Mała płytka zabezpieczająca do pakietu z 2 akumulatorów litowych

Muszę od razu zaznaczyć, że nie będzie żadnego konkretnego zastosowania, bo kupiłem je po prostu jako dodatek do zamówienia, żeby zadziałał kupon rabatowy, a także na wszelki wypadek — może się przydadzą. Na końcu pokażę jednak jeden ze sposobów, w jaki można je wykorzystać.

Zamówiłem je dość dawno temu, sprzedawca już ich nie ma w ofercie. Kosztowały około 85 centów za sztukę. Znalazłem najbliższą podobną ofertę i do niej prowadzi link.

Płytki są zapakowane w schludne woreczki, mają numer katalogowy, a poza tym podejrzewam, że „korzenie” prowadzą do sklepu Banggood.



Z wyglądu są bardzo schludne, wszystkie styki są opisane.



Płytka jest dość kompaktowa, nawet jeśli wziąć pod uwagę, że jej część jest po prostu pusta.
Długość 35 mm, szerokość 6,2 mm.



Na górze znajduje się kontroler, jego „elementy zewnętrzne”, a także zespół tranzystorów.
Od spodu oznaczenie: ZYT240 2S 3565.



Nie znalazłem niczego po tym oznaczeniu, udało mi się znaleźć informacje tylko po numerze katalogowym. Początkowo znalazłem więcej parametrów, ale nie mogłem już ponownie trafić na stronę, na której je znalazłem.
napięcie: 7,2 V/8,6 V
prąd roboczy: 3 A (4–8 A w szczycie)
kolor: zielony
masa: 2 g
wymiary: 35 x 6 mm

Nie będę ważyć płytki, kolor i tak widać, wymiary podałem wyżej, więc sprawdzimy całą resztę :)

Ale najpierw kilka słów o samej płytce.
Jak pisałem wyżej, na płytce zamontowano kontroler i tranzystor polowy.
1. Kontroler jest prawdopodobnie odpowiednikiem S-8252, link do karty katalogowej.
2. Zespół dwóch tranzystorów polowych z kanałem N. Deklarowany maksymalny prąd ciągły przy temperaturze 70 stopni wynosi 5 A, link do karty katalogowej.



Schemat podłączenia kontrolera wygląda niemal tak samo jak w jego jednokanałowej wersji, dodano tylko jeszcze jedno wyprowadzenie — do kontroli drugiego akumulatora. Przy okazji, w wersjach jednokanałowych czasami występują warianty z termistorem do kontroli przegrzania. Tutaj takiego wariantu nie ma, bo wszystkie wyprowadzenia układu scalonego są wykorzystane.



Krótkie omówienie funkcji elementów zamontowanych na płytce.
1. Zespół tranzystorów polowych. Służy do podłączania i odłączania obciążenia lub ładowarki od akumulatora.
2. Rezystor ochronny. Chroni kontroler przed uszkodzeniem podczas ładowania. Na płytce nie ma bocznika pomiarowego; do pomiaru prądu wykorzystuje się spadek napięcia na zespole tranzystorów.
3. Kontroler mierzy napięcie na akumulatorach i steruje tranzystorami polowymi.
4,5. Obwody ochronne torów pomiarowych górnego i dolnego akumulatora w pakiecie. Kondensator chroni przed skokami napięcia.

Obok rezystora R3 widać miejsce na kondensator C3. Jeśli zamontować tam kondensator o niewielkiej pojemności (dobranej eksperymentalnie), układ scalony będzie w mniejszym stopniu „widzieć” skoki prądu obciążenia. Czasami przydaje się to w przypadku obciążeń o niewielkim prądzie statycznym i dużym prądzie dynamicznym.



Drobna, ale ciekawa obserwacja: długość płytki jest równa szerokości pakietu z dwóch akumulatorów w rozmiarze 18xxx.

Płytkę podłączyłem w następujący sposób (na wszelki wypadek).
Najpierw przygotowujemy krótkie przewody o przekroju 0,5–0,75 mm² i lutujemy je do pól na płytce. To pewniejsze niż najpierw lutować przewody do akumulatorów, a potem do płytki — mniejsze jest ryzyko przypadkowego zwarcia wyprowadzeń akumulatora.
Lutujemy skrajne wyprowadzenia pakietu.
Lutujemy środkowe wyprowadzenie. Tutaj przekrój przewodu nie ma znaczenia, bo nie płynie nim duży prąd.



Alternatywny sposób montażu płytki. W tym wariancie można wszystko schludnie podłączyć, a następnie zaizolować koszulką termokurczliwą. Powstanie całkiem wygodny akumulator.



Czasami po podłączeniu akumulatorów do płytki uruchamia się ona w trybie blokady, czyli na wyjściu nie ma napięcia. To normalne — wystarczy podłączyć pakiet do ładowarki, a napięcie się pojawi.
W moim przypadku płytka uruchomiła się sama.



Przechodzimy do testów.
Podłączam akumulator do testera akumulatorów — w tym przypadku pełni on rolę testera płytki :)



Następnie uruchomiłem program stopniowego zwiększania prądu od 0.2 A do 5 A. Przy prądzie 3.6 A zabezpieczenie odłączyło obciążenie.



Potem przeszedłem do testowania dolnego progu odłączenia. Najpierw jednak sprawdziłem, jakie są spadki napięcia na płytce przy różnych prądach.
1. 0.75 A
2. 1.5 A
3. 2.25 A
4. 3 A.
5. 3 A, po pół minuty napięcie nieco wzrosło.
6. 3 A, po około 3-4 minutach wzrost napięcia ustał.

Wzrost napięcia pod wpływem nagrzewania to normalne zjawisko. Co najmniej miedź, z której wykonane są ścieżki płytki drukowanej, ma dodatni współczynnik temperaturowy, czyli jej rezystancja rośnie wraz z temperaturą.



Po pewnym czasie zmierzyłem temperaturę płytki przy prądzie 3 A. Najgorętszym elementem był zespół tranzystorów — prawie 70 stopni. To niezbyt dużo, ale po umieszczeniu płytki w pakiecie akumulatorów chłodzenie się pogorszy, a temperatura wzrośnie, dlatego nie polecałbym długotrwałego używania płytki w tej konfiguracji przy dużych prądach.


Łączne napięcie pakietu w chwili odłączenia wyniosło około 5.35 V.



Ponieważ jednak płytka monitoruje napięcie poszczególnych akumulatorów, najpierw znalazłem ten o niższym napięciu, a potem mierzyłem napięcie właśnie na nim.
Płytka odłączyła obciążenie, gdy napięcie spadło poniżej 2.41 V. W tym czasie napięcie na drugim akumulatorze było wyraźnie wyższe.
To właśnie ważna funkcja zabezpieczenia: płytka monitoruje każdy akumulator osobno.



Potem powtórzyłem test, tym razem podczas ładowania.
Odłączenie nastąpiło przy napięciu pakietu wynoszącym około 7.49 V.



W rzeczywistości odłączenie nastąpiło z powodu „rozjechania się” napięć w pakiecie, bo użyte akumulatory mają wyraźnie różną pojemność (tak po prostu wyszło).
Właśnie dlatego nie polecam łączenia szeregowo akumulatorów o różnej pojemności, choćby nie wiem, jak bardzo kusiło. Zwykle robi się tak, gdy chce się wykorzystać stare akumulatory z laptopów.
Tak naprawdę odłączenie nastąpiło z powodu przekroczenia napięcia na jednym z akumulatorów.
Napięcie, przy którym zadziałało zabezpieczenie, wyniosło 4.28 V — dość dużo, lepiej byłoby, gdyby było to 4.25 V, ale być może wpłynęło na to dość szybkie narastanie napięcia.



Po awaryjnym odłączeniu ponownie uruchomiłem ładowanie. Płytka prawidłowo odłączyła pakiet, a napięcie na wejściu wynosiło wtedy około 12 V.



Jeśli nieco „zbalansować” pakiet, ładowanie przebiega prawidłowo: napięcie pakietu wynosi 8.4 V, a ładowanie jest kontynuowane.



W internecie dość powszechnie pokutuje błędne przekonanie, że opisana wyżej płytka (i podobne) odpowiada za ładowanie akumulatora.
Prawie wszystkie takie i podobne płytki odpowiadają tylko za trzy rzeczy:
1. Kontrolę nadmiernego rozładowania pakietu
2. Kontrolę przeładowania pakietu
3. Zabezpieczenie przed przekroczeniem prądu obciążenia.
Czasami płytka może też monitorować temperaturę akumulatora.

I tyle! Płytka nie potrafi ładować akumulatorów. Dotyczy to również większych płytek montowanych w elektronarzędziach i zabawkach zdalnie sterowanych. Płytki z wbudowaną ładowarką istnieją, ale są tak rzadkie, że można powiedzieć — nie ma ich.
Nie można też wykorzystywać awaryjnego odłączenia przy nadmiernym rozładowaniu jako funkcji ładowania — to zabezpieczenie awaryjne!

Jak obiecałem na samym początku, pokażę, do czego można wykorzystać taką płytkę.
Na przykład kilka lat temu przerabiałem akumulatory do radiotelefonów, wymieniając akumulatory niklowe na litowe. Wtedy używałem akumulatorów z zabezpieczeniem, więc przy tej płytce zabezpieczenie nie jest potrzebne.



Przy okazji, wtedy zrobiłem też aktywny balanser i ładowarkę na jednej płytce.



To chyba wszystko. Mogę powiedzieć, że płytka jest całkiem udana i w pełni sprawna, a za niewielkie pieniądze może uratować wasz pakiet akumulatorów :)