Почти бесплатные зарядки Li-Ion с Aliexpress. Что там внутри и как оно работает

Давно собирался где-нибудь надыбать холдеры с пружинками. Чтобы влезал любой цилиндрический аккумулятор от самого короткого и до защищённого 18650. Максимально компактные и за минимальные деньги. Отдельно такие держатели не нашел. Тут [для меня — внезапно] оказалось, что холдеров с пружинками выше крыши, но к ним зачем-то приделана оснастка для заряда банок Li-Ion. Типа, как древние всенародно любимые «лодочки», но питание не от розетки, а от USB. А главное — такое на Али можно найти за символические 25-50 руб. И удалить все лишнее. Но прежде чем удалять лишнее, из чистого любопытства решил-таки немного разобраться как это лишнее устроено, как работает и стоит ли так сильно экономить на покупке более вменяемого и универсального агрегата типа Lii-100/Lii-100C (на Озоне и Али — 400-500 руб.). Тем паче, что в интернетах толковых обзоров по этому поводу я не нашел.

Покупка

На Озонах и WB этой красоты немало. Но ценники начинаются от 200-250 руб. И это шибко дорого. Имеющие возможность затариваться на еБейках-Амазонах тоже могут не заморачиваться, ибо дорого и там.

Поэтому бредем да Али и в поиске вбиваем а-ля «18650 Зарядное устройство USB» + галочка на бесплатной доставке. Получается что-то типа такого. Далее, продираясь через кучу лотов с платками зарядных модулей на TP4056, находим искомые «кроватки с пружинками». Но далеко не у всех их доставка окажется бесплатной… Если ничего дешевле 40-50 руб. (с бесплатной доставкой) так и не нашлось, то лучше зайти через денёк-другой. Ситуация постоянно меняется. Короче, спешить не надо.:)
И еще один момент: на 1 аккаунт — 1 экз. товара. После оплаты покупки ценник в лоте для вас сильно изменится, что вызовет печаль + доставка станет платной.

В общем, за 2 недели случайно-мимолетных забеганий на Али у меня получилось как-то так:

Что имеем. Ежели совсем кратко

1) На обратной стороне корпуса:

2) В режиме ожидания. На холостом ходу потребляет ~1 мА. Основной потребитель — зеленый светодиод.

3) Аккумулятор заряжается. Красная индикация.

4) Аккумулятор заряжен. Зеленая индикация.
Тоже самое, если вставить аккумулятор с U>4.1V.

5) vs Lii-100

Что внутри

А вот здесь можно сделать первую остановку на пути изучения особенностей этой штуковины. Судя по ее весу и презрительного отношения по стороны ряда продвинутых пользователей ЗУ, внутри я ожидал увидеть подобное:
Ан нет! Тут все куда как интереснее.:)

► ► ► На управляющей плате написано "4055", а на пластике чипа выгравировано «LTH7».
Аббревиатура «LTH7» в общем случае может означать что угодно, но если речь идет о контроллере заряда, то с вероятностью 100% это одно из воплощений чипа 4054.
А 4055 обычно маркируют как
Наверное, возможны и другие варианты, но никак не «LTH7».
Такое впечатление, что изначально предполагалось поставить 4055, но из экономии влепили 4054. Ибо 4055 куда как менее распространены и поэтому всегда были несколько дороже. Не исключено, что за последние 10-15 лет 4054 столько наплодили, что они в опте стали дешевле грязи. И их можно покупать на Тао мешками на вес.;)

► ► ► В принципе, 4054 и 4055 почти одинаковы и легко взаимозаменяемы. В том числе и по базовой схеме подключения


► ► ► Так все-таки: насколько безболезненна замена одного чипа на другой?
Увы и ах: должна произойти потеря оного вида защиты.
4054 и 4055 имеют защиты от КЗ (потом проверим) и перегрева (к чему это приводит будет показано в след. разделе).
Но в 4055 есть встроенная защита от переполюсовки (когда аккум вставлен с точностью до наоборот). Это заявляют прямо в первых строках мануалов как главную фичу данного чипа:
А в 4054 защита от переполюсовки вроде как отсутствует.
И это вроде как общеизвестно. [почему написано «вроде как» вы поймете после ознакомления со странным окончанием раздела «Опыты»]
На всякий случай приведу пару примеров.
1) Вот цитата из статьи ув. Abyr127:

… и тут вылез еще один косяк — очень легко вставить аккумулятор неправильно. Микросхема LTC4054 защитой от переполюсовки аккумулятора, к сожалению, не оборудована. :( Я проверил «что будет, если переполюсовать»- ожидаемо пошел белый дым. Посему- пришлось потратить вечер на сочинение простенькой схемки защиты от переполюсовки на двух мосфетах (AO3400 и AO3401, тоже купленных на Алиэкспресс).

2) отсюда

Добрый день всем.
После в очередной раз спаленного контроллера зарядки LT4054 при подключении аккумулятора в неправильной полярности, задумался, как бы красиво сделать защиту от переполюсовки?...

Могу продолжить. Но смысл?
Ситуация полностью тождественна таковой для другой пары МС из разряда «почти-аналогов»: 4056 такой защиты нет, а у 4057 она есть.

---

---

Теперь глянем что еще есть на плате кроме «мозгов».
В принципе, все, что и должно быть. Но есть пара дополнительных компонентов — это второй светодиод и загадочный резистор 100 кОм.

► ► ► Как задействовать 2 индикаторных светодиода вместо одного (красного), если выход под светодиод только один (1-ая нога на 4054)? Как ни странно, почти во всех статьях, просмотренных мною, предлагают использовать транзистор примерно по такой схеме:
И только в комментах к одной статье было упомянуто совсем простое решение. Оно-то и применено на сабжевой плате.

Я в схеме на STC4054 без транзистора обхожусь. Аноды светодиодов вместе и через резистор на плюс. Катод зелёного (можно синего) — на землю, катод красного на ножку «CHRG». Из-за различного прямого напряжения светодиодов разных цветов горит либо красный во время зарядки, либо зелёный, когда заряд окончен.

Я когда-то смотрел одно видео, где англоговорящий автор показывал тоже самое и утверждал, что решение это широко известное и чуть ли не стандартное…
Т.е., на вышеприведенной схеме это должно выглядеть примерно так:

► ► ► По поводу R на 100 кОм. Оказалось, что он просто гасит тлеющее свечение красного светодиода, когда заряд не происходит (и должен гореть только зеленый) — см. ТУТ.

---

---

Прежде чем перейти к экспериментальной части, имеет смысл упомянуть главную проблему линейных микросхем для зарядки Li-Ion аккумуляторов. Это их перегрев. Ибо, приведенные в след. разделе зарядные кривые по току — прямое следствие данного безобразия (ИМХО).
Чипы 4054/4055 сами по себе маленькие и в пластиковом корпусе с полным отсутствием какой-либо вменяемой системы отвода тепла.
Для теплоотвода производители рекомендуют использовать ноги МС и паять их на металлизированные полигоны. По поводу расчета такого решения в ряде даташитов написаны большие разделы, тупо скопированные у Linear Technology — ТУТ или ТУТ, стр. 10-12. И тогда заявленные различными производителями максимальные «номинальные» токи заряда 500...800 мА в режиме СС наверное реализуемы. Чисто теоретически.;)
Как показала практика использования 4054, номинальный ток (задается резистором Rprog) выше 300 мА без специальных ухищрений весьма проблематичен, т.к. МС сильно греется и срабатывает встроенная система термозащиты, которая понижает зарядный ток.

Опыты

Из даташитов 4054 процесс заряда должен выглядеть следующим образом.

Цикл заряда делится на три части. При глубоком разряде батареи и напряжении на ней ниже 2.9±1% вольт зарядка производится током 1/10 от номинального (задается резистором Rprog).Т.е. есть возможность капельного заряда для всего сильно разряженного.
Далее — по обычному алгоритму CC/CV. Сначала на постоянном (номинальном) токе и растущем напряжении. По достижению уровня 4.2±1% вольта на клеммах ЗУ — переход в режим CV и ток заряда постепенно уменьшается вплоть до 1/10 от номинального. Остановка заряда.

А теперь самое главное: при перегреве микросхемы встроенная схема защиты автоматически снижает ток заряда! И это меняет весь расклад.
Один из протестированных аккумуляторов (14500 PKCell) имеет текущую емкость ~750 мА, как на картинке выше. А «номинальный» ток в рассматриваемом ЗУ выставлен на ~600 мА. Так что есть возможность прямого сравнения желаемого с суровой действительностью: вместо «правильных» 1.7 часа PKCell заряжался 3 часа.

В качестве подопытных выступила троица:
— полуубитый 14500 Hongli (обзор)
— малопользованный 14500 PKCell (фигурировал тут)
— б/у в хорошем состоянии 18650 LG HG2 (общеизвестная «шоколадка»).
Первоначально была проверена текущая емкость ячеек на МС3000 по алгоритму
— разряд током 100 мА до 2.5 В (для LG — 500 мА)
— пауза 30 мин
— заряд током 500 мА, CC/CV, отсечка 50 мА (эмуляция сабжевого ЗУ)
— пауза 30 мин
— разряд током 100 мА до 2.5 В (для LG — 500 мА)
После после столь глубокого разряда происходит заметная деполяризация ячеек и напряжение в течении первых 1-2 часов поднимается до 3.1-3.2 В. А хотелось начать с чего-то ниже 2.8 В на предмет проверки заявленной функции капельного заряда для сильно разряженных аккумуляторов. Поэтому перед зарядом в «кроватке с пружинкой» делалось несколько разрядов до 2.5 В при 50 мА, а потом при 10 мА.
После заряда на рассматриваемом ЗУ, накопленная емкость проверялась на МС3000.
Результаты в табличке

---

---

Процесс заряда сабжевым ЗУ вышеозначенных аккумуляторов изучался на импровизированном «стенде», где мультиметр выполнял роль вольтметра, а USB-доктор — амперметра.
Почему ток на входе практически равен проходящему через заряжаемый аккумулятор, потому что преобразователь линейный. Сомневающиеся могут глянуть видео Лисина — там все наглядно. Если что, 4056 — тот же 4054, но с доп. плюшками.
Процесс снимался на видео, с последующей расшифровкой. Самое начало и финал просматривались с замедлением 0.2х, иногда покадрово.




1) Режим капельного заряда присутствует. Это хорошо видно на кривых тока для Hongli и PKCell. В случае 18650 этот момент поймать не удалось, хотя LG был разряжен до 2.68 В. При включении ЗУ напряжение ячейки за секунду подскочило выше критических 2.9 В.
Судя по капельному току 67 мА номинальный ток д.б. около 670 мА, что несколько выше оценок такового по токам отсечки (см. ниже).

2) Ни о каком режиме CC/CV (constant current/constant voltage) речи не идет. При попытке установить номинальный зарядный ток (>550 мА) срабатывает термозащита и дальнейший заряд идет с постепенным повышением напряжения и понижением силы тока вплоть до осечки при 53-56 мА. Что соответствует номинальному току 530-560 мА.

3) Для 18650 начальный участок выглядит странно: сначала сила тока на 10 секунд подскакивает до ~580 мА. Потом напряжение на акку резко уменьшается, ток падает (см. картинку выше). Срабатывает защита от перегрева?
Затем напряжение и ток растут симбатно. Но ток доходит до максимума 457 мА и начинает плавно уменьшаться (см. картинку ниже). Опять срабатывает защита?

4) И еще по 18650. Заряд идет долго и медленно. Для емкостей ~2800 мАч — более 12 часов гарантированно. Точнее сказать не могу: фото-видео-съемку делал первые 6 часов. Потом надоело и стал ждать, когда же это закончится. Через 11-12 часов сила тока опустилась до ~90-100 мА и практически не изменялась. А потом я заснул до утра. Когда проснулся, LG HG2 был уже заряжен. В принципе, это неплохо коррелирует с картинкой из одного из отзывов на Али. Но товарищу повезло больше — его аккумулятор имел емкость всего 1100 мАч. :)

Проверка на КЗ и переполюсовку

► Проверка на КЗ пройдена успешно.

Вместо аккумулятора вставлена проводящая заглушка от Soshine (т.н. «коннектор»):
Характерные сопротивления тех заглушек (ТУТ):
ЗУ понимает эту ситуацию как сильно подсевший аккумулятор и начинает заряжать цилиндрик из алюминия в капельном режиме.:)

► Проверка на переполюсовку тоже пройдена успешно.
Удивительно, но факт.
Если вставить неправильно, заряд не начинается. Перевернуть — начинается заряд.
Пробовал на всяко-разных литиевых ячейках, в том числе и почти заряженных. Защищенных и незащищенных.
Все нормально, чип пока не помер. Хотя несколько раз ждал этого момента по 1-2 минуты. А 18650 Sony/Murata VTC6 в состоянии 4,08 В продержал в положении задом наперед аж 30 мин.
Я даже не знаю, как такое может быть. Может, китайцы начали маркировать корпуса с чипами 4055 тоже как «LTH7»? Или есть модификации 4054, устойчивые к переполюсовке? Тогда чем они отличаются от 4055? Загадка…

Заключение и выводы

1) В принципе, штуковина рабочая. Зашита от КЗ и переполюсовки присутствует.

2) Но ее назначение — зарядка цилиндрических Li-Ion малой емкости, до ~1000 мАч. Можно и большей емкости, но если через 10-12 часов цвет индикатора не сменился на зеленый, то нужно вынуть аккумулятор и замерить напряжение между электродами. Если 4 В и больше, то можно считать практически заряженным и не ждать еще несколько часов. Слухи о единственно «правильной» разности потенциалов для «обычного» Li-Ion, равной 4.200000 В сильно преувеличены.
а) посмотрите даташиты ведущих производителей (японских и корейских), там везде 4.20±0.05 В — это норма.
б) Но ежели «недозарядить» ниже нормы (4.15 В) — ничего плохого не случится, а будет только благо: вы продлите жизнь и улучшите здоровье вашего биполярного питомца. Подробнее: ТУТ статья ребят из из Аахенского университета, а ТУТ ее дайджест на понятном языке (раздел «2.2.3. Что же кажет нонешняя наука?»).

3) Покупать ли такое — вам решать. Из общих соображений — скорее всего нет.
Разве только как готовый холдер с пружинкой. Но пружинка оказалась несколько мягковатой.
В принципе, если нужно иногда заряжать только один аккумулятор, Li-Ion и малой емкости — то… Но не дороже 50 руб.;)

4) Т.к. все равно кто-нибудь спросит, добавлю еще один пункт.
ИМХО. Наилучшим вариантом недорогой (до 500 руб.) однослотовой зарядки до сих пор является Lii-100 и ее аналоги (VariCore V10, Skilhunt M1, Klarus K1 и т.п.). «Классическая» Lii-100 умеет работать не только с «обычным» Li-Ion, но и с Li-Fe и «никелем». Токи заряда 0.5 А и 1 А.
Относительно недавно появилась модификация Lii-100С — она может 0.5 А, 1 А и 2 А. Но только не понимает Li-Fe.

И на этом все. Всех благ.

P.S. есть еще прикольная Lii-S1. Та же всеядная Lii-100 с токами 0.5 А и 1 А и дисплей с циферками. На WB — меньше 400 руб