Модуль защиты BMS 3S 25A с переделкой и установкой + аккумуляторы SONY US18650VTC4 + зарядка Colaier 3S 3A

Плата эта давно лежала в закромах, пока не подвернулся шанс использовать её по прямому назначению. Если Вы любите схемы и инструмент — будет интересно.

Из-за невысокой стоимости и встроенного балансира плату защиты можно встраивать прямо в батарейный блок электроинструмента. Функций зарядки плата не имеет.

Маркировка платы HX-3S-FL25A-A

Ранее уже были краткие обзоры этой платы, например тут

mysku.club/blog/ebay/47091.html

Размер платы совпадает с указанным 56х45мм, однако, толщина 4мм значительно больше заявленных 1,2мм, имейте это в виду.

Шунт собран из двух SMD резисторов по 5мОм в параллель (суммарно 2,5мОм).

Проволочные шунты всё-же надёжнее держат перегрузку, тут очевидно немного сэкономили, зато резисторы плоские и не торчат.

Полевики стоят AOD514 в параллель по 4 штуки

Балансировка собрана на базе HY2213-BB3A, номинальное напряжение балансировки 4,20В

Ток балансировки фиксированный 42мА (4,20В/100Ом=42мА), для не шибко ёмких аккумуляторов этого вполне достаточно.

Балансировка работает постоянно и независимо от схемы защиты. Пока напряжение на любом из аккумуляторов превышает 4,20В, к нему подключается нагрузочное сопротивление 100 Ом до тех пор, пока он не разрядится до 4,20В.

При желании, данную плату можно легко переделать в 2S просто замкнув перемычкой B2 и B+, при этом силовые ключи могут греться сильнее за счёт повышения сопротивления каналов полевиков.

Защиту обеспечивают контроллеры HY2110-CB

Не нарушая своих принципов, срисовал исходную принципиальную схему.

Схема хоть и выглядит сложновато, работает просто и понятно. Ошибки естественно никуда не делись — китайцы держат марку 🙂

Нумерация транзисторов показана условно.

На p-n-n транзисторах Q1-Q6 собран преобразователь уровней и сумматор сигналов с HY2210

На n-p-n транзисторах Q7-Q9 собрана нехитрая транзисторная логика управления силовыми ключами

Q7 отпирается при переразряде любого аккумулятора до напряжения ниже 2,40В, восстановление происходит при напряжении свыше 3,0В (после снятия нагрузки либо подключения к зарядке).

Q8 обеспечивает защёлкивание защиты после её срабатывания до момента полного снимания нагрузки. Одновременно, на нём организована быстродействующая защита при коротком замыкании нагрузки, когда ток прыгает свыше 100А.

Q9 отпирается при перезаряде любого аккумулятора до напряжения свыше 4,28В, восстановление происходит под нагрузкой при напряжении ниже 4,08В. При этом силовые ключи не препятствуют протеканию разрядного тока.

Точные пороги всех контроллеров я не проверял, т.к. это трудоёмко, но реально они не сильно отличаются от заявленных в спецификации.

S1 и S2 — просто контрольные точки, к термозащите отношения не имеют. Более того, замыкать их между собой нельзя. Как нормально подключить термозащиту — ниже расскажу и покажу.

На S1 появляется сигнал при переразряде любого элемента.

На S2 появляется сигнал при перезаряде любого элемента, а также после срабатывания токовой защиты.

Ток потребления платой очень мал — 8мкА.

Новые аккумуляторы SONY US18650VTC4

Аккумуляторы подписаны и проверены, ёмкость соответствует номинальной

1 – 2225мАч

2 – 2214мАч

3 – 2221мАч

Несмотря на наличие аппарата контактной сварки, аккумуляторы паял, т.к. в данном случае это лучшее решение.

Перед пайкой, необходимо аккумуляторы хорошо залудить.

Аккумуляторы спаяны и установлены на место

Плата припаяна (на фото плата уже переделана)

Соблюдать осторожность и не замыкать концы с аккумуляторов

Силовые провода — в силиконовой изоляции 1,5кв.мм

Контрольные провода — МГТФ-0,2

Типовая схема подключения платы не является оптимальной, т.к. к плате идут аж 4 силовых провода. Я подключил по более простой схеме, когда к плате идёт всего 2 силовых провода. Такое подключение допускается при малой длине соединительных проводов до аккумуляторов

Под нагрузкой при резком нажатии курка тут-же срабатывает защита платы 🙁

Сначала, я логично предположил, что она отрубается из-за токовой перегрузки, но замыкание шунта платы ничего не изменило. Стало понятно, что не токовая перегрузка платы вызывает срабатывание защиты.

Далее, подключил осциллограф в режиме записи к аккумуляторам и проверил напряжение на них под нагрузкой. Напряжение успело провалиться ниже 7В и защита тут-же сработала 🙁

Вот и причина срабатывания защиты. Почему напряжение так сильно провалилось, ведь аккумуляторы высокотоковые? Давайте займёмся измерениями и расчётами:

— напряжение аккумуляторов 11,4В (HP890CN)

— внутреннее сопротивление аккумуляторов из даташита на постоянном токе DC-IR 66мОм (3х22мОм)

— измеренное сопротивление двигателя 63мОм

— сопротивление соединительных проводов и переключателя шуруповёрта — 23мОм

— сопротивление платы защиты — шунт + MOSFET + провода подключения — 10мОм

Общее сопротивление цепи 66+63+23+10=162мОм

Ток в цепи 11,4/0,162=70А

Немало, однако…

Но проблема не в токе, а в падении напряжения на аккумуляторах.

При токе 70А напряжение каждого аккумулятора снижается на 70*0,022=1,54В и становится 3,8-1,54=2,26В. Вот она, реальная причина срабатывания защиты!

Корректировать или убирать защиту нежелательно — снижается безопасность использования, поэтому её надо просто замедлить на время пуска двигателя. Добавляем конденсатор 0,47мкФ в нужное место и задержка готова 🙂

Если кому-то паять мелочь на плату затруднительно, можно запаять конденсатор навесным монтажом между S1 и B-

Мне проще было поставить SMD конденсатор 🙂

Теперь есть достаточно времени, чтобы двигатель успел раскрутиться под нагрузкой. При жёсткой блокировке двигателя на полном газу, защита срабатывает через 0,3 сек, а не мгновенно, как раньше.

Переделанная плата

На резистор 470кОм не обращайте внимания — родной резиcтор 510кОм пострадал в результате экспериментов и был заменён что под руку попало 🙂

Плата содержит высокоомные цепи, поэтому после пайки необходимо тщательно отмывать плату.

Схема после переделки

Описание всех доработок

1. Выпаян ненужный конденсатор 0,1мкФ со 2 вывода HY2210 к шунту. Зачем его вообще поставили — непонятно, в даташите на HY2210 он отсутствует. На работу не влияет, но выпаял его от греха подальше.

2. Добавлен резистор база-эмиттер для нормального восстановления после срабатывания защиты.

Без него, автовосстановление защиты после снятия нагрузки работает крайне нестабильно, т.к. малейшие наводки на P- мешают сбрасывать защиту. Подходящий номинал резистора 1-3МОм. Паял этот резистор аккуратно непосредственно к выводам транзистора. Осторожно, не перегревайте его!

3. Добавлен конденсатор 0,47мкф для замедления срабатывания защиты от переразряда с 25мс (типовое для HY2210) до 300мс. Пробовал подключать конденсатор 0,1мкФ — защита срабатывает слишком быстро для здоровенного двигателя RS-775. Если двигатель совсем зверский, может понадобиться установка более ёмкого конденсатора, например 1мкФ

Теперь резкое нажатие на курок под нагрузкой не приводит к срабатыванию защиты 🙂

Подключение защитного термовыключателя.

К данной плате можно подключить как NO так и NC термовыключатель.

Схемы привожу ниже.

Я использовал NO термовыключатель KSD 9700 5A 70ºC

Приклеил его к аккумуляторам

Заодно решил отказаться от зарядки с БП через токоограничивающие резисторы и заряжать аккумуляторы переделанной зарядкой 3S 12,6V 3A

Итоговая схема получилась такова

Зарядка Colaier 12,6В 3А

https://aliexpress.com/item/item/12-6v-3a-lithium-battery-charger-3-lithium-battery-12v-polymer-battery-pack-charger/32304311673.html

Хороший обзор на неё уже делал ув. kirich, но мне как всегда есть что добавить

В исходном виде зарядка не держит заявленный ток 3А и перегревается. К тому-же, она излучает заметные помехи на близко расположенный радиоприёмник.

Зарядка была разобрана ещё до тестов 🙂

От простых БП зарядка отличается установленными дополнительно элементами схемы токоограничения

С доработками буду краток 🙂

— Поставил отсутствующий входной фильтр. Теперь радиоприёмник не реагирует на работающую зарядку.

— Переставил в нужные места термистор NTC1 (5D-9) и предохранитель LF1 (T2A)

— На плате есть место для установки разрядных резисторов R1 + R2. Они нужны для разряда CX1 после отключения зарядки из сети. Поставил разрядный резистор ОМЛТ-0,5 620 кОм параллельно CX1 🙂

— Поставил выходной дроссель L1 вместо перемычек. На работу никак не повлияло, ибо выходные пульсации для зарядки не имеют большого значения.

— Снизил выходное напряжение с 12,8В до 12,65В подключением параллельно резистору R29 8.2кОм резистора 390кОм

— Снизил выходной ток с 3,2А до 2А заменой резистора R26 1,6кОм на резистор 1кОм

Ток снизил потому, что во-первых, данная зарядка не может без перегрева выдать ток 3А, а во-вторых потому, что аккумуляторы US18650VTC4 имеют максимальный зарядный ток 2А.

Разводка печатной платы выполнена некорректно, из-за этого нет хорошей стабильности выходного напряжения и тока. Менять не стал ибо не сильно критично.

Выводы:

— Аккумуляторы SONY US18650VTC4 имеют только один недостаток — небольшую ёмкость

— Плата BMS 3S 25A способна работать нормально после небольшой доработки

— Зарядка 3S 12,6В 3A в исходном виде работает неудовлетворительно и требует значительной доработки, рекомендовать её не могу, извините

После переделки, шуруповёрт нормально работает уже 4 месяца. Снижение мощности не ощущается, заряжается быстро, чуть более часа.

Всех поздравляю с наступившим Новым Годом и спасибо всем, кто прочитал обзор от начала и до конца 🙂