Аккумулятор “SMARTOOOLS 9V 650mAh” и микромощный балансир к нему.

Начну с того, что Smartoools 9V это литиевый аккумулятор (а точнее аккумуляторная батарея) формата 6F22 с разъемом TYPE C для зарядки от USB порта. По спецификации вполне приличные аккумуляторы, а что на самом деле будем разбираться.

Спецификацию можно посмотреть на сайте производителя.

Покупал давненько чуть меньше чем 4$ за штуку. У продавца уже нет этого товара, поэтому ссылку на товар не даю, но у других продавцов еще можно найти, правда цена будет немного другая.

Что внутри?

Фото разборки

Еще фото

Внутри пластикового корпуса два Li-ion аккумулятора включенных последовательно. Т.е. на полностью заряженной аккумуляторной батарее напряжение не превысит 8,5 В в лучшем случае. Аккумуляторы без маркировки, размер каждого 32х20х7мм. Исходя из этого можно примерно оценить емкость аккумуляторов. Заряжается батарея step-up преобразователем от 5В. Пока идет зарядка горит красный светодиод. После окончания зарядки красный светодиод гаснет, загорается синий светодиод. Контроллера заряда как такового нет. Но на step-up преобразователе ограничивается ток, которым накачиваются аккумуляторы. Момент окончания зарядки определяется защитной м/c типа HY2120. Эта м/с отключает аккумуляторную батарею от цепей питания, когда напряжение на любом аккумуляторе достигнет порогового уровня (к сожалению, по маркировке не удалось установить пороговое значение). Если аккумуляторы разбалансированы или имеют разную емкость, то после зарядки один из аккумуляторов будет недозаряженным. При этом напряжение батареи будет ниже, чем при сбалансированных аккумуляторах.

При разрядке похожая ситуация, более “слабый” аккумулятор отдаст всю свою энергия и отключит всю батарею несмотря на то, что в другом аккумуляторе еще останется какое-то количество энергии. Для устранения этого недостатка применяются балансиры, но для удешевления продукции такой опцией часто пренебрегают.

Smartoools 9V не исключение.

Для тестов выбрал из 6-ти доступных самую “плохую” аккумуляторную батарею, с наименьшим напряжением и не ошибся. Она оказалась весьма показательной, со значительным разбалансом составляющих аккумуляторов.

При тестировании использовал: USB зарядку 5В, USB тестер Т18 (для контроля зарядки), тестер емкости ZB2L3 (разряд), мультиметр BRYMEN BM859CFa.

В таблице под спойлером несколько циклов заряд-разряд (так получилось, что начал с разряда, но это не суть важно).

По результатам тестов видно, что емкость не дотягивает до значений спецификации от производителя.

Попробуем сбалансировать батарею. Описание примененного балансира ниже.

После установки балансира

Продолжение. Заряд-разряд батареи с балансиром

После отключения балансира

Очевидно, что после “выравнивания” аккумуляторов их емкость используется более рационально, причем даже с отключенным балансиром. Без балансира со временем дисбаланс может увеличиваться из-за не совсем одинаковых характеристик аккумуляторов. В любом случае емкость аккумуляторной батареи Smartoools 9V явно не 650 мАч.

Теперь перейдем к главному.

Схема аккумуляторной батареи “Smartoools 9V” + балансир

Микромощный балансир на базе charge-pump конвертера.

Идея не нова. Уже можно считать классикой балансир на ICL7660, но вместо SO-8 хотелось бы что-нибудь менее габаритное. И такое “что-нибудь” нашлось – LM2664.

Корпус SOT-23. Частота переключения 80 кГц (10 кГц у ICL7660). Выходной ток 40 мА, т.е. гипотетически можно перекачивать из одного аккумулятора в другой 40 мАч.

Для проверки с какой скоростью происходит балансировка в реальных условиях один аккумулятор был полностью заражен, другой полностью разряжен. Одновременно экспериментировал и с емкостью charge-pump конденсатора.

На графиках разница напряжений аккумуляторов при работе балансира с разным номиналом charge-pump конденсатора

По результатам тестирования. 10мкФ оказался оптимальным вариантом. 24 часа вполне достаточно чтобы сбалансировать даже самые разбалансированные аккумуляторы. Разумеется, для аккумуляторов с большей емкостью и время балансировки будет больше.

Типовое потребление LM2664 в рабочем режиме 220 мкА (из ДШ). У подопытного экземпляра оно оказалось около 170 мкА.

Продолжительный тест, батарея в режиме хранения, балансир все время работает (еще не окончен)

Постоянно работающий балансир постоянно расходует энергию аккумуляторной батареи. Хоть потребление балансира и незначительное, но за 5-6 месяцев он израсходует практически всю запасенную энергию. И тут очень актуальным становится режим Shutdown с потреблением 1 мкА (типовое значение из ДШ).

Микромощный балансир с микропроцессорным управлением.

Микропроцессор в данном случае следит за изменением напряжения на аккумуляторе и управляет работой балансира. Алгоритм простой: при изменении напряжения аккумулятора на несколько десятков милливольт балансир включается на определенное время. Если напряжение не меняется, то и балансир не включается, находится в режиме Shutdown. Микропроцессор практически все время находится в режиме «СОН», просыпается раз в 256 секунд для отслеживания изменений. Его потребление 0,55 мкА. Суммарное потребление всего балансира получилось чуть больше 1 мкА.

Схема балансира с микропроцессором

Фото платы

Печатку не выкладываю, потому как это был довесок к другому проекту при изготовлении, да и под разные аккумуляторные батареи может быть совершенно разный конструктив платы.

Фото как это выглядит в сборе

Подведем итоги.

Почти 500 мАч вполне хороший результат для относительно недорогих литиевых аккумуляторов типа «Крона».

Подобные балансиры со своей задачей справляются, но целесообразность их применения будет определяться сценарием использования аккумуляторной батареи.