Li-ion 1.5В без USB на корпусе. Часть 2. "Зарядка" на 4 порта, дешевле не бывает. Ni-MH + 5В → ?

Это продолжение предыдущей статьи, в обсуждении которой были вопросы по специализированным ЗУ для Li-ion 1.5В без USB-порта. Хотя можно тупо подать 5В на электроды и потом определить окончание заряда по падению тока с 10-50мА до десятых долей мА. Зарядится точно также, не хуже и не лучше, перезаряда не будет по определению. Но это не особо удобно и вообще лютый колхоз.
Я купил эту зарядную коробку за 198 р.. С Озон-картой было бы 181 р. Пока ждал доставку ценник подскочил аж на 20 р.
Я понимаю, что для счастливых обладателей латуниевых расчесок это как-то не дорого-богато. Желающие могут купить тоже самое по цене лухари (до 1.5 тыр), если воспользуются поиском по картинке. Получится как в старинном анекдоте про новых русских в Китае и часы Ролехи.
Посмотрим как оно работает, заглянем внутрь и немножко поэкспериментируем.

1. Интро

Итак, что имеем:
Блистер, зарядная коробка, короткий шнурок (40 см) USB-А/USB-С

Потроха
Как и ожидалось, разбирается элементарно: 4 винтика сзади + 1 внутри.
Плата явно разделена на 2 одинаковых сегмента (что видно даже по маркировке), обслуживающих пары слотов: 1+2 и 3+4.
В каждом сегменте свой сдвоенный (двухканальный) операционный усилитель LM358. Классика жанра. Каждый канал обслуживает один двухцветный светодиод красный/зеленый.
Про LM358 и вообще работу ОУ хорошо разжевано ТУТ.
Даташит на русском от родного «Микрона» ТУТ.

Как это работает

1) К системе крепежа вопросов нет. Что ААА, что АА вставляются «чётко» и держатся отлично, ибо контакты «подпружинены» (загнутые ламели из нержавейки).

2) Собственное потребление устройства 9.3мА.

3) А вот система индикации — это полный пушной зверек.
Как оно должно было быть (слева направо):
① еще заряжается (красный)
② уже заряжено (зеленый)
③ нет акку (зеленый)
④ нет акку (зеленый)
Так вот, проблема с «зеленым»: он уже загорается там, где еще продолжается заряд и суммарный ток больше 100мА. Если что, в слоте ② на фотке это именно так.;)
Т.е., «красный» = все однозначно. А «зеленый» = ромашка.

4) И вишенка на торте: четыре канала взаимосвязаны. Как известно, статистика любит оперировать средней температурой по больнице. Китайские разрабы пошли дальше — данная девайсина измеряет суммарную температуру по больнице. А цвет светодиода над слотом определяется запутанными отношениями между четырьмя операционными усилителями. Любовный четырехугольник.:)
Как пример:
Причем, акку №2 можно вставлять в любой свободный слот. Результат будет тот же.
Как тебе такое, Илон Маск?? ©

И еще раз напомню.
На самом деле, эта штуковина не является «зарядным устройством» в общепринятом понимании. Это всего лишь пластиковая коробка с 4 слотами, в которые можно вставить АА или ААА, что бы подать на Li-ion-1.5В-без-USB требуемые 5В. Все остальное сделают «мозги», спрятанные внутри Li-ion-1.5В. И зарядят по единственно правильному алгоритму CC/CV, и сделают отсечку по минимальному току.
Если бы была адекватная индикация по току, протекающему через слот, это было бы наше все. Особенно, с учетом цены.
А то, как оно сейчас — идет оно в сад.

Далее перейдем к более интересным вещам — издевательским опытам.

2. Что может произойти, если в сабжевую штуковину воткнуть Ni-MH или батарейку?

Вопрос не праздный, ибо такое вполне может быть и такое-таки происходит.
Подборка отрицательных отзывов на Озоне из разных лотов:
Как квинтэссенция, вопрос продавцу:
Увы, на сей каверзный вопрос ответа не последовало.
Отвечаю за продавца: нет, нельзя.
1. Это написано на картонной вставке блистера. Но из блистера достают не читая, а потом блистер и выбрасывают.
2. На обратной стороне коробки есть бирка, где английским по черному это написано:
Но «наши люди» (Бриллиантовая рука) надписи на девайсах не читают. Особенно на обратной стороне и мелким шрифтом. Надо отдать должное покупателю, задавшему вопрос — он прочитал. Но не поверил.
Поэтому часть покупателей втыкали, втыкают и будут втыкать все что лезет в слоты той коробки. И любых подобных коробок для Li-ion-1.5В. Это аксиома.

2.1 Теория

Басня Якушева «Витя и Петя»
Электрик Виктор, подключая к сети дом,
Внезапно встретился с апостолом Петром.
youtube
VK Видео

При попытке зарядить аккумулятор Ni-MH, чисто теоретически, в качестве Виктора могут выступить:
• То, что воткнули
• Сетевой адаптер
• Тот, кто воткнул
Первое произойдет однозначно. Главное — не спешить, а подождать несколько часов.
Второе — под большим вопросом. Чем больше максимальный ток на выходе адаптера и ниже качество изготовления оного, тем более вероятно.
Третье — почти невероятно и только при особо неудачном стечении обстоятельств. По крайней мере, мне про такое пока неизвестно. Но в случае несрабатывания защиты от избыточного давления и последующей разгерметизации банки возможно попадание горячей щелочи в глаза и… мало не покажется.

---

Что же будет происходить внутри аккумулятора Ni-MH, если подать на него 5В?

1. Надеюсь, некоторые догадываются, что при протекании электрического тока в ходе заряда любого аккумулятора на электродах происходит электролиз.
Возьмем Ni-MH. Если внешняя разность потенциалов не превышает 1.65В, то сначала идет заряд аккумулятора, потом к нему добавляется т.н. кислородный цикл. Потом заряд переходит в перезаряд на фоне доминирующего кислородного цикла. См. ТУТ, часть 1.
Причем, все эти 3 явления почти полностью обратимы (хуже всего с перезарядом).

2. Почему же во всех ЗРУ, работающих в «никелем», есть ограничение сверху ~1.60...1.65В? Потому что выше этой условной границы становится возможным электролиз электролита (водного раствора КОН), а это уже необратимый процесс.
На самом деле, это ни что иное как разложение воды на два газа Н₂ и О₂.
КОН тут выполняет роль катализатора (вещества, облегчающего протекание процесса, но в результате остающееся химически неизменным).
К слову, смесь Н₂ и О₂ еще называется «гремучим газом» (или «гремучей смесью»), но этого не нужно бояться. Его (её) там образуется с гулькин нос.
Куда опаснее, что та смесь образуется в замкнутом объеме и создает избыточное давление.

3. Для сброса избытка давления в р-не «плюса» предусмотрен защитный клапан, представляющий собой резиновый цилиндрик (у Энелупов) или параллелепипед (GP), который затыкает дырку 1мм, являющуюся входом в основную часть банки.
. Резинка заполняет внутреннюю полость пимпочки «плюса».
Для лучшего понимания сделал разборку двух GP.

У Энелупов все тоже самое, только резинка цилиндрическая с «упорной площадкой».

4. Вот что написано в одном из многих вменяемых (☭) пособий для технологов про разложении воды электролизом в растворах электролитов***.
***Прим. Термин «электролит» в разных областях знаний имеет разные значения.
Электролит (в физике и технике) — раствор, проводящий эл. ток.
Другими словами, это КОН+Н₂О.
Электролит (в химии) — вещество, которое в полярном растворителе (Н₂О) полностью или частично распадается на ионы.
Для химиков КОН — это электролит, а Н₂О — тот самый полярный растворитель.

Максимум электропроводности раствора КОН при 30%(масс.) — это единственная причина, по которой растворы этой щелочи с концентрацией ~30% используются в Ni-MH акку и щелочных батарейках (минимум внутреннего сопротивления). Но эти же 30% способствуют наиболее активному протеканию электролиза Н₂О, если некий чудик подаст 5В на электроды.;)
При постоянной Т, по мере электролитического разложения воды, концентрация р-ра КОН увеличивается и электропроводность должна понижаться… Но кто сказал, что банка не будет нагреваться?
Я вижу 3 варианта окончания этого безобразия:
• полное разложение воды (или переход оной в пар) → падение электропроводности до ~0
• срабатывание защитного клапана
• взрыв банки
Второго и третьего вариантов хотелось бы избежать. Поэтому в ходе экспериментов велась запись силы протекающего тока и Т поверхности банки.
А заодно глянем, что там с емкостью акку до и после этой дичи.

2.2 Опыты

Подготовил 4 образца: два Энелупа и два Фуджика (это Энелупы с наклейкой завода-изготовителя самых «правильных» Энелупов — FDK)
Второй цикл протекал рядом с приоткрытой створкой окна, а за бортом — колотун, чуть выше 0 град.
Алгоритм:
• заряд 400мА (0.5С), дельта 3мВ
• пауза 30 мин
• заряд 160мА (0.2С) до 1.00В
• пауза 30 мин

Опыт №1

Использовался обр.№1.
Сетевой адаптер с ограничением по току 1А (родной Хуавей от старого телефона)
Реальный ток замерялся USB-дохтором WITRN U2 и был 1.07А. А напряжение просело до 3.2В. Поэтому сабж не запустился (не зажглись светодиоды). Но ток через акку шел.
Запись Т велась в память Флюка.
Я подождал 10 мин. и остановил эксперимент, т.к. зарядная коробка не стартанула.
Т = 22.5 → 29.5 ºС

Опыт №2

Использовался обр.№2.
Сетевой адаптер с ограничением по току 2А (родная Ленова от старого телефона)
Пошел ток 2.2А. А напряжение просело только до 4.65В, а через 2 мин. дошло до 4.85В. Сабж сразу запустился (зажглись светодиоды).
Через 2 мин. я был вынужден остановить эксперимент, т.к. запахло горелой пластмассой, а через несколько секунд пошел белый дымок.
За 2 мин Т = 24 → 31.5 ºС
Вскрытие показало, что горел резистор R11А в обвязке второго ОУ, который обслуживает 3 и 4 каналы. Все сходится, образец находился в 3 слоте.
На всякий случай потыкал острыми щупами по местам пайки R11А и R11 и замерил сопротивление (тупо на плате, не выпаивая). Оно оказалось почти одинаковым, ~0.5 Ом и близким к заявленным «R501». Могу предположить, что это токовые шунты. А у R11А обгорел пластиковый корпус, но сопротивление не поехало.

Как результат: устройство осталось полностью рабочим, в том числе и по слоту 3. Даже чудит 1:1 как прежде, я специально проверил.))

Опыт №3

Использовался обр.№3.
Ну раз зарядная коробка не потянула хорошую нагрузку на Ni-MH, то надо попробовать с использованием ЛБП.
Нашел старенькую струбцину-держатель, вставил образец, примотал скотчем термопару.
Выставил на Кораде 3005 ограничения 5В и 5А, включил запись видео панели ЛБП, запись Т на Флюке и снял вот такую кривую:
После 65-70ºС начались легкое потрескивание каждые 2-3 сек. Возможно, срабатывал клапан сброса давления. Через 10 мин. 26 сек. температура достигла значения 96.2ºС и я отключил нагрузку. Здоровье дороже.

---

Дал отдохнуть образцу 4-5 часов, сделал замер накопленного заряда и энергии.
Ведь эти 10 мин подопытный не только подвергался экзекуции, но еще и заряжался.
Получилось вот такое: 555мАч/651мВтч. Это 74%/70% от значений, представленных в табличке.

Осталось определить уровень потери емкости/энергоемкости.
Поставил на 3 цикла подряд (см. под табличкой выше) и лег спать. Через 5.5 ч проснулся и обнаружил, что «дельта» не поймана, а в банку уже «залилось» чуть больше 2000мА.
Ирония судьбы в том, что именно эта четверка ААА выступала в качестве подопытных в статье "… Как не проскочить -∆V?". И там все они при токе заряда 400мА показывали ∆V=3мВ с трехкратным запасом.
Сделал замер емкости на гостовском токе 0.2С (160мА). Оказалось, все норм: 756мАч/933мВтч. Никаких потерь пока не наблюдается, все в пределах погрешности измерений. Наверное, надо было выставить ограничение по току 1...2А и промурыжить несколько часов до полного разложения воды. Правда, практический смысл такого исследования пока совсем непонятен.:)

Несмотря на токово-температурную шоковую терапию акку остался пока работоспособным. Но не следует забывать, что это японский Энелуп, а не поросячий хвостик.;)
Правда, теперь неясно каким образом ловить окончание заряда. Нужно попробовать заряжать при 750-800мА. Для свежих это было допустимо и чуть ли не рекомендовалось производителем.

Заключение

1. Сабжевую «зарядку» покупать не рекомендую. Необъяснимо чудит на цветовой индикации.
Как готовая коробка с держателями для наполнения своими потрохами — почему бы и нет… Но есть жесткое ограничение по типоразмерам — только АА и ААА.

2. На примете есть зарядка, умеющая Li-ion 1.5В, Li-ion 3.7В и Ni-MH.
Но опять — только АА и ААА. Плюс странное ограничение 250мА/слот в режиме Li-ion 1.5В. Какая им разница, ведь зарядкой занимается исключительно управляющая плата сложно-составного устройства, называемого «Li-ion 1.5В».
Я уже рассказывал о Li-ion-1.5В, в которых зарядный ток выставлен производителем 400-450мА (Hoco ААА на чипе SM5102).
И за все это китайцы хочут 500 р. Вот сижу и думаю — оно мне надо?

И на этом пока всё.
С днем космонавтики, товарищи!
Всего доброго.