Ciekawa, ale trochę dziwna płytka zabezpieczająca akumulator

Podczas przygotowywania dwóch przyszłych recenzji musiałem złożyć pakiet akumulatorów. Ponieważ są to ogniwa litowe, zwykle potrzebują płytki zabezpieczającej. Początkowo kupiłem je z myślą o innych akumulatorach, ale przydały się również tutaj.

Jak zwykle przypominam: żeby być na bieżąco z nowymi wpisami na blogu, polecam obserwować mnie na Instagramie. Będę tam publikować powiadomienia o wszystkich nowych wpisach, a może też pisać po prostu o czymś ciekawym — link do konta

Płytki kupiłem w innym sklepie, ale teraz nie tylko nie ma ich tam w magazynie, lecz zniknęła nawet sama strona produktu. Dlatego zdjęcia pobrałem ze zrzutu zamówienia. Później znalazłem je u innych sprzedawców, w podobnej cenie — około 2 USD za sztukę.

A więc początkowo chciałem zrobić autonomiczne oświetlenie w kuchni, a dokładniej — zapewnić istniejącemu oświetleniu zasilanie awaryjne. Chyba nie muszę wyjaśniać, dlaczego. Oświetlenie składa się z dwóch metrowych taśm LED o mocy około 14 W każda, czyli pobiera prąd rzędu 1,2 A, łącznie 2,4 A. Chcę zasilać je z sześciu dobrze znanych wielu osobom ogniw 26650 LiFePO4 firmy A123.
Potrzebna jest więc płytka zabezpieczająca 6S, ale trafiałem głównie na jakieś potwory. A tu patrzę — małe, zgrabne płytki, a prąd mają z zapasem. Postanowiłem więc zrobić dwa pakiety 3S i połączyć je szeregowo. Żeby jednak rozwiązanie było bardziej uniwersalne, zamówiłem płytki 4S. Ponieważ zniżka obowiązywała przy zakupie od 3 sztuk, zamówiłem właśnie tyle.

Pierwsze, co rzuca się w oczy, to rozmiar. Nawet trzy razem są niewiele większe od pudełka zapałek, a każda z osobna jest naprawdę malutka.



W zestawie jest złącze z przewodami o długości około 15 cm.


Na stronie sprzedawcy najpewniej zobaczycie sześć wariantów płytek. Dzielą się na dwie grupy: do „zwykłych” akumulatorów litowo-jonowych oraz do LiFePO4. Każda grupa obejmuje trzy płytki: 3S, 4S i 5S. W rzeczywistości różnice sprowadzają się jednak do dwóch rzeczy:
1. Początkowego układu zworek
2. Liczby styków w złączu, a co za tym idzie — liczby przewodów.

Tak, same płytki w zasadzie niczym się nie różnią. Co więcej, nawet na płytce 3S znajdziemy 5 diod LED i 5 zestawów układu balansującego. Jeśli więc chcecie mieć uniwersalny wariant, wybierzcie płytkę 5S — zawsze można ją przerobić na dowolny wariant.


Płytka bazuje na układzie BM3451, znanym wielu osobom z „białej płytki 100 A”. W zasadzie to ta sama biała płytka, tylko w wersji „mini”. Główna różnica to prąd zadziałania zabezpieczenia, a co za tym idzie — liczba tranzystorów.
A, właśnie — zastosowano tu tranzystory AON7202 o parametrach: 30 V, 40 A, 5 mΩ. Z moich szacunków wynika, że 20 A to maksymalny prąd chwilowy, a długotrwale płytka powinna wytrzymać nie więcej niż 10 A, najlepiej 8 A. Tranzystory są dwa; jeden ukryto pod złączem. Znajduje się tam również bocznik 5 mΩ, co — jak się wydaje — odpowiada prądowi 20 A zgodnie z kartą katalogową kontrolera.


Z tyłu płytki znajduje się informacja o ustawieniu zworek, ale prościej obejrzeć zdjęcia na stronie produktu.


Mam trzy płytki, a do mojego projektu potrzebuję dwóch, więc jedna zostanie mi akurat do eksperymentów z innym UPS-em. Do tego jest to wariant 4S do LiFePO4. Gdybym specjalnie chciał, żeby tak się złożyło, pewnie by się nie udało.

Do tego pakietu użyłem ogniw w rozmiarze 32700, które niedawno recenzowałem. Musiałem jednak kupić na OLX parę podwójnych uchwytów — nie miałem ochoty czekać, aż dotrą z Chin.


Przed złożeniem pakietu postanowiłem z ciekawości sprawdzić stopień samorozładowania ogniw. Leżały akurat przez około dwa tygodnie po pełnym naładowaniu.
I co mogę powiedzieć? Moim zdaniem wyniki są świetne. Największa ilość energii potrzebna do ponownego naładowania wyniosła 88 mAh, a najmniejsza — 55 mAh.



Po tym teście ogniwa poleżały jeszcze kilka dni na stole. Sprawdziłem napięcie — wyniosło 13,76 V, co również jest świetnym wynikiem. W UPS-ie pracują przy napięciu 13,80 V, więc prąd potrzebny do kompensacji samorozładowania będzie znikomy.


Schemat podłączenia jest na stronie produktu, ale tutaj wszystko jest proste i zrozumiałe nawet bez niego.


Jedynym problemem było nie to, jak podłączyć płytkę, ale gdzie ją przykleić :)

Podczas podłączania zauważyłem, że w miarę podpinania przewodów balansujących zapalały się odpowiednie diody LED. Po podłączeniu ostatniego przewodu wszystkie jednak zgasły.


Na wyjściu początkowo było około 7 V, ale kiedy sprawdzałem je miernikiem, pojawiło się pełne napięcie. Przy okazji, to dość istotne: niektóre UPS-y do uruchomienia wymagają pełnego napięcia akumulatora.


Wyszła z tego taka konstrukcja. Oczywiście wygląda dość prowizorycznie, ale na razie musi wystarczyć.


Podłączamy pakiet do doładowania i pojawia się pierwszy problem. W testerze akumulatorów wybrany był tryb 4S LiFePO4, odpowiadający napięciu 14,6 V. Prąd był niewielki, ale pakiet niemal od razu zadziałało zabezpieczenie przed przeładowaniem.


Dziwne... pomyślałem i postanowiłem najpierw sprawdzić rozładowanie. Ustawiłem rozładowanie do 2 V na ogniwo, ale płytka odłączyła się przy 2,5 V. To niezbyt dobre rozwiązanie w przypadku takich akumulatorów, bo odłączenie powinien zawsze inicjować sam UPS, a płytka powinna zadziałać dopiero wtedy, gdy sytuacja jest już naprawdę krytyczna.


Temperatura tranzystorów dosłownie po minucie wzrosła do 70°C. Po kolejnych pół godzinie nadal wynosiła 70°C, a po następnych 15 minutach, pod koniec rozładowania, około 74°C. Moim zdaniem wszystko jest w porządku: prąd rozładowania wynosił 8 A, a maksymalnie, jak sądzę, będzie to właśnie 10 A. Zresztą o tym pisałem wyżej.


Co dziwne, akumulatory również były wyraźnie ciepłe, choć są przystosowane do prądu do 30 A.


A teraz sprawdźmy, jak wygląda ładowanie.
Na początek pakiet został całkowicie naładowany, a pod koniec ładowania odłączyła się płytka zabezpieczająca. Prąd ładowania wynosił 0,5C, co jest zupełnie normalne.


Potem, żeby przyspieszyć eksperyment, trochę go rozładowywałem, a następnie ładowałem.
Tym razem ustawiłem prąd ładowania na około 1 A, a napięcie końcowe na 14,40 V, czyli 3,60 V na ogniwo. Wcześniej było to 3,65 V. Płytka zabezpieczająca znów się odłączyła, ale zdążyłem zmierzyć napięcie odłączenia: 14,303 V!


I tak, gdy próbowałem ustawić napięcie końcowe na 14,2 V, płytka pozwoliła dokończyć ładowanie.
Szczerze mówiąc, to jakiś absurd. Napięcie końcowe ładowania LiFePO4 wynosi zwykle 3,65 V, czasem 3,60 V, ale na pewno nie mniej. Co więcej, przez cały czas testów ani razu nie mignęła nawet żadna dioda balansera, więc o balansowaniu można zapomnieć.
Jasne, podczas pracy z UPS-em balansowanie i tak by nie działało, ale nie każdy będzie używać tej płytki z UPS-em, a same UPS-y też bywają różne.


Wiedziałem, że ten układ scalony występuje w wielu wersjach, różniących się progami zabezpieczeń oraz obecnością lub brakiem funkcji balansera, więc przyszło mi do głowy, że po prostu zamontowano niewłaściwy układ.
Po otwarciu noty katalogowej okazało się, że „zamontowanie niewłaściwego układu” jest w zasadzie niemożliwe. Po pierwsze, układ i tak jest przystosowany do minimalnego napięcia 3,65 V, a po drugie, jest tylko jeden taki układ — nie ma nawet innych wersji na te same 3,65 V.
Są za to dwie wersje układu obsługujące zakres 2,0–3,85 V, co byłoby bardziej logiczne w przypadku tej płytki.


Wychodzi więc na to, że płytka niby działa, ale progi zabezpieczenia przed nadmiernym rozładowaniem i przeładowaniem są jakieś... dziwne.
Próg zabezpieczenia przed przeładowaniem uniemożliwia prawidłowe ładowanie cykliczne i nie pozwala uruchomić balansera.
Próg zabezpieczenia przed nadmiernym rozładowaniem nie będzie dobrze współpracować z UPS-em, bo 10 V może być dolnym progiem zadziałania zabezpieczenia samego UPS-a.
Przy okazji, balanser powinien uruchamiać się przy 3,405 V, czyli przy około 13,62 V dla całego pakietu, ale nie startuje nawet przy 14,3 V. I właśnie taki tryb pracy balansera sprawdziłby się w UPS-ie, w którym akumulator jest ładowany do 13,80 V.

Cóż, płytka zasadniczo działa — no, prawie i nie w pełni — ale działa jakoś dziwnie. Z drugiej strony główny problem polega na tym, że balanser w ogóle nie może się włączyć. Progi są już kwestią indywidualną i można z tym żyć, choć nadal jest to dziwne.

Same płytki przypadły mi jednak do gustu, przede wszystkim ze względu na niewielkie rozmiary. Dobrze sprawdzą się w kompaktowych pakietach, które nie są przeznaczone do dużych prądów rozładowania. Dziwne działanie dotyczy najpewniej właśnie płytek do LiFePO4, a „zwykłe” wersje powinny działać prawidłowo.

Na dziś to już wszystko. Mam nadzieję, że było przydatne.