Płytka zabezpieczająca do pakietów akumulatorów 3S

Do jednego ze swoich projektów kupiłem niewielką płytkę zabezpieczającą. Jej parametry są skromne: 3S, prąd do 10 A, ale tak naprawdę potrzebowałem jeszcze mniej, dlatego dzisiaj będzie nie tylko recenzja płytki, lecz także niewielka przeróbka.


Właściwie płytki kupiłem dla kolegi, bo są sprzedawane w zestawach po 5 sztuk. Jedną po prostu odkupiłem dla siebie — wyszło trochę taniej niż kupowanie pojedynczej sztuki. Potrzebowałem jej do zbudowania akumulatora z trzech ogniw 18650.



Na stronie sprzedawcy są jakieś dane techniczne przetłumaczone przez Google, ale w zasadzie da się je zrozumieć.
Chociaż oczywiście podany zakres parametrów jest tak szeroki, że pewnie pasowałby do połowy płytek z AliExpress :)


Całość jest zmontowana dość kompaktowo i starannie. Za część mocy odpowiadają dwa tranzystory MOSFET, a za ich sterowanie — garść elementów dyskretnych. Nie ma tu układu balansującego.


Od spodu płytka jest pusta. Znajdują się tam tylko oznaczenia podłączenia akumulatorów i wyjścia płytki.


Nie ma większego sensu mierzyć wymiarów, bo płytka jest przeznaczona do montażu na końcu pakietu złożonego z trzech ogniw 18xx0. Można je więc ocenić nawet na podstawie tego zdjęcia.


Na stronie produktu znajduje się schemat podłączenia, ale wydawało mi się, że wszystko opisano tak prosto, że można się bez niego obejść.


Postanowiłem jednak zrobić to trochę inaczej, więc wziąłem uchwyt na trzy akumulatory. Łatwiej mi go zamocować, a poza tym już go miałem. Co więcej, patrząc na ostatnie zdjęcie, widać, że z nim również przewody można poprowadzić bardzo schludnie.


Jedyna rzecz jest taka, że znając „bolączki” takich uchwytów, wszystkie przewody zasilające przylutowałem bezpośrednio do zacisków, a nie do specjalnie przeznaczonych do tego styków.


Płytka nie wymagała podania zasilania, żeby się uruchomić. Przy okazji, zachowywała się różnie: po zadziałaniu zabezpieczeń wyłączała się, a po pewnym czasie znów się włączała. Wydawało mi się jednak, że nie zawsze działało to stabilnie i kilka razy trzeba było ją „popchnąć”, podłączając ładowarkę, ale nie śledziłem, w jakich sytuacjach się to zdarzało.


Aby określić progi zadziałania zabezpieczenia przed nadmiernym rozładowaniem i przeładowaniem, podłączyłem pakiet akumulatorów do obciążenia elektronicznego.


Okazało się, że jeden z akumulatorów w pakiecie był naładowany bardziej niż pozostałe, dlatego podczas pierwszego ładowania zadziałało zabezpieczenie przed przeładowaniem.


Następnie rozładowałem pakiet aż do zadziałania zabezpieczenia, „popchnąłem” płytkę, żeby znów się włączyła, i kontynuowałem rozładowywanie, kontrolując napięcie ogniwa o najniższym napięciu.
Przy okazji nieco wyrównałem napięcia w pakiecie, rozładowując wszystkie ogniwa do tego samego poziomu. Kolejne uruchomienie ładowarki miało dość dziwny przebieg: napięcie i prąd nie ustabilizowały się od razu. Zaobserwowałem to kilka razy przy wymuszonym uruchamianiu płytki (kiedy nie chciało mi się czekać na automatyczny start).


Ostatecznie uzyskałem następujące wyniki:
Odcięcie przy przeładowaniu: 4,3 V
Przy nadmiernym rozładowaniu i prądzie obciążenia 1 A: 2,53 V

Ogólnie moim zdaniem jest w porządku, można bezpiecznie używać.


Test z prądem obciążenia do 10 A wykazał, że to za mało, by zadziałało zabezpieczenie przeciążeniowe.


Przed podłączeniem pakietu do mocniejszego obciążenia zmierzyłem spadek napięcia na płytce. Łącznie wyniósł około 240 mV przy prądzie 10 A, co daje rezystancję 24 mΩ — całkiem niezły wynik.


Płytka może przez dłuższy czas przewodzić prąd 10 A, ale temperatura tranzystorów jest już niemal na granicy. Po 10 minutach rozładowywania wynosiła około 115°C.


Następnie pakiet został całkowicie naładowany. Tym razem prąd ładowania odłączyło już samo obciążenie, ponieważ nieco wyrównałem napięcia akumulatorów.


Ponieważ jednak płytka nie ma układu balansującego, napięcie jednego z akumulatorów było nieco wyższe. Nie osiągnęło wprawdzie progu odcięcia, ale pojemność takiego pakietu będzie trochę mniejsza, dlatego zalecam balansowanie akumulatorów przez pełne naładowanie.
Napięcie całego pakietu, a także napięcia poszczególnych akumulatorów, licząc od dołu schematu.


Test z innym obciążeniem wykazał, że płytka wyłącza się przy prądzie około 13,5 A, co mniej więcej odpowiada wartości podanej na stronie produktu.


Jak jednak pisałem na samym początku, musiałem nieco przerobić tę płytkę. W urządzeniu, do którego trafi ten pakiet, duży prąd jest nie tylko niepotrzebny, ale wręcz szkodliwy. Mówiąc dokładniej, pakiet o tak dużym prądzie maksymalnym mógłby teoretycznie w razie przeciążenia uszkodzić słabe akumulatory, które miały być w nim użyte. Samo urządzenie pobiera zresztą około 0,5 A.

Ostatecznie postanowiłem po prostu wymienić bocznik. Oryginalny miał 10 mΩ, a prąd zadziałania wynosił 13,5 A. Zdecydowałem się na 40 mΩ, żeby zmniejszyć prąd czterokrotnie.


Obliczony prąd zadziałania to 13,5/4 = 3,37 A. Test z obciążeniem wykazał nieco więcej — 3,7 A, co również mi odpowiadało. Można było zastosować bocznik 50–60 mΩ, ale nie miałem takiego pod ręką, a nie chciało mi się kombinować z dwoma.


Trafiłem na podobną płytkę, która również jest niedroga i ma takie same parametry, ale jest już wyposażona w kontroler — link


To właściwie wszystko. Jedyny minus jest taki, że płytka nie ma układu balansującego. Poza tym zdecydowanie ją polecam: jest niedroga, działa świetnie, a jej kształt i rozmieszczenie styków ułatwiają budowę pakietów.

To już wszystko. Mam nadzieję, że było przydatne.