Зарядное устройство Modiary MDA238 42V 2A для 10S сборок литиевых аккумуляторов

Как-то несколько раз я делал обзоры зарядных устройств для литиевых батарей, они были под сборки 3S, но более критично было то, что они были слишком упрощены схемотехнически. После этого меня неоднократно спрашивали, какое зарядное устройство купить чтобы оно было более безопасно для батарей и его не надо было «допиливать», пусть даже по более высокой цене.
И вот я заказал зарядное устройство, которой предположительно относится к более правильному типу, впрочем подробнее как всегда в обзоре.



Одним из ключевых параметров безопасности заряда литиевых аккумуляторов и батарей является функция отключения зарядного устройства по завершении процесса заряда, чаще всего на этом экономят и зарядное после перехода в режим CV (Constant Voltage) в нем и остается. Такое решение предельно простое и по сути представляет из себя обычный блок питания с функцией ограничения тока для режима СС (Constant Current). Собственно реализовать такое зарядное можно даже самому «из палок и веревок».

По большей части такой режим заряда безопасен если процесс контролируется пользователем, т.е. засветился зеленый огонек, значит можно отключать. При этом можно отключить сразу, можно через час, но если этого не сделать, то растет шанс пробоя аккумулятора, особенно если они изношены, думаю многие замечали как после отключения зарядного быстро падает напряжение на клеммах старых батарей.

Я не химик, но предположу что проблема заключается в дендритах, из-за которых может как увеличиваться саморазряд, так и происходить пробой почти накоротко, что соответственно ведет к нагреву ячейки с последующими спецэффектами. И чем батарея больше, тем спецэффекты сильнее.

Зарядное заказывалось почти «наобум», так как я не знал, правильное оно или нет, были лишь предположения.
Кроме того параметрами выбора являлось напряжение, 10S довольно распространенные сборки, а по мощности, подумал что если на 2А будет сделано нормально, то с большим шансом и остальные у этого производителя будут схемотехнически сделаны аналогично.

Характеристики со страницы товара:
Вход: 100 — 240 В переменного тока
Выход: 2А (85 Вт) CC/CV с конечным напряжением 42 В + 0,2 В
Штекер постоянного тока: 5,5 мм / 2,1 мм (круглый штекер), на самом деле разъем 2.5мм.
Длина кабеля: около 100 см
Нагрузки: литий-ионные велосипедные батареи 36V
GS-сертифицированные стандарты безопасности в соответствии с § 21 ProdSG

Упаковано очень скромно.


Комплект поставки также предельно прост, зарядное устройство, кабель и инструкция.


Хотя в данном случае это не инструкция по пользованию, а предупреждение, чего нельзя делать.
Кабель стандартный, с одной стороны вилка без заземления, с другой привычный штекер «восьмерка», на вид кабель неплохой.


Зарядное внешне напоминает блок питания для ноутбука, размеры — 146х65х34мм, специально не взвешивал, но по ощущениям увесистый.


Снизу много предупреждающих надписей, а также характеристики, значки соответствия различным стандартам и не менее нужное — указание вариантов типов разъемов и их распиновки.
В моем случае штекер самый обычный, как у многих блоков питания, но есть варианты с трех и четырехконтактным штекером.


Корпус блока питания явно прочный, на одну сторону вынесен разъем питания, на другую выходной кабель, сверху светодиод индикации режима работы, снизу четыре ножки.
Выходной кабель имеет непривычное для наших стандартов сечение, 0.824мм.кв, да и внешне заметно толстый, заявлено что разъем 5.5х2.1мм, но насколько я могу судить, в реальности внутренний диаметр 2.5мм, по крайней мере к таким гнездам он подходит.


Светодиод светит не очень ярко, зеленым в режиме «заряжено» или когда не подключена нагрузка, красным в режиме заряда.


Для тестов зарядное устройство было подключено к нагрузке с режимом CV, который в некотором роде эмулирует нагрузку в виде аккумулятора.
Погрешность измерения у нагрузки великовата, но для оценки вполне хватает.

При напряжении 41.83 вольта ток заряда был 1.8-1.9А, если напряжение немного поднять, то при 42 вольта (4.2 на ячейку) он падал до 0.8А, дальнейший рост напряжения ведет к снижению тока, а уже при 42.14 ток упал до нуля и при этом зарядное включило зеленый светодиод.


Если напряжение снижать, то зарядное ведет себя немного по другому.
При 25-30 вольт (2.5-3.0 на ячейку) ток заряда те же 1.8-1.9А, но при напряжении 20 вольт ток снижается до 0.6А, если понизить напряжение еще ниже, зарядное отключает выход, хотя само по себе продолжает работать.
Т.е. если при попытке зарядить аккумуляторную батарею с напряжением ниже 18-20 вольт за счет тока напряжение не поднимется выше 2 вольта на ячейку, то сработает защита.

Защита триггерная, чтобы её снять надо отключить зарядное от сети, подождать пока погаснет светодиод и подключить снова.


Для более реальных экспериментов я взял одну из батарей для гиробордов, она как раз 10S2P и имеет емкость 4.4Ач, потому данное зарядное устройство отлично для неё подходит.
Но так как батарея имела большой разбаланс, то первый тест пошел не совсем нормально.

Началось все как и должно быть, ток заряда 1.9А, что кстати меньше заявленных 2А, через время ток начал постепенно падать и при значении около 1.1-1.2А зарядное отключилось.
Потом я перепроверил, включив один тестер в качестве регистратора напряжения, а второй как амперметр, ситуация повторилась, причем на последнем фото видно, что после отключения напряжение на аккумуляторе начало немного падать.

Но оказалось что отключалось на самом деле не зарядное, а плата защиты батареи из-за разбаланса, хотя здесь тогда не совсем понятно, почему падало напряжение. Но реле в зарядном щелкало и внешне все отрабатывалось нормально.


Меня такая ситуация не устроила, я попробовал со второй такой же батареей, там было примерно то же самое потому было решено подключиться к разъему самой платы, т.е. до защиты, но перед экспериментами я её все таки немного отбалансировал.

Предупреждение — так делать можно только в одном случае, если вы четко понимаете что делаете, в противном случае возможны проблемы вплоть до возгорания батареи!!!

После этого все пошло красиво, зарядное заряжало батарею, при снижении тока заряда до 200-220мА светодиод засветился зеленым, но заряд продолжался, когда ток упал примерно до 100мА щелкнуло реле и зарядное отключилось, светодиод остался светить зеленым, но тока в цепи не было.


Далее меня стал интересовать вопрос, а как будет оно себя вести при переподключении питания или подключении/отключении батареи.
Оказалось что в данном случае поведение зарядного полностью одинаково, что отключаем питание, что батарею, причем одинаково некрасивое.

И так, батарея почти полностью заряжена, отключаем сеть, подключаем через несколько секунд, зарядное начинает заряжать батарею током 0.31А (случайная величина), ток начинает снижаться, когда он дошел до 50мА я просто отключил питание так как смысла дальше ждать не было, зарядное не «взвелось».

Последующие эксперименты показали, что для перехода в нормальный режим работы надо чтобы ток заряда поднялся примерно до 500-700мА (точную величину возможно еще уточню), если меньше, то зарядное будет работать просто как обычное с переходом в CV и без автоотключения. Связано это скорее всего с наличием функции автостарта, а не отдельной кнопки RUN по нажатию которой начинается заряд. Я уже как-то пробовал делать подобное в одном из обзоров и скажу что реализовать корректно данную функцию не так просто, хотя если в устройстве поставить микроконтроллер, то было бы гораздо проще.


С режимом заряда можно сказать что разобрался, потому перешел к тестам на прогрев.
Чтобы тест проходил в режимах близких к максимальным, я подключил зарядное не к аккумулятору, а к нагрузке и выставил напряжение близкое к максимальному, соответственно эмулировалась работа с максимальной выходной мощностью.

1. Примерно через 5 минут после старта на термофото стали заметны места нагрева, слева, предположительно в районе трансформатора или выходного диода и небольшой нагрева справа.
2. Через пол часа корпус прогрелся до 55 градусов.

Ниже вы видите парные фото, с термометром и тепловизором, сделаны они не просто так. Все дело в том, что тепловизор и термометр измеряют температуру по разному, тепловизор «ищет» точку с максимальной температурой, а термометр усредняет температуру всего корпуса, потому всегда будет занижать измеренное значение. Даже когда вы используете пирометр с «лазерным наведением», то это ничего не меняет, точка будет просто в центре измерительного пятна, не более. Я в работе пользуюсь компактным пирометром не просто так, в отличие от больших он умеет измерять температуру мелких объектов, например транзисторов и диодов.



1. Час работы, температура корпуса 65 градусов
2. Два с половиной часа, корпус прогрелся до 71 градуса в самой горячей точке, и до 56 градусов в среднем. Напомню, это максимальный режим, в реальности такого не будет так как напряжение будет либо ниже, либо поднимется до 42В и начнет падать ток.

Кстати еще нюанс, пластмасса корпусов частично прозрачна в ИК диапазоне, потому тепловизор «видит» сквозь неё.


Естественно зарядное устройство было разобрано, причем разобралось оно относительно просто, достаточно было пройтись по шву ножом простукивая его небольшим молотком.


Компоновка как у блоков питания мониторов, ноутбуков, т.е. два радиатора по длинным сторонам платы, остальное внутри.


1. Входной диодным мост приклеен герметиком к радиатору, впрочем мощность там небольшая, скорее всего его просто так закрепили, а не пытались отводить тепло.
2. Также герметиком плата закреплена около выходного кабеля.


Срезав герметик вынул плату из корпуса, но помимо герметика сидела она там довольно плотно.


Немного о компонентах и схемотехнике.
1. Входной сетевой фильтр на 5 баллов, есть сам фильтр состоящий из двух дросселей и конденсаторов Х-класа, предохранитель, термистор и даже варистор.
2. На входе установлен конденсатор 120мкФ, что для нашего сетевого напряжения с приличным запасом и подойдет даже для работы в полном диапазоне сетевого напряжения 100-240В. Удивляет обилие герметика которым залита плата.
3. Маркировку высоковольтного транзистора полностью рассмотреть не смог, судя по окончанию он на 600 вольт, помешала плотная компоновка, следы лака на транзисторе и неожиданно — изолятор, такого решения я как-то еще не встречал. Не понравилось то, что рядом с ним токоизмерительный резистор и он почти касался радиатора.
4. Слева от трансформатора два Y-конденсатора соединенные последовательно для повышения безопасности, справа подстроечный резистор для установки выходного напряжения.
5. На выходе диодная сборка MUR1040CA, 10А 400В, правее в термоусадке резистор снаббера. Здесь же видно реле отключения выхода.
6. Также на выходе есть два дросселя, обычный и двухобмоточный, конденсаторы 470+220мкФ 50В, трансформатор имеет две обмотки, силовую и вспомогательную для питания схемы управления и контроля тока. Правее и ниже замечено место под разъем термодатчика, но самого разъема нет.



Внешне к качеству сборки претензий особо не возникло, все чисто и аккуратно, компоненты не только закреплены клеем, а и сама плата покрыта защитным лаком.


ШИМ контроллер OB2202CP, здесь собственно ничего необычного, контроллер как контроллер. Заинтересовало то, что на него заходит и напряжение, которое берется с делителя входного переменного напряжения.
Защитных прорезей на плате нет, но безопасные зазоры на плате соблюдены, также в высоковольтных цепях установлено по два последовательно включенных резистора, хотя конечно по хорошему надо бы три, но два также проходят в допуск так как каждый имеет напряжение до 200В.



В выходной части все сложнее, здесь два чипа, справа банальный операционный усилитель AS358M (аналог LM358), на левом маркировка к сожалению стерта :(
Схему не перечерчивал так как один из чипов не имеет маркировки, вполне возможно что это какой-то микроконтроллер хотя не удивлюсь и простому компаратору, а кроме того верхняя часть платы прилично залита герметиком.
Хотя если будет интерес к этому зарядному, то возможно перечерчу хотя бы выходную часть так как первичная ничем особым не примечательна и может быть заменена на любую подобную.



Раз уж я открыл корпус, то провел термопрогон с измерением температуры компонентов, для этого подключил зарядное к той же нагрузке и задал тот же режим работы, время термопрогона 1 час 30 минут, для измерения крышка блок питания снималась без снятия нагрузки, т.е. «на ходу».


В поле МАХ вы видите температуру около 100 градусов, оказалось что так греется резистор снаббера выходного диода, в данном случае не критично.
Термофото через 30, 60 и 90 минут после начала работы.


Температуры отдельных компонентов, ни одна из них не вышла за допустимые пределы, я бы даже сказал что еще есть запас примерно в 20 градусов и это при том что тест проходил в условиях более тяжелых, чем реальные.


Выводы.
После тестов и детального осмотра у меня остались положительные впечатления и тому есть свои причины:
1. Качественная сборка и конструкция
2. Компоненты хоть и «китайские», но явной экономии не замечено
3. Есть отключение аккумулятора после окончания заряда.
4. Есть защита отключающая заряд при попытке работы с переразряженной или неисправной батареей.
5. Отсутствие перегрева
6. Наличие вариантов с другими типами штекеров.
7. Его не надо дорабатывать

Не обошлось и без недостатков, к ним я отнесу один — после переподключения питания или выхода, в некоторых ситуациях зарядное не отключается после окончания заряда. Проявляется это тогда, когда после подачи питания ток не превышает 500-600мА (ориентировочно). Но здесь я сделаю небольшую оговорку, такое возможно с полностью заряженной новой батареей, потому как если батарея старая и изношенная, то даже после короткой паузы напряжение на ней падает и ток заряда скорее всего подскочит до предела срабатывания системы контроля. Т.е. как раз в тех ситуациях когда нужен контроль, будет работать нормально.

Если коротко, то похоже что зарядное хоть и изготавливалось (и скорее всего разрабатывалось) в Китае, но делалось для европейского рынка, потому здесь не экономили на фильтрах и пр., отличает его от блоков уровня Минвелл в основном только то, что конденсаторы (по крайней мере выходные) применены от малоизвестных фирм.

В остальном могу сказать что да, дорого, тем более на нкон платная доставка и если его покупать, то лучше с «довеском» в виде аккумуляторов, но на мой взгляд безопасность стоит дороже. Также буду благодарен если кто-то подкинет ссылки на аналогичные зарядные, т.е. имеющие функцию автоотключения.