Простейший конденсаторный балансир для 4S батареи: как устроен, схема и описание

- Цена: 425 р
- Перейти в магазин
Добрый день!
Ниже — описание, видимо, простейшего из возможных активного емкостного балансира. Минимум деталей, минимальная цена, возможность работы с Li-ion и LiFe батареями. Что у него внутри и как это работает — под катом.
Печатная плата приятного фиолетового цвета

и на обороте шелкографией заботливо указаны размеры: 48х18х7.5 мм. Там же написано про диапазон напряжений ячеек от 2.5 до 4.2 В. Пятиконтактный разъем с шагом 2.0 мм — для подключения к батарее.
Электрическую схему этого устройства легко восстановить. Вот она:

Задающий генератор на микропотребляющей версии таймера 555 по стандартной схеме для коэффициента заполнения 0.5 питается от одной ячейки батареи через диод D1. Этот диод нужен для защиты от обратного напряжения, когда нижняя ячейка не подключена. Зачем здесь резистор R2, знает только безвестный китайский инженер. Вход THRES — такой же высокоомный вход компаратора, как и вход TRIG, и резистор тут не нужен.
Таймер управляет драйвером полумоста U2, включенным по абсолютно стандартной схеме. Маркировка этого драйвера тщательно удалена. Предположу, что это EG2131 или какой-то его собрат по пять центов за штуку.
Топология коммутатора — тоже простейшая из возможных. Транзисторы верхнего и нижнего плеча, поочередно открываясь, соединяют конденсаторы C2, C4, C8 поочередно с двумя ближайшими к этим конденсаторам ячейками. Соответственно заряд переносится только между соседними ячейками, однако при малом их количестве это не такой уж страшный недостаток. Зато использовано минимально возможное число транзисторов и конденсаторов.
Есть и сомнительный, мягко говоря, момент. Использованы транзисторы 9926A безвестного производителя (кто же скажет, чья маркировка 9926A AF1B107). Оригинальная разработка 9926А — это транзисторы с низким пороговым напряжением и нормированным сопротивлением открытого канала меньше 30 мОм уже при 2.5 В на затворе. Это и правильно, транзисторы в этой схеме должны уметь открываться напряжением одной ячейки. Однако ценой за это у оригинальных FDS9926A стало допустимое напряжение на затворе, всего 10 В. Известные мне клоны имеют Ugs max от 8 В (например, китайские UMW CEM9926A) до 12 В (например, «фирменные» Vishay Si9926CDY). А в этой схеме размах напряжения на затворе близок к напряжению четырех ячеек, раза в полтора больше максимально допустимого.
Автору приходилось видеть китайские мосфеты с Ugs max=8 В, которые пробивались уже при 10..12 В. Однако экземпляр этого балансира работал с полностью заряженными ячейками (LiFe, не совсем честный тест) и выжил. Может, все и не так страшно.
К тому же на плате есть зеленый светодиодик, который тускло светится при работе устройства.
Питание таймера подведено через два пада с перемычкой. Если перемычку перерезать, к падам можно припаять выключатель.
Ток балансировки. Вряд ли есть смысл специально его мерить. Частота таймера — примерно 6.4 кГц. Вот с этой частотой конденсатор C=220 мкФ переносит заряд C*dU, где dU — разность напряжения между ячейками. Если, конечно, успеет перезарядиться через сопротивление мосфетов, проводов и ячеек за отведенные ему примерно 75 мкс. Примерно 150 мА на каждые 0.1 В разбаланса. То есть это изделие — для небольших батарей.
Собственное потребление, значимое для маленькой батареи — на перезаряд затворов примерно 100..120 нКл, если транзисторы похожи на оригинальные, с той же частотой, это под 700 мкА, плюс сто-двести микроампер на внутренние нужды драйвера.
На фото продавца балансир показан с соединительным кабелем. Автор не помнит, то ли ему не положили кабель, то ли он его потерял. Вероятнее все же первый вариант.
В завершение — две осциллограммы, просто для эстетического удовольствия.


+31 |
1785
59
|
+53 |
2893
70
|
+100 |
3230
61
|
по поводу простейших, эти попроще :)
https://aliexpress.ru/item/1005006040281226.html
но тоже самое только на керамике.
(один сгорел, элемент один перепутал полярность)
экономия в 200р того не стоит
а потому это неплохое решение на аккумах которые постоянно в работе и точно не успеют разрядится.
сейчас себе заказал 4 таких платки под 5S только с керамикой
мне вот интересно вам количество знаков не понравилось? или недостаток какой либо информации? если второе, какой именно, я с своей колокольни смотрю, и вроде все понятно. но я с подобными давно знаком.
пс минус не мой, но поддерживаю :)
у человека первый обзор
Не стесняйтесь, ставьте. Виртуальные оценки мне индеферентны.
Пы.сы. Вот что ИИ написал:
а выводы, это тема для людей понимающих в электронике, у них в базе с анализом все в порядке должно быть. плюс как уже сказал это у человека первый обзор, и не всем дано быть Киричем.
вся база в обзоре дана как имхо в полном объеме. а личные выводы, я например сперва подобные платки повыкидывал, а теперь опять заказываю. все меняется все течет.
Ток балансировки не ограничивает _количества_ ячеек. Топология коммутатора, когда заряд передается только между соседними ячейками, _может_ ограничивать. А может — и нет, это будет зависеть от конкретного кол-ва ячеек, от потребного профиля заряда-разряда, от химии (вот у лифера зарядная кривая намного более плоская, а еще есть титанатные и натриевые ячейки). Есть и другие топологии, когда конденсаторы выравниваются не об соседнюю ячейку, а об следующий уровень в дереве конденсаторов. Если надо, применяйте их.
«Балансировка проводится стабильно и безопасно о только при небольшом токе и разбалансах» — это вообще о чем? Токе чего, заряда? Балансиру на него наплевать. Что до разбаланса, то даже огромный разбаланс в 1 В между соседними ячейками практически безопасен. При всех реальных внутренних сопротивлениях этих конденсаторов и штатных проводках 0.15 квадрата вы не выйдете за пределы SOA, а при этой частоте коммутации не превысите допустимую мощность для SO-8. Ну, если у вас эмбиент не сто градусов, но тогда аккумуляторы раньше взорвутся.
Слова про «регулярное использование» в контексте сравнения длинного с зеленым тоже как-то не очень. Угу, типовые резистивные балансиры чаще всего работают только в узком диапазоне напряжений вблизи конечного напряжения заряда, а потом выключаются и потребляют несколько микроампер. Эта конкретная плата потребляет миллиампер, пока провода подключены, и, да, она высадит ваш аккумулятор со временем. Если под регулярным использованием понимать регулярный заряд, то она справится. Лучше или хуже — все еще будет зависеть от реализации каждого из балансиров, резистивного и емкостного, параметров их алгоритмов и профилей использования батареи.
не видел такой, закажу парочку :)
она работает только в конце когда напряжение превышено 4.2в
но вся проблема в токе… чтобы она что успела погасить ток заряда не должен быть большее 50мА
(на резистор в 100ом скидывает излишек — около 40мА)
Хотя такая схема правильная
но только если ток на резистора\лампе с каждого элемента будет больше чем зарядный
чтобы дать другим элементам продолжит заряд до отключения по напряжению
p/s
на али есть такое оно имеет уже ток 300+мА
DDCB04QA1-4 cell
p/s/s
а та что в теме она не по напряжению элемента выравнивает
а по разности между ячейками на всем протяжение работы
разницы не замечаете?
то что вы выложили работает так как вы и описали, а вот то что выложили выше, совсем не факт, не спешите с утверждениями пока не будет оснований.
я не про эту схему, а в той которая заинтересовала ничего в заголовке нет.
И это по мимо того что ток этой платы 20А китаских .(два мосфета у разёма)
.с бесколетроными моторами будут проблемы
.
p/s
На балансиры с электролитами по 17уй за 4S-6S модуль жаба не дает добро.
.
но дороговато 600р за 5S
Поработал, сделал свою работу до конца и помер, на дисплее только подсветка.
с точностью 5 мВ
Такчто для каждого свои цели. SKYRC B6Neo для 18650 заточен и липольки
А Heltec и его аналоги на АКБ 100-300А акб
пополамот байпасного и непосредственно от ячейки (не пополам, это я не подумал: емкость ячейки много больше емкости байпаса, если расмматривать ее как идеальную RC цепь, большая часть энергии будет взята из нее). С байпасными конденсаторами переменная составляющая тока через ячейки все-таки ниже, спектр другой, я а не разбираюсь в электрохимии батарей и не знаю, насколько это важно. Шуметь на частоте коммутации батарея будет меньше. Ну, и когда какая-нибудь ячейка сгниет, внутреннее сопротивление вырастет, конденсатор все-таки поможет. Лень самому считать на бумажке процессы перезаряда в схеме из трех разных конденсаторов итрех(пяти — еще ключи и провода) разных сопротивлений, но это всегда можно спросить у чатагпт.