Універсальний тримач акумуляторів із чотирипровідним підключенням

Не скажу, що часто працюю з акумуляторами, але все ж іноді доводиться перевіряти їх на "профпридатність". А оскільки йдеться переважно про високострумові акумулятори, настав час придбати для них нормальний тримач.
Огляд, опис, відмінності різних принципів підключення та висновки, як завжди, під катом.


Цей тримач (не знаю, як правильно назвати) замовляв у магазині відомого моддера 100MHz разом із блоками живлення на 48 Вольт. Доставка до посередника коштує 1.88 долара, але її вартість розподілилася на два товари, а сам тримач коштує $21.56.

Заявлений струм цього тримача — 20 Ампер, хоча на деяких сайтах я зустрічав його ж, але нібито на 40 і навіть 60 Ампер. У цьому випадку я все ж схильний вірити тому, хто його розробив і виробляє.

Спочатку його загорнули у велику кількість пухирчастої плівки, але посилку я отримав досить давно, тож вона вже десь загубилася. Зрештою залишився тільки пакет від посередника.


Комплект постачання — це набір для самостійного складання.


У продавця є ще два тримачі:
1. BF-3S, доступний у двох варіантах — на струм 5 або 10 Ампер — посилання
І BF-1, який випускається на струм 5, 10 і навіть 30 Ампер — посилання.


Габарити й вага приємно тішать: довжина 135мм, вага самого тримача — лише 156 грамів. Явно не пластмасова іграшка.


Оскільки продається кілька варіантів тримача, що відрізняються типом контактів, їх постачають окремо.


Діаметр плюсової клеми — 8мм. Конструктивно вона складається з двох контактів: нерухомого силового та додаткового, підпружиненого. Внутрішній контакт повністю ізольований від силового, і з'єднуються вони вже через клему самого акумулятора. На обох контактах зроблено насічки, хоча правильніше сказати — фрезерування, адже висота насічок близько 0.5мм.


Мінусовий контакт конструктивно також має ізольований центральний контакт, але його діаметр більший — 14мм, до того ж конструкція трохи інша.


Річ у тім, що тут підпружинений не лише центральний контакт, а й уся контактна група цілком. Єдине, що мені не сподобалося, — досить м'який пластик, у якому все це встановлено.


Загалом випускається кілька версій тримача. Для початку є пара акрилових, але вони мене не цікавили.
Крім того, усі вони бувають розраховані на різний струм, що визначається типом контактної групи.
1. 10 Ампер
2. 20 Ампер
3. 30 Ампер
4. У версій на 20 і 30 Ампер відрізняється лише плюсовий контакт, мінусовий однаковий.

Звичне запитання: а такий є на AliExpress? Є, найдешевший із тих, що я бачив, коштує 43 долари.

Звісно, спочатку я хотів купити варіант на 30 Ампер, але щодо нього є застереження: не використовувати з акумуляторами діаметром до 18мм включно, у яких плоска плюсова клема, бо її можна замкнути на корпус акумулятора. Версія на 30 Ампер підходить для акумуляторів типу 26650 і, можливо, 21700, але тут я не впевнений.


Також був подовжений варіант, придатний для акумуляторів типу 32800 і 32900, але я такими не користуюся й не бачу сенсу в тримачі для них.


Так зване "шасі", спільне майже для всіх варіантів (крім подовженого).


Є номер моделі — BF-2A, а також логотип виробника й розмірна шкала. Тримач розрахований на роботу з акумуляторами завдовжки до 70 мм.


Знизу є додатковий паз, у який вкручено три гвинти з плоскою головкою. Призначення паза — ховати дроти з одного боку тримача; гвинтами ці дроти притискаються, щоб не випадали.


На мій погляд, рішення доволі продумане. За задумом усе має працювати так, як показано на рисунку.


Ба більше, передбачено навіть виріз під клему під’єднання силового дроту — на фото це нижня, червона.


Зверху — зубчаста частина, яка фіксує рухому частину тримача. Гвинт, який видно в пазу, потрібен лише для того, щоб рухома частина не випадала.


Щоб зсунути рухому частину, її треба підняти, а після встановлення в потрібне положення — опустити. Конструкція гранично проста, а з огляду на те, що майже всі вузли виконані з металу, є надія, що служитиме довго.


Звісно, обидва контакти ізольовані від шасі. Плюсовий контакт ізольований парою пластмасових шайб, схожих на ті, якими притискають потужні транзистори до радіатора, тільки значно більшого діаметра. Мінусовий контакт має окремий ізолятор, який також виконує роль фіксатора, оскільки має різьбу. На мій погляд, цей вузол — найменш надійний у всій конструкції, але формально під час роботи він не зазнає навантажень, здатних його пошкодити.


На сторінці магазину є складальне креслення, на якому показано всі елементи й те, як їх треба збирати, хоча, на мій погляд, усе настільки інтуїтивно зрозуміло, що ще треба постаратися, аби зібрати неправильно :)


Крім того, усередині рухомої частини є додатковий фіксатор у вигляді підпружиненої кульки, яка фіксує рухому частину у двох положеннях — верхньому й нижньому — завдяки двом пазам в основній частині. Пазів не видно, а насправді їх три: два для штифта, один для кульки (ліворуч).


У зібраному вигляді конструкція чимось нагадує невеликий токарний верстат :)
Мінімальний розмір акумулятора, який можна встановити, — 10 мм. При цьому в "розслабленому" стані контакти майже сходяться. Насправді їх можна зсунути ще щільніше, просто це незручно.
Максимальна відстань між контактами становить 68 мм без відтискання рухомого контакту і 75 мм із відтисканням. Тобто насправді можна без проблем використовувати акумулятори завдовжки до 75 мм, і ще близько 3 мм залишиться для його встановлення.


Процес встановлення акумулятора:
1. підняти рухому частину
2. зсунути до потрібної довжини; початок правої фаски приблизно відповідає довжині акумулятора за шкалою на корпусі.
3. опустити рухому частину
4. далі треба притиснути мінусовим контактом акумулятора мінусовий контакт тримача й вставити акумулятор.

Після другої-третьої спроби стає зрозуміло, як встановлювати акумулятор і підбирати силу притискання.


Ну і, власне, встановлений акумулятор — у цьому випадку мій "піддослідний" VTC4.


Розмір плюсового контакту точно відповідає розміру плюсового контакту акумулятора. Власне, тепер, думаю, стає зрозуміло, що якби його діаметр становив 14 мм, як у версії на 30 Ампер, він накрив би майже весь акумулятор і, відповідно, міг би його закоротити.
Діаметр мінусового контакту підібрано так, що він якраз не заходить на термоусадку акумуляторів 18650. Але є нюанс: якщо акумулятор має менший діаметр — навіть, мабуть, 17650, не кажучи вже про 16340 і подібні, — термоусадку доведеться підрізати.


Для тесту я виміряв опір контактів, але оскільки безпосередньо виміряти його складно, то зробив це непрямим способом.
1. Спочатку виміряв опір акумулятора — він становив 13.88 мОм
2. Потім виміряв загальний опір з урахуванням усієї конструкції, тобто металевих гайок тощо. Вийшло 16.53 мОм.
3. Цей і наступний тести проводилися з максимальним притисканням акумулятора; край рухомої частини стоїть приблизно на позначці 65 мм.
4. Опір між точками, найближчими до клем акумулятора (без урахування гайок тощо), становив 15.37 мОм
5. Після цього зсунув механізм праворуч на два поділки — це крайнє положення, у якому акумулятор ще нормально утримується.
6. У такому варіанті отримав 16.85 мОм.

Отже, маємо:
Повний опір тримача за максимального притискання: 16.53-13.88=2.65 мОм
Опір контакту акумулятор-клема за максимального притискання: 15.37-13.88=1.49 мОм, або по 0.75 мОм на контакт.
Опір контакту акумулятор-клема за послабленого притискання: 16.85-13.88=2.97 мОм, або по 1.5 мОм на контакт.

Між варіантами з максимальним і мінімальним тестовим притисканням було ще одне положення. Його опір можна вважати середнім між двома тестовими, але я б використовував варіант із максимальною силою притискання.
Річ у тім, що навіть за опору контакту 1.5 мОм і струму 20 Ампер на контакті розсіюватиметься 0.6 Ватта — це чимало. За повного притискання втрати вдвічі менші, близько 0.3 Ватта. Ці втрати не впливатимуть на результати вимірювань, але нагріватимуть і акумулятор, і самі клеми, а це, на мій погляд, зовсім ні до чого.


Тепер невелике пояснення, що таке чотирипровідне підключення і яким воно буває.

Найпростіший варіант підключення — двопровідний. Його використовують у переважній більшості пристроїв, найчастіше в блоках живлення та простих зарядних пристроях. І він цілком успішно працює, якщо вам не потрібно розряджати тестований акумулятор або вимірювати віддану йому ємність. Недолік у тому, що через падіння напруги на ділянці А-В (для прикладу я показую лише один полюс, із другим усе так само) напруга, яку вимірює блок живлення або навантаження, відрізнятиметься від реальної.
Під час заряджання це майже не критично, адже заряджання завершується за малого струму. Але якщо ви хочете виміряти ємність у Вт·год, то отримаєте результат, більший за реальний: до ємності акумулятора додадуться втрати в проводах.
Під час розряджання ви отримаєте меншу ємність і в А·год, і у Вт·год: у першому випадку розряд просто припиниться раніше через падіння напруги на проводі, а в другому — через втрати на нагрівання цих проводів. Наприклад, припустімо, ми розряджаємо акумулятор до напруги 2.8 Вольта, а на проводах падає 0.1 Вольта. Отже, якщо не врахувати падіння, розряд насправді припиниться за напруги акумулятора 2.9 Вольта. З ємністю у Вт·год усе ще гірше: наприклад, ємність 10 Вт·год, струм 10 Ампер, за падіння 0.1 Вольта на проводах розсіюється 10х0.1=1 Ватт, а отже, замість 10 Ватт ми нарахуємо лише 9.
Вихід — використовувати проводи завтовшки з палець, щоб мінімізувати втрати.

Набагато досконаліший варіант — чотирипровідне підключення. У цьому разі падіння напруги на ділянці А-В не має жодного значення, адже для вимірювання напруги на ділянці В-С великий струм не потрібен, а похибка мінімальна.
Такі рішення застосовують і в просунутих блоках живлення, і в електронних навантаженнях та вимірювальних приладах. Падіння напруги на силових проводах уже не критичне. Особливо зручна така схемотехніка для потужних, а точніше — високострумових блоків живлення з низькою напругою.


Перший варіант застосовано в моїх блоках живлення та в потужному електронному навантаженні, хоча, справедливості заради, навантаження я просто полінувався переробити: спочатку воно без проблем переводиться в трипровідний режим, а після невеликого доопрацювання — і в чотирипровідний.
Другий варіант виробник від початку реалізував у моєму другому електронному навантаженні.



Але, як я писав вище, таке рішення застосовують і в блоках живлення, наприклад у лінійному блоці живлення із вихідним струмом до 20 Ампер, де проводи зазвичай довші, ніж в електронному навантаженні, а струм великий.


Окремо згадаю про трипровідне підключення, але лише як доповнення. Його характеристики гірші, ніж у чотирипровідного, проте за великого перерізу провідника заземлення воно теж може стати в пригоді. Найчастіше таке рішення можна зустріти у звичайному комп’ютерному блоці живлення ATX, де до одного з проводів 3.3 Вольта (помаранчевого) підключено додатковий провід зворотного зв’язку.
До речі, у такий спосіб можна легко підвищити точність стабілізації напруги майже в будь-якому блоці живлення, вивівши назовні провід зворотного зв’язку. Але треба бути уважним: у разі його обриву на виході з’явиться все, на що здатен блок живлення. Проблему можна розв’язати, встановивши додатковий резистор між виходом БЖ і входом зворотного зв’язку в блоці живлення.


Але насправді, хоч показане вище чотирипровідне підключення й забезпечує високу точність роботи та вимірювань, воно теж не ідеальне.
Річ у тім, що в разі роз’ємного підключення вимірюваного компонента, наприклад того самого акумулятора, є таке поняття, як опір контакту з’єднувача (тримача, затискачів-крокодилів, щупів тощо). Спрощено його можна представити як два опори — на плюсі й мінусі, як показано на схемі 3. Вище я якраз вимірював ці опори в огляданого тримача й отримав 0.75-1.5 мОм.
Вплив на результат тут, звісно, набагато менший, ніж у двопровідній схемі, але за струмів близько 20 Ампер і вище його теж слід враховувати. Наприклад, за опору лише 1мОм на контакт і струму 20 Ампер втрачається 0.02 Вольта, або 0.04 на обох контактах. за струму 40 Ампер це буде вже 0.04 і 0.08 відповідно. У Вт·год результат також буде помітним: у першому випадку отримаємо на 0.8 Ватта менше, а в другому — на 3.2 (за струму 40 Ампер).

Щоб компенсувати й цю похибку, застосовують так зване повне чотирипровідне підключення, за якого силові (А-В) та вимірювальні (С-D) контакти з’єднані вже через клеми самого компонента, і навіть падіння напруги на силових контактах не має значення — хіба що, мабуть, нагрівання.
Таке підключення майже ніколи не використовують у блоках живлення, оскільки обрив кола зворотного зв’язку найчастіше призводить до появи повної напруги на силових проводах. Виняток — якщо виробник блока живлення передбачив це, як, наприклад, у показаному вище потужному лінійному БЖ.


Такий метод частіше використовують саме у вимірювальних пристроях, наприклад у вимірювачах малих опорів, але ніщо не заважає застосовувати його й у тестах із вимірювання ємності акумуляторів.
У мене є щонайменше два прилади, побудовані за такою схемотехнікою: міліомметр і LCR-метр.


Ну і який же огляд без тестів. Звісно, тут усе це зібрано радше для демонстрації, ніж для практичного застосування, оскільки навантаження підключене двопровідним способом, але ключову особливість я все-таки покажу.
На фото підключено два мультиметри: лівий — до вимірювальних клем, правий — до входу навантаження, тобто з урахуванням клем і проводів, але без урахування втрат на клемах самого навантаження.


1. Спочатку — напруга на акумуляторі та на вході навантаження. Різниця є лише через похибку самих приладів.
2. Виставляємо струм навантаження 20 Ампер — максимальний, заявлений для цього тримача.
3. Я спеціально вибрав момент, коли різниця добре помітна. У своїх тестах я роблю проміжні зупинки за напруги 2.5, 2.8 і 3.0 Вольта. Тут видно, що на акумуляторі близько 3 Вольт, але на навантаження надходить уже лише 2.8, тобто фактично наступний етап тесту.
4. Ну а щоб тест не минув даремно, заодно виміряв ємність старенького акумулятора VTC4 за струму 20 Ампер.

Падіння напруги на доволі товстих проводах на 0.2 Вольта більш ніж наочне. За струму 20 Ампер виходить близько 4 Ватт, а оскільки тест тривав приблизно 6 хвилин, можна вважати, що підсумковий результат у Вт·год був би нижчим на 0.4 Вт·год. Звісно, це не так багато, але все залежить від перерізу провідників і стану контактів; за повного чотирипровідного з’єднання це не має значення.


Температура акумулятора приблизно через 3 хвилини (витрачено 1 А·год) і наприкінці тесту.


Порівняння зі звичайним акриловим тримачем.


Ну а на мене чекає продовження тестів — нова партія акумуляторів з AliExpress: чотири штуки VTC6 і понад десяток захищених Liitokala, тож, думаю, робота для тримача знайдеться.



У висновках я здебільшого хвалитиму цей тримач, адже конструкція міцна, зручна і, головне, правильна.
Але є й за що посварити: як я вже писав, на мій особистий погляд, пластик мінусової клеми трохи кволий, але, оскільки вона не зазнає великих навантажень, це цілком терпимо. Друга проблема — складність роботи з акумуляторами діаметром менш як 18 мм: найімовірніше, доведеться зрізати термоусадку біля мінусової клеми.

На жаль, цей варіант тримача розрахований лише на 20 Ампер, хоча моє навантаження вже без проблем може працювати зі струмами до 30, але в цьому випадку струм навантаження обмежений конструкцією самих клем тримача. Є варіант на 30 Ампер, але через великий діаметр плюсової клеми він мені категорично не підходить. На мій особистий погляд, виробник міг би комплектувати тримач двома типами клем — на випадок заміни.

Продавець без проблем іде на контакт, але категорично відмовився домовлятися про продаж іншого свого пристрою без корпусу та інших непотрібних мені доповнень. Дуже шкода.

Спонсором цього огляду став посередник yoybuy.com, який узяв на себе оплату доставки. Партнерське посилання для реєстрації; новачкам — бонусний купон на 10 від 50.
Тримач обійшовся в $21.56, вага — 186 грамів, згідно з інформацією від посередника. Вартість доставки через посередника залежить від різних чинників, наприклад від кількості товарів, а також від наявності інших товарів у замовленні.