki załączają się zarówno podczas ładowania, jak i rozładowywania. Wentylator, sądząc po wszystkim, jest podłączony równolegle do ich zasilania, bo włącza się synchronicznie. Wyłącza się zależnie od temperatury: jeśli nie zadziałał wyłącznik termiczny, po kilku sekundach, a jeśli zadziałał — po jego ostygnięciu.


Moduł mocy. Wyprowadzono tu cztery tranzystory obciążenia i cztery tranzystory ładowarki. Tak, dobrze widzicie — ładowarka jest liniowa, a nie impulsowa!
Początkowo myślałem, że zastosowano aktywne wyrównywanie prądów między tranzystorami, ale okazało się, że cała masa rezystorów pomiarowych zamontowanych przy każdym tranzystorze służy jedynie do pasywnego wyrównywania. Ponadto od każdego tranzystora poprowadzono osobny przewód, który również pełni rolę pasywnego „balansera”.


1. Tranzystory obciążenia, tak jak wcześniej, to IRFP250M, a tranzystory ładowarki to P-kanałowe IRF4905. W zasadzie takie rozwiązanie jest całkiem uzasadnione, ale przy ładowaniu maksymalnym prądem akumulatorów o bardzo niskim napięciu tranzystory mogą mieć ciężko. Chociaż dziś mało kto używa takich akumulatorów.
2. Osiem niskoomowych rezystorów wyrównawczych.
3. Po lewej znajduje się przekaźnik termiczny, który przy temperaturze radiatora powyżej 50 stopni włącza wentylator na pełną moc. W normalnym trybie wentylator uruchamia się z mocą 50% po włączeniu trybu ładowania lub rozładowywania.
4. To, co początkowo wziąłem za wzmacniacze operacyjne układu aktywnego wyrównywania prądu, okazało się transoptorami zapewniającymi izolację galwaniczną połączenia z komputerem.


Na początku zastosowanie izolacji galwanicznej może wydawać się dziwne, zwłaszcza że jest ona potrzebna głównie tam, gdzie testuje się nie tylko akumulatory, ale też zasilacze. Jest jednak ku temu logiczne wyjaśnienie.
Producent oferuje płytkę interfejsową, która pozwala połączyć do 8 obciążeń EBC-A40L i EBC-B20H w grupę sterowaną przez oprogramowanie EBC-X. W takim układzie izolacja galwaniczna kanałów sterujących jest najpewniej potrzebna.


Takie stanowisko wygląda mniej więcej tak.


A tak wygląda oprogramowanie sterujące:


Ja jednak chcę kupić po prostu ośmiokanałowe obciążenie EBC-X, które ma już wbudowaną odpowiednią płytkę.


Bocznik pomiarowy 40 A 75 mV wygląda bardzo solidnie. Podano dla niego klasę dokładności 0.5, co nie do końca zgadza się z deklarowaną w opisie dokładnością 0.2%.


Nie ma sensu opisywać płytki sterującej — jest identyczna jak płytki sterujące we wszystkich pozostałych obciążeniach.


Styki w złączach są podłączone osobnymi przewodami, co nieco wyrównuje płynące przez nie prądy. Same złącza są jednak słabo dokręcone — jedno musiałem dociągnąć, a w złożonym urządzeniu jest to wyjątkowo niewygodne.


A teraz kilka testów. Na początek sprawdzenie dokładności ustawiania prądu obciążenia. Jako źródło podłączyłem akumulator o maksymalnym ciągłym prądzie rozładowania 55 A, więc nawet moje nowe obciążenie jest dla niego za małe...


Test przeprowadziłem w dziewięciu punktach: 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 7.5, 10 i 12.5 A. Chciałbym sprawdzić więcej, ale pomiar cęgami prądowymi nie ma sensu, bo ich błąd pomiaru z założenia będzie większy niż przy bezpośrednim pomiarze na boczniku. Mój miernik ma zakres maksymalnie 10 A, więc nawet 12.5 A oznacza już przeciążenie.

W opisie podano błąd pomiaru do 0.2% +/-0.01 A. Samo 0.2% przy 40 A to +/- 80 mA, a po uwzględnieniu dodatkowego błędu 0.01 A dopuszczalna różnica wynosi +/-90 mA.

W praktyce wszystkie wyniki mieściły się w deklarowanych granicach. Największa różnica wystąpiła przy prądzie 12.5 A i wyniosła około 70 mA, ale myślę, że dodatkowa kalibracja pozwoliłaby poprawić wynik.


W trybie ładowania dokładność była nieco lepsza. Można oczywiście powiedzieć, że przecież bocznik jest jeden, ale to nie takie proste: bocznik jest ten sam, lecz zmienia się polaryzacja, więc równie dobrze przy rozładowaniu błąd mógłby być bliski zeru, a przy ładowaniu dwukrotnie większy.


Dokładność pomiaru napięcia sprawdzałem, używając laboratoryjnego zasilacza jako źródła i porównując wskazania z moim głównym multimetrem.
Deklarowany błąd wynosi 0.2% +/-0.003 V, co przy 5 V daje różnicę +/-0.01+0.003=0.013 V, czyli 13 mV.
W praktyce uzyskałem różnicę od 2 mV przy niskich napięciach do 7 mV przy maksymalnym. Przy okazji okazało się, że maksymalne napięcie wynosi nie 5, lecz 4.9 V. Jeśli przekroczyć je choćby nieznacznie, pojawia się komunikat, a praca obciążenia zostaje zablokowana do czasu obniżenia napięcia.


To mi jednak nie wystarczyło, więc wszedłem do menu kalibracji i dosłownie kilkoma kliknięciami skalibrowałem urządzenie. Nie polecałbym tego robić, jeśli nie macie przyrządu o odpowiedniej klasie dokładności.
Zasada kalibracji jest prosta: ustawiamy na wejściu określone napięcie, mierzymy je dokładnym przyrządem, a następnie wpisujemy zmierzoną wartość w odpowiednie pole. Kalibrację przeprowadza się w dwóch punktach, na przykład przy 1 i 4.5 V.


Po tym zabiegu dokładność pomiaru (i ustawiania) napięcia była porównywalna z dokładnością mojego multimetru.


Sam tryb temperaturowy interesował mnie mniej niż bilans mocy między kanałami (jeśli można tak to ująć), czyli jak prawidłowo rozkłada się prąd między tranzystory obciążenia i ładowarki.
Test przeprowadziłem przy otwartej obudowie, co pogorszyło chłodzenie, dlatego uważam, że również pod względem temperatury był to dość miarodajny test.

Obiektem testu był akumulator, który można nie tylko rozładowywać prądem 30 A, ale też ładować takim prądem.


Uruchomiłem rozładowanie prądem obciążenia 30 A. Na początku moc wynosiła 86 W, a test trwał około 11 minut. Przypadkowo zatrzymałem go nieco wcześniej — akumulator w rzeczywistości oddaje więcej energii.


Już na pierwszych zdjęciach termowizyjnych było widać, że największe obciążenie przypada na trzeci tranzystor, a pierwszy jest najchłodniejszy. Możliwe jednak, że częściowo chłodził go wentylator, który pracował nawet przy otwartej obudowie.
Po 11 minutach testu najwyższą temperaturę miał również trzeci tranzystor — 65 stopni.


Czujnik temperatury zadziałał przy 50–52 stopniach. Pod koniec testu przewody miały zaledwie 34 stopnie, co wskazuje, że ich przekrój wynosi rzeczywiście 5 mm². Temperatura akumulatora wynosiła 66 stopni, co jest całkiem dobrym wynikiem przy takim trybie rozładowania.


Obawiałem się, że ze względu na dużą długość przewodów, liczne rezystancje pasożytnicze i styki obciążenie nie zapewni prądu 40 A przy napięciu 2 V. Moje obawy okazały się jednak nieuzasadnione — nawet z przewodami, uchwytem itp. urządzenie bez problemu pracuje przy prądzie 40 A i napięciu 2 V na ogniwie.


Drugim testem było ładowanie. Akumulator został wcześniej całkowicie rozładowany, a prąd ładowania ustawiony na 30 A.
1. Na początku moc dostarczana do akumulatora wynosiła 105 W.
2. Maksymalna moc wynosiła około 109–110 W, po czym ładowanie przeszło w fazę CV.
3. Po 10 minutach od rozpoczęcia ładowania prąd spadł do 25 A.
4. Po kolejnych 7 minutach ładowanie się zakończyło, a cały proces trwał około 17 minut.


Najbardziej nagrzewał się tu drugi tranzystor — jego maksymalna temperatura wyniosła prawie 60 stopni. Potem prąd ładowania zaczął spadać, ponieważ ładowanie przeszło w fazę CV. Temperatura malała, więc dalsze testowanie nie miało już sensu.


Szukając informacji o parametrach tego obciążenia, natrafiłem w internecie na sprzeczne dane: jedni podawali maksymalny prąd ładowania 30 A, inni 35 A, a sam producent określa prąd rozładowania.
Moje testy wykazały, że można ładować prądem do 40 A. Test był krótkotrwały, bo akumulator nie jest przystosowany do takiego prądu, ale wystarczył, żebym upewnił się co do tej wartości.
Trzeba jednak zaznaczyć, że napięcie końcowe ładowania zależy od prądu ładowania i długości przewodów. Myślę więc, że przy takim prądzie można ładować najwyżej do 4–4,2 V, a potem prąd ładowania zacznie spadać.


Obciążenie obsługuje to samo oprogramowanie co pozostałe urządzenia, więc nie ma sensu go opisywać. W zasadzie to ta sama EBC-A20, tylko z większym prądem i mniejszym zakresem napięcia wejściowego. Nie ma więc również trybu autotestu — dostępny jest tylko test ręczny i praca według programu.


Jak zwykle, wnioski dzielą się na dobre i złe.
Zacznę od zalet: urządzenie działa świetnie i spełnia deklarowane parametry, a do tego można je kalibrować. Na plus zasługuje też solidna obudowa, choć jej design jest nieco staromodny. W odróżnieniu od pozostałych urządzeń można je połączyć w grupę po dokupieniu odpowiedniego adaptera.

Nie obyło się też bez wad. Brak zabezpieczenia przed odwrotną polaryzacją, dlatego warto zamontować bezpiecznik w torze mocy. Brakuje również bezpiecznika w obwodzie zasilania przetwornicy podwyższającej. Nie ma też równoważenia prądów między kanałami, ale producent zastosował tu równoważenie pasywne, co nieco poprawia sytuację.
Pod względem konstrukcji wszystko wydaje się w porządku, ale obudowę można by spokojnie zmniejszyć półtora- lub dwukrotnie. Jest też bardzo długa — 350 mm bez złączy — dlatego nie zawsze wygodnie się z niej korzysta.
Złącza na przednim panelu są słabo zamocowane i trudno je dokręcić. Poza tym po około dwóch dniach zaciął mi się przycisk zasilania. Potem wrócił do normy, ale — jak to mówią — niesmak pozostał.

Jeśli chodzi o zakup, znalazłem na AliExpress to obciążenie za 134 USD + 20 za wysyłkę, co jest całkiem niezłą ofertą. Ten sam sprzedawca ma też wspomniane wyżej EBC-A10H i EBC-A20. Ceny wydają mi się wręcz podejrzanie niskie jak na AliExpress.


To już wszystko. Mam nadzieję, że było ciekawie, a ja już odkładam pieniądze na EBC-X :)