В
обзоре индуктивного балансира я рассказывал о том, что также существуют и емкостные, где энергия от ячейки к ячейке передается за счет заряда/разряда конденсаторов. Стоит такой обычно дороже, но благодаря одному из моих читателей ко мне в руки попал такой балансир.
После обзора индуктивного балансира ко мне обратился один из читателей и предложил сделать обзор балансира, который он как раз планирует заказать для своей литиевой батареи. Договорились, заказ сделан, получен и в итоге он попал ко мне на стол, причем помимо самого балансира человек дал мне еще батарею, с которой этому балансиру и придется работать, за что ему отдельное спасибо.
Также кроме балансира и батареи дополнительно положил кабель для подключения к зарядному и разъем для балансира.
Начну с батареи.
Литиевая 6S сборка с заявленной емкостью 12Ач, причем даже с ремешком, я как-то таких раньше не встречал, все чаще обычные, цилиндрические.
Сборка рассчитана на максимальный ток нагрузки 25С, параметры заряда — 4.2 вольта на ячейку и ток до 2С, выпускается в вариантах от 3S до 12S.
Вести 1.6кг, размеры без учета проводов 177х71х63мм, но в районе заделки ремешка есть утолщение из-за которого создается ощущение что батарею немного раздуло.
Для подключения к балансиру используется обычный разъем с шагом 2.5мм на 7 контактов. Запасная ответная часть не пригодилась, но все равно приятно что человек подумал что возможно она может понадобиться.
Для силовой цепи использован разъем XT90
Силовые провода имеют сечение 10AWG, очень мягкие и здесь я сделаю небольшое отступление. разъем с проводами подключены к батарее через клемник, я настоятельно не рекомендую применять подобные клемники из-за их низкой надежности и рекомендую использовать пайку.
Батарею показал и вот теперь можно перейти собственно к плате балансира. Она бывает и других фирм, в частности Heltec.
Из всей полезной информации на странице продавца только краткая информация (гуглоперевод)
Режим равновесия: конденсатор (Полная группа), эквалайзер
Рабочее напряжение 2,0-4,2 в
Пониженного напряжения сна значение: сна напряжение может быть выбран из 2,0 V 3,0 V 3,7 V, поддерживая трехкомпонентная литиевая, литий-железо-фосфатных аккумуляторов, титанат лития
Точность балансировки: менее 5 мВ
Текущее равновесное: 0,1 V 1A 0.2V2A, тем больше разница напряжения, тем больше ток
Максимальный ток выравнивания 6A
Сбалансированная статическая мощность: 12 мА
Подходит для аккумулятора: 30Ah-300Ah
Платка небольшая, размеры 80х50х16мм, провода очень мягкие, длина около 45см, при этом черный провод немного короче.
Сверху типичный внешний признак емкостного балансира, толпа полимерных конденсаторов, в данном случае емкостью 2200мкФ 6.3В. Балансир 6S и сверху видно 6 пар конденсаторов + еще пара, судя по всему общие для всего балансира.
Снизу также вся плата забита компонентами и основное поле занято полевыми транзисторами, в сумме их 24 штуки, по 4 на каждый канал. Также видны 6 чипов в корпусе SO-8 предположительно драйверы транзисторов, мелкий чип в корпусе SOT23-6, судя по рядом стоящему дросселя почти наверняка DC-DC и еще один чип в SOT23-5, возможно генератор.
Также вверху видно шесть предохранителей, маркированных буквой U, ток срабатывания я не определил, в таблицах он почему-то не попадается, но
нашел их на Али, пишут что 72 вольта и ток 6.3-8А.
Плата покрыта защитным лаком, что повышает надежность.
Человек, приславший плату, уже сам интересовался что на ней стоит и потому снял лак с пары компонентов.
Транзисторы —
MDU1518, 30 вольт, 94А, 4.2/6.2мОм
Восьминогий чип рядом предположительно драйвер EG2131
Чип DC-DC не определил.
Задающий генератор скорее всего что-то аналогичное банальному 555 таймеру.
Судя по количеству каналов здесь используется другой принцип балансировки чем в индуктивном балансире. Сначала конденсаторы каждого канала заряжаются от соответствующих аккумуляторов. Напряжение на конденсаторах такое же как на аккумуляторах.
Потом при помощи транзисторов отключаются от аккумуляторов и соединяются параллельно, заряд выравнивается
После этого конденсаторы каналов опять подключаются к аккумуляторам, но теперь у них одинаковое напряжение, соответственно более заряженный аккумулятор опять заряжает конденсатор, а менее заряженный подзаряжается от конденсатора.
Такая схема позволяет более точно выравнивать напряжение на ячейках батареи.
Батарея пришла полностью разряженной, напряжение на ячейках здесь и далее будет показываться начиная от первой до шестой, при этом первой считается та, что подключена к минусовому (общему) проводу схемы, он помечен черным цветом.
Также заметен небольшой дисбаланс, общее напряжение батареи было 18.467 вольта.
Здесь и далее все напряжения приводятся при отключенном балансире, тем где измерения проводились с балансиром я отмечу отдельно.
Эксперимент будет проводится в режиме максимальной сложности, для чего я заряжу только одну ячейку, первую по схеме.
На полный заряд ушло 12.25Ач, что соответствует указанной на батарее емкости.
После заряда на первой ячейке было 4.1819 вольта, общее 19.574. Дальше я сведу все в одну табличку, но пока буду показывать на фото ключевые моменты в хронологическом порядке.
Естественно в процессе мне было интересно измерить ток в цепи аккумуляторов, но вносить дополнительную погрешность не хотелось, потому я пошел немного другим путем и измерил сопротивление проводов, по падению напряжения на которых можно определить ток.
У меня получилось 13.37мОм на длине 44см, провод маркирован как 18AWG. по таблице сопротивление куска провода такой длины и такого сечения должно быть 9.2мОм, что близко к измеренному, но допускаю что сам провод имеет заниженное сечение.
Для удобства измерения я припаял к первой и второй ячейкам куски проволочных выводов, к которым подключал один щуп мультиметра, второй подключался к контакту разъема не разрывая цепи.
В итоге получил следующие значения (интервал измерения 20 минут).
1. сразу после подключения, 1S — 4.78А, 2S — 287мА
2. 20 минут — 1S — 3.17А, 2S — 127мА
3. 40 минут — 1S — 2.33А, 2S — 40мА
4. 60 минут — 1S — 1.93А, 2S — 27мА
Для балансира был заявлен ток балансировки до 5-6А, в самом начале у меня были сходные результаты, думаю они могли бы быть выше если бы провода были более короткими.
Нагрев платы был сосредоточен в районе балансира первой ячейки, измерения через 20, 60 и 100 минут после старта.
Через 1 час 20 минут от начала теста я ради интереса измерил ток в цепи последней ячейки, в итоге получил:
1S 1.66А
2S 11мА
6S -264мА
Везде к плате подключался минусовой щуп мультиметра, а к разъему плюсовой, при это видно, что у последнего аккумулятора ток течет в обратную сторону.
На самом деле такое измерение не совсем корректно, так как он имеет импульсный характер, но надеюсь что мультиметр смог измерить средний ток корректно.
Примерно через 10 часов от начала теста ток упал уже довольно заметно и составил:
1S 322мА
2S 2,5мА
6S -51мА
После этого я подключил первую ячейку к зарядному и решил проверить, сколько емкости она израсходовала.
Теоретически, при емкости 12Ач и полной балансировке должно получиться 2+2+2+2+2+2Ач вместо исходных 12+0+0+0+0+0Ач, соответственно на заряд первой ячейки должно уйти около 10Ач, но конечно это в идеальных условиях и со 100%КПД. В ходе заряда потратилось 8.231Ач, что в принципе также говорит о том, что первая ячейка отдала большую часть на заряд остальных пяти.
После этого я опять поставил её на балансировку, а примерно через 6 часов измерил токи, получилось:
1S 266мА
2S -37мА
6S -36,8мА
В принципе эти измерения я проводил для себя, но привел их только потому, что в отличие от предыдущих теперь ток был отрицательный не только по шестому каналу, а и по второму.
Напряжение на ячейках через 35 часов после начала теста и одного повторного заряда первой ячейки выглядели следующим образом.
Замечу, что ячейки 2-6 заряжались только от первой. Максимальная разница была между первой и второй ячейками, 16мВ. Общее напряжение на сборке 22.626 вольта.
Далее я подключил к зарядному уже всю батарею, но на всякий случай контролировал напряжение на самой заряженной ячейке, так как платы защиты у батареи нет.
1, 2. Ближе к концу заряда напряжение на первой ячейке поднялось до критического значения в 4.25 вольта, но так как далее оно не росло, то заряд прерывать не стал
3, 4. В итоге на заряд ушло 9.296Ач, максимальное напряжение на первой ячейке составило 4.2517, измерялось прямо на плате балансира, потому есть погрешность.
Думаю здесь сильно помогло бы уменьшение длины проводов, на канале с большим напряжением балансир лучше мог бы перераспределять энергию.
В реальности напряжение на первой ячейке было немного выше и почти сразу после отключения от зарядного составило 4.256 вольта, общее напряжение батареи 25.194 вольта. Максимальный разбаланс был между первой и второй ячейками и составил 79мВ.
А это результаты через 12 часов, максимальный разброс составил всего 1мВ и опять между первой и второй ячейками. По моему отлично.
И конечно результаты в числовом и графическом виде.
Слева в графе время в минутах, первые три часа проверял каждые 20 минут, потом уже больше спонтанно так как основная фаза балансировки была завершена.
Желтым выделен результат через 6 и 18 часов после промежуточного заряда первой ячейки.
То же самое в виде графика, нумерация по горизонтальной оси соответствует строкам таблицы.
Также попутно я измерял напряжения и при подключенном балансире, здесь нумерация немного другая, проще ориентироваться на время от начала тестирования. Также здесь добавлены результаты после полного заряда батареи, выделены оранжевым.
Замечу что при подключенном балансире разбаланс в конце составил всего 0.6мВ!
На графике видны этапы промежуточного заряда, точка 7 с зарядом первой ячейки и точка 11 с полным зарядом.
Общее напряжение батареи было 25.1 вольта, затем я её опять подключил к зарядному и на заряд ушло всего 178мАч.
Кстати, на странице продавца было указано собственное потребление платы в 25мА, у меня получилось меньше, 178/12=15мА и это с учетом того что батарея продолжала балансироваться.
И конечно выводы.
На мой взгляд балансир отличный. Есть варианты лучше, но точно не за этот ценник, потому я их даже не рассматриваю, потому как там цену надо умножить в несколько раз.
Преимущество в сравнении с индуктивным в том, что он не перекачивает энергию по пути от первой ячейки ко второй, потом от второй к третьей и т.д. а балансирует всю батарею сразу, распределяя энергию от самого заряженного элемента остальным менее заряженным.
Собственно принцип этот принцип работы позволил довести точность балансировки до 0.6-1мВ, дальше я просто уже не следил за процессом.
Есть и недостатки, при большом разбалансе процесс не быстрый, а кроме того балансир явно потребляет больше, чем это делает индуктивный, где всем управляет специальный чип умеющий переходить в спящий режим. Думаю, что отчасти из-за последнего фактора его рекомендуют применять с емкими батареями.
Но даже с указанными недостатками могу рекомендовать. Лично мне понравилось то, что он смог неплохо отбалансировать батарею даже при том что в сборке был заряжен всего один элемент из шести.
Кроме того есть рекомендации по улучшению работы как непосредственно того комплекта, что я обозревал, так и в общем.
1. Не использовать полиэтиленовые клемники в силовых цепях, лучше либо взять что-то более качественное, либо спаять провода.
Вообще с залуженными проводами может проявляться эффект, когда после нагрева их прижим ослабляется и дальше просто начинает плавиться клемник. Позже человек, который прислал плату, сказал что это временное решение только для проверки.
2. Разъем балансировки, на мой взгляд он слабоват для токов порядка 4-6А, так как изначально предназначен скорее для контроля, также лучше заменить на более мощный.
3. Длину проводов к балансиру лучше укоротить, тогда он начнет работать более динамично и сможет обеспечить больший ток при меньших перепадах. При балансировке малыми токами это не поможет, но вот в конце заряда/разряда может выручить.
4. Плата защиты, она нужна. Когда подключал/отключал провода, да и вообще ковырялся с платой, то все боялся что что-то коротнет, спецэффекты были бы знатные :)
На этом у меня пока все, надеюсь что было полезно.
Это как с мегометром.
— поедем в номерА, — сказал Киса Воробьянинов
ну, и сюда жемчугА, кремА, свеклА, искрА…
«всегда» не означает «только»
Вопрос: можете посоветовать хорошую плату защиты для 4 банок LiFePO4? Для работы в связке с таким балансиром.
Выходной ток максимум 20А.
я думал, есть какие-то именно технические препятствия.
но не факт, что я понимаю правильно :).
Цитирую: «При достижении напряжения окончания заряда схема управления через резистор начинает шунтировать аккумулятор, пропуская часть тока через себя [...] Но даже это сильно не помогает, резисторы в конце заряда могут нагреваться до температур порядка 80 градусов, а при установке в корпус батареи температура может быть еще больше, а рядом литиевые аккумуляторы…»
Вот и получается что при работе в буферном режиме (а в этом режиме батарея всегда в режиме заряда) после достижения на аккумуляторах напряжения срабатывания балансировщика, весь ток, выдаваемый цепью заряда будет протекать через балансировочные резисторы. Т.е. они будут греться постоянно.
Но по моему в коментах были отзывы, что бывают с проблемами.
И вообще по вашему мнению какой BMS и балансировочник нужен для полноценной замены свинцового акб в блоках резервного питания (РИП)? Токи там небольшие.
Так зависит от мощности ИБП.
У них типично 2А выходной так. Редко когда 5А.
а если выкусить родной линейный зарядник на LM317 и втулить туда импульсный преобразователь (что при желании тоже легко делается), то можно еще большего тока добиться.
вопрос еще, правда, какой там ток способна выдать вторичная обмотка трансформатора, от которой зарядник питается.
а вот разрядный ток намного выше. если взять мой случай, где потолок будет на уровне 700 ватт, то это без учета кпд получается 700 Вт / 24 В (если считать по номинальному напряжению батареи) = 29 А, а плюс еще учесть КПД, так и все 40 А будет. другое дело, что редко кто когда нагружает упс на максимальную мощность. у меня, к примеру, два компа с мониторами жрут максимум 250 Вт, ну, может, 300, если процессоры окажутся нагружены.
я бы еще все-таки ориентировался на какие-то более-менее бренды с именем типа daly и heltec.
Провод скорее всего многопроволочный (stranded), а для них удельное сопротивление зависит, очевидно, от диаметра каждой проволоки и их количества (и оно разное для разных марок и производителей провода), но для 18 AWG действительно многовато, больше похоже на 20 AWG. Впрочем, разъёмы XT90 тоже явно поддельные, так что можно ожидать и других сюрпризов…
Оригинальные производства JST до 3 А по даташиту: www.jst-mfg.com/product/pdf/eng/eXH.pdf
Правда, всё ещё упирается в провод, который максимум 22 AWG по тому же даташиту, но я успешно упихивал 20 AWG в силиконовой изоляции.
Ещё есть такой момент, что самовосстанавливающиеся предохранители, присутствующие в обозреваемом балансире, это самое восстановление выполняют довольно медленно (т.е. сохраняют достаточно высокое сопротивление на протяжении часов, а то и дней), из-за чего батарея может плохо отбалансироваться. Этим, например, известны платы параллельной зарядки, имеющие защиту такого рода.
Мне подобные тем, что в обзоре, приходили напаянными на дешёвые аккумуляторы (более дорогие были с оригинальными). Совместимость одних с другими (а также подделок с подделками) по отзывам не всегда хорошая, я свои сразу перепаивал. В подделках также часто используется горючий (и более текучий) пластик, для XT60 легко найти сравнения одного с другим.
«Конденсаторная» балансировка будет делать тоже самое. В данном испытании (есть такое слово) заряженной была первая батарея. При включении балансировки, ее энергия перетекала во вторую батарею (и, частично, в 3, 4...). Из батареи #2 пришедшая энергия вытекала аналогичным образом на батарею #3, и т.д. и т.п.
При этом, по всей «гирлянде» будут ходить волны заряда/разряда из-за инерционности процессов в батарее, измеряемые «минутами» и «часами».
верхнем плече. И конденсаторный балансир, думаю, также работает с банками попарно.
— Вообще беда с арифметикой :)
покупал емкостные активные балансиры для 12В батарей — реально работают, долго, но продлевают срок службы свинца…
Как и чем можно просто и дёшево заряжать сборки литиевых аккумуляторов?
В смысле есть ли какие-то готовые китайские модули для интеграции в разные поделки?
Вот есть замечательная штука как TP4056. Если вариант с защитой, то идеальное решение для установки в поделки и машинки/игрушки. Если мало 3А на отдачу — берём без защиты и отдельно платку защиты на нужный ток.
А вот если в поделку/машинку надо напряжение побольше на 2-3 банки?
BMS есть и на сколько угодно банок, но они не для зарядки. А что можно применить что б так же вклеить внутрь машинки и заряжать её от ближайшего USB-шнурка или старого блока питания выкопанного из «закромов Родины»?
Правда это не для встраивания в готовые поделки.
только емкосной балансир и при разряде работает, помогая самой слабой банке.
Намотал, до сих пор работает.
Толкните…
куда интересно такое идет
Знаменитый швейцарский дедушка попытался обозреть то, что есть:
Но как-бы мы не потеряли kirich'а. :)
С таким качеством обзоров, и особенно выводов и рекомендаций — автору скоро косяками должны-бы пойти заказы «протестировать, платим сразу и очень достойно, но чтоб результаты кроме нас — нигде и никому!». Как бы они не перевесили… :)
P.S. в бесперебойники на лифер тоже должна сгодиться, только выбрать версию на 4 канала.
ситуация: 8s lifepo4 в упсе, упс powercom kin-1000ap, BMS daly с пассивной балансировкой, которая стартует при напряжениях выше тех, на которых останавливается зарядка, то есть, балансировки нет.
батарея находится в буферном режиме, к ее клеммам подключен выход LM317, настроенной на напряжение 28 В на пине Output, с диодом между output и плюсом батареи, так что на батарее постоянно поддерживается около 27.3 В.
все бы ничего, но ячейки отличаются друг от друга скоростью саморазряда. из-за того, что батарея постоянно находится под фиксированным напряжением, получается так, что на одних ячейках, которые разряжаются быстрее других, напряжение падает, а на других на ту же величину вырастает. дисбаланс получается где-то в четыре сотых вольта за пару-тройку недель (3.38 В — 3.42 В), что, казалось бы, не так много, но для lifepo4 это реально много, да и со временем дисбаланс будет только расти.
кроме активного балансира я решения тут не вижу. даже если он не отбалансирует ячейки идеально до милливольта, то хотя бы он предотвратит рост величины разбалансировки.
версия «60A Common port + LiFePo4 8S BT»
еще дополнительно доплачивал 8 баксов за то, чтобы положили версию, где поддерживается RS485 и блютус одновременно, ну и RS485 адаптер.
работу RS485 пока не проверял из-за неопределенности с гальванической развязкой. не знаю, как убедиться, что не сожгу порт в компе при подключении.
подключил, запихнул в упс. пока сходил в магазин, оно мне успело выровнять с разницы в 60-70 мВ (3.425..~3.36 В) до 2 мВ по данным с блютус интерфейса BMS. везде стало от 3.407 до 3.409 В.
с BMS не конфликтует (по крайней мере, очевидным образом).
красота, короче. напрягает только нехилая искра при подключении разъема. но то такое, это делается один раз.
и тут читаю
«Судя по количеству каналов здесь используется другой принцип балансировки чем в индуктивном балансире. Сначала конденсаторы каждого канала заряжаются от соответствующих аккумуляторов. Напряжение на конденсаторах такое же как на аккумуляторах.
Потом при помощи транзисторов отключаются от аккумуляторов и соединяются параллельно, заряд выравнивается
После этого конденсаторы каналов опять подключаются к аккумуляторам, но теперь у них одинаковое напряжение, соответственно более заряженный аккумулятор опять заряжает конденсатор, а менее заряженный подзаряжается от конденсатора.»
практически слово в слово то что озвучивал в той теме.
автор с тайным покупателем красавчики!
за обзор зачет.
Почему спрашиваю?
— Если будет такая ситуация:
3,000
3,004
3,008
3,012
3,016
3,020
Сможет ли плата отбалансировать разбеги, ведь между первой и шестой параллелями будет уже разница в 20мВ при заявленной точности балансира в 5 мВ.
Я у себя применяю активный балансир, который отслеживает разницу напряжений между любыми ячейками и перебрасывает энергию путем коммутации заряженных ионисторов с параллельного на последовательное соединение.
Т.е. заряжает параллельно включенные ионисторы от самой высокой параллели, потом перекоммутирует заряженные ионисторы в последовательное соединение и стравливает полученный заряд в самую низкую параллель. Данный активны балансир идет в составе СмартБМС.
прочтите еще раз принцип работы…
Разброс был порядка 50мВ, через сутки использования — 1мВ. Один милливольт, Карл! Это вообще на уровне погрешности измерения.
система модульная и может быть масштабирована до любого количества ячеек.
Т.е чтоб заряд добрался от первой к последней, будут транзитом задействованы обязательно все ячейки аккума.
Принципиальное отличие обозреваемой:
Т.е. тут из аккума можно вообще выкусить часть ячеек, на качество балансировки оставшихся это абсолютно ни как не скажется.
1) тумблер должен быть таким, чтобы гарантированно размыкать все контакты перед перекоммутацией на 3s;
2) нужна защита от побаночного переразряда;
3) процесс зарядки должен быть таким, чтобы фаза CV была достаточно длинной при небольшом токе, чтобы ячейки успели правильно всосать весь заряд и после размыкания имели одинаковое напряжение на клеммах.
Много раз слышал, что для лития продолжительный капельный подзаряд вреден. Зарядилось — зарядку надо отключать, совсем.
А с активным балансиром получается циклы зарядки слабых банок будут вообще при любой паузе в работе и даже после уравнивания напряжения будет идти компенсация саморазряда.
С точки зрения продолжительности работы устройства, балансировка это плюс. А вот не будет ли она ускоренно добивать слабые банки?
Когда они дозаряжаются в неполностью заряженном состоянии это уже не так вредно, а в батарее именно так и будет.
Каждая ячейка была заряжена до 3.8-3.9 вольта, казалось бы, всего 0.1 отбалансировать. Подключаю балансир и параллельно тестер напряжения ячеек. Балансир противно пищит как комар (звук работы шим) в районе дросселя около 16го не подключенного канала. Ну ладно, проверим крутизну этого балансира. Начинаю смотреть — шевеления на ячейках есть, общее напряжение батареи понемногу падает. Через час разброс на ячейках увеличился до 0.2 вольта. Что за нафик? Через 4 часа тестер запищал, что одна из ячеек просела до 3.0 вольта, общее напряжение всей батареи снизилось на 3 вольта.
Повторил эксперимент, зарядив батарею — та же петрушка, дисбаланс увеличивается, общее напряжение люто падает и все останавливается, когда балансир опускает одну из ячеек до 2.8 вольта, рандомную.Это фиаско! Он жрет больше чем вливает.
Написал продавцу, что балансир не исправен — он в ответ, все нормально друг, просто у тебя батарея малой емкости (2700 mAh ячейки, я замерял все отдельно), мол этот балансир только для огромных батарей, где потери не так заметны. Вот это облом — большие деньги на ветер!
К слову скажу — балансир все-таки работает, если держать батарею на зарядке и одновременно балансировать, тогда эффект есть, но с батареей небольшой емкости (10s 2p 2700mAh) он не подружился — просто тупо ее высаживает в 0 если оставить подключенным его на столе и этот противный писк. Да, на не подключенных проводах тоже есть напряжение, но не думаю, что все вылетает туда, так как там потребление отсутствует.
Здесь даже тока большого не будет.
Не, ну частично он прав, но это касается собственного потребления, я писал об этом в обзоре, но не настолько.
Естественно, по другому и быть не может, но просаживать в таком случае ячейки он должен синхронно.
Ощущение, что у Вас балансир таки неисправен, даже при емкости батареи в 2700мАч он её разряжать должен 100 часов.
Как я писал, у продавца заявлено 25мА, по моим прикидкам реально скорее около 15.
I = Iобщ — 24V / 600R, схема вроде запустится должна в штатном режиме.
Вообще плата очень интересна, в версиях на меньшее количество ячеек даже DC/DC отсутствует… идея просто зреет, как будет время попробовать сделать на меньшие токи и с меньшим потреблением под балансировку 18650.
Спасиб заранее! )))