Универсальный держатель аккумуляторов с четырехпроводным подключением

Не скажу что я много работаю с аккумуляторами, но все таки иногда приходится тестировать их на «профпригодность», а так как в основном речь идет о высокотоковых аккумуляторах, то пришло время приобрести к ним нормальный держатель.
Осмотр, описание, отличие разных принципов подключения и выводы как всегда под катом.


Заказывался данный держатель (не знаю как корректно назвать) в магазине у известного моддера 100MHz вместе с блоками питания на 48 Вольт. Доставка к посреднику стоит 1.88 доллара, но она разделилась на два товара, цена же самого держателя составляет $21.56.

Заявленный ток данного держателя составляет 20 Ампер, хотя на некоторых сайтах я встречал его же, но якобы как 40 и даже 60 Ампер. В данном случае я все таки склонен верить тому, кто его разработал и производит.

Изначально был замотан в большое количество пупырки, но так как посылку я получил довольно давно, то она уже куда-то потерялась. В итоге остался только пакет от посредника.


Вариант поставки представляет из себя набор для самостоятельной сборки.


У продавца также есть еще два держателя:
1. BF-3S, доступен в двух вариантах, на ток 5 или 10 Ампер — ссылка
И BF-1, который выпускается для тока 5, 10 и даже 30 Ампер — ссылка.


Габариты и вес приятно радуют, длина 135мм, вес только держателя 156 грамм, явно не пластмассовая игрушка.


Так как продается несколько вариантов держателя, отличающихся типом контактов, то они идут отдельно.


Плюсовая клемма имеет диаметр 8мм, конструктивно состоит из двух контактов, неподвижного силового и подпружиненного дополнительного. Внутренний контакт полностью изолирован от силового и соединяются они уже через клемму самого аккумулятора. На обоих контактах сделаны насечки, хотя корректнее сказать — фрезеровка, потому как высота насечек около 0.5мм.


Минусовой контакт конструктивно также выполнен с изолированным средним контактом, но имеет больший диаметр — 14мм, а кроме того немного другую конструкцию.


Дело в том, что здесь подпружинен не только средний контакт, а и вся контактная группа целиком. Единственное что мне не понравилось, так это довольно мягкая пластмасса в которой все это установлено.


Вообще выпускается несколько версий держателя, для начала есть пара акриловых, но они меня не интересовали.
Кроме того все они бывают на разный ток, определяемый видом контактной группы.
1. 10 Ампер
2. 20 Ампер
3. 30 Ампер
4. У 20 и 30 Ампер версий отличается только плюсовой контакт, минусовой одинаков.

Привычный вопрос, а есть такой на Алиэкспресс? Есть, самый дешевый что видел, стоит 43 доллара.

Конечно изначально я хотел купить 30 Ампер вариант, но по поводу него есть предупреждение, не использовать с аккумуляторами диаметром до 18мм включительно у которых плюсовая клемма плоская, можно закоротить ее на корпус аккумулятора. 30 Ампер версия подходит для аккумуляторов типа 26650 и возможно 21700, но здесь не уверен.


Также был удлиненный вариант, подходящий для аккумуляторов типа 32800 и 32900, но такие я не использую и смысла в держателе для них не вижу.


Так называемое «шасси», оно общее для почти всех вариантов (кроме удлиненного).


Присутствует номер модели — BF-2A, а также логотип производителя и размерная линейка. Держатель рассчитан на работу с аккумуляторами длиной до 70мм.


Снизу есть дополнительный паз в котором вкручено три винта с плоской шляпкой, назначение паза — прятать провода от одной из сторон держателя, винтами эти провода прижимаются чтобы не выпадали.


На мой взгляд довольно продуманное решение, по задумке это должно работать так как показано на рисунке.


Мало того, предусмотрен даже вырез под клемму подключения силового провода, на фото это нижний красный.


Сверху зубчатая часть которая фиксирует передвижную часть держателя, винт который видно в пазе, нужен только для того чтобы передвижная часть не выпадала.


Чтобы сдвинуть передвижную часть, надо ее приподнять, после установки в нужное положение — опустить, конструкция предельно проста, а с учетом того что почти все узлы выполнены из металла, то есть надежда что служить будет долго.


Естественно оба контакта изолированы от шасси, плюсовой контакт парой пластмассовых шайб по типу тех, что прижимают мощные транзисторы к радиатору, только существенно больше диаметром. Минусовой контакт имеет отдельный изолятор который играет и роль фиксатора для него так как имеет резьбу. На мой взгляд этот узел самый менее надежный из всей конструкции, но формально в работе он не испытывает нагрузок, способных его повредить.


На страничке магазина есть сборочный чертеж на котором показаны все элементы и то как они должны собираться, хотя на мой взгляд все на столько интуитивно понятно, что неправильно собрать еще надо постараться :)


Кроме того внутри передвижной части есть дополнительный фиксатор в виде подпружиненного шарика, который фиксирует передвижную часть в двух положениях, верхнем и нижнем за счет двух пазов в основной части. Пазы не видны, на самом деле их три, два для штифта, один для шарика (слева).


В собранном виде конструкция чем-то напоминает небольшой токарный станок :)
Минимальный размер аккумулятора который можно установить — 10мм, при этом в «расслабленном» состоянии контакты практически сходятся друг с другом. На самом деле сдвинуть можно еще плотнее, просто неудобно.
Максимальный размер между контактами составляет 68мм без отжима подвижного контакта, и 75мм с отжимом. Т.е. на самом деле можно без проблем использовать аккумуляторы длиной до 75мм и еще около 3мм останется на его установку.


Процесс установки аккумулятора:
1. поднять передвижную часть
2. сдвинуть до необходимой длины, начало правой фаски примерно соответствует длине аккумулятор по линейке на корпусе.
3. опустить передвижную часть
4. дальше надо прижать минусовым контактом аккумулятора минусовой контакт держателя и вставить аккумулятор.

Со второй-третьей попытки становится понятно как устанавливать и подбирать усилие прижима.


Ну и собственно установленный аккумулятор, в данном случае мой «подопытный» VTC4.


Плюсовой контакт имеет размер четко по размеру плюсового контакта аккумулятора, собственно теперь думаю становится понятно, что если бы он имел диаметр 14мм, как у 30 Ампер версии, то накрыл бы почти весь аккумулятор и соответственно мог его закоротить.
Диаметр минусового контакта подобран так, что как раз не заходит на термоусадку 18650 аккумуляторов, но есть сложность, если аккумулятор имеет меньший диаметр, даже наверное 17650 не говоря о 16340 и подобных, то придется ее подрезать.


В качестве теста я измерил сопротивление контактов, но так как непосредственно это измерить сложно, то измерял косвенным способом.
1. Сначала измерил сопротивление аккумулятора, оно составило 13.88 мОм
2. Затем измерил общее сопротивление с учетом всей конструкции, т.е. металлических гаек и прочего, вышло 16.53 мОм.
3. Этот и следующий тест проходили в варианте с максимальным прижимом аккумулятора, край подвижной части стоят примерно на 65мм.
4. Сопротивление по точкам ближним к клеммам аккумулятора (без учета гаек и пр.) составило 15.37 мОм
5. После этого сдвинул механизм правее на два деления, это крайнее положение когда аккумулятор еще нормально удерживается.
6. В таком варианте получил 16.85 мОм.

Итого выходит:
Полное сопротивление держателя при максимальном прижиме 16.53-13.88=2.65 мОм
Сопротивление контакта аккумулятор-клемма при полном прижиме 15.37-13.88=1.49 мОм или по 0.75 мОм на контакт.
Сопротивление контакта аккумулятор-клемма при ослабленном прижиме 16.85-13.88=2.97 мОм или по 1.5 мОм на контакт.

Между вариантом с максимальным и минимальным тестовым прижимом было еще одно положение, его сопротивление можно принять как среднее между двумя тестовыми, но я бы использовал вариант с максимальной силой прижима.
Дело в том, что даже при сопротивлении контакта в 1.5 мОм и токе 20 Ампер на контакте будет рассеиваться 0.6 Ватта, это немало. При полном прижиме потери в два раза меньше, около 0.3 Ватта. Данные потери не будут влиять на результаты измерений, но они будут нагревать как аккумулятор, так и сами клеммы, что на мой взгляд совсем не нужно.


Теперь маленькое пояснение, что вообще такое, четырехпроводное подключение и какое оно бывает.

Самый простой вариант подключения — двухпроводный, он используется в подавляющем большинстве устройств, чаще всего блоков питания и простых зарядных устройств. И собственно используется вполне успешно если вам не надо этот тестируемый аккумулятор разряжать или измерять отданную ему емкость. Недостаток — из-за падения напряжения на участке А-В (для примера я привожу только один полюс, со вторым все точно также) измеряемое блоком питания или нагрузкой напряжение будет отличаться от реального.
При заряде это почти не критично, так как заряд заканчивается при маленьком токе, но если вы хотите измерить емкость в Втч, то получите результат больше реального, к емкости аккумулятора прибавятся потери на проводах.
При разряде вы получите меньше емкость как в Ач, так и в Втч так как в первом случае разряд просто отключится раньше из-за того что есть падение напряжения на проводе, а во втором случае из-за потерь на нагрев этих проводов. Так допустим мы разряжаем аккумулятор до напряжения 2.8 Вольта, на проводах падает 0.1 Вольта, значит если не учесть падение, то реально разряд прекратится при 2.9 Вольта на аккумуляторе. С емкостью в Втч все еще хуже, например емкость 10 Втч, ток 10 Ампер, при падении 0.1 Вольта на проводах рассеивается 10х0.1=1 Ватт, а значит насчитаем мы вместо 10 Ватт всего 9.
Выход — применять провода в палец толщиной чтобы минимизировать потери.

Гораздо более продвинутый вариант — четырехпроводное подключение, при этом падение на участке А-В не имеет никакого значения, так как для измерения напряжения на участке В-С не нужен большой ток и погрешность минимальна.
Такие решения применяются как в продвинутых блоках питания, так и в электронных нагрузках и измерительных приборах. Падение на силовых проводах уже не критично. Особенно такая схемотехника удобна для мощных, а точнее высокотоковых блоков питания и малых напряжений.


Первый вариант применяется у меня в блоках питания и в мощной электронной нагрузке, хотя справедливости ради я нагрузкой я просто поленился, исходно она без проблем переводится в трехпроводный режим, а при небольшой доработке и в четырехпроводный.
Второй вариант реализован в моей второй электронной нагрузке производителем изначально.



Но как я писал выше, такое решение применяется и в блоках питания, например в линейном блоке питания с выходным током до 20 Ампер, где провода чаще применяются длиннее чем в электронной нагрузке а ток большой.


Отдельно скажу про трехпроводное подключение, но только в качестве дополнения. Данный вариант имеет хуже характеристики чем у четырехпроводного, но при большом сечении земляного проводника также может выручить, чаще всего такое решение можно встретить в обычном компьютерном АТХ блоке питания, где к одному из проводов 3.3 Вольта (оранжевый) подключен дополнительный провод обратной связи.
Кстати, подобным способом можно легко улучшить точность поддержания напряжения в почти любом блоке питания, вынеся наружу провод обратной связи, но надо быть внимательным, в случае его обрыва вы получите на выходе все, на что способен блок питания. Решается это установкой дополнительного резистора между выходом БП и входом ОС в блоке питания.


Но на самом деле хоть показанное выше четырехпроводное подключение и обеспечивает хорошую точность работы и измерения, оно также не идеально.
Дело в том, что в случае разъемного подключения измеряемого компонента, например того же аккумулятора, есть такое понятие как сопротивление контакта соединителя (держателя, крокодилов, щупов и т.п.). Упрощенно можно принять их как два сопротивления, по плюсу и минусу, как показано на схеме 3. Выше я как раз измерял номинал этих сопротивлений у обозреваемого держателя и у меня вышло 0.75-1.5 мОм.
Влияние на результат здесь конечно гораздо ниже чем у двухпроводной схемы, но при токах порядка 20 Ампер и выше следует учитывать и его. Например при сопротивлении всего в 1мОм на контакт и токе в 20 Ампер теряется 0.02 Вольта, или 0.04 на оба контакта. при токе в 40 Ампер это будет уже 0.04 и 0.08 соответственно. В Втч результат будет также заметен, мы получим результат на 0.8 Ватта меньше в первом случае и на 3.2 во втором (с током в 40 Ампер).

Чтобы компенсировать и эту погрешность, применяют так называемое — полное четырехпроводное подключение, где силовые (А-В) и измерительные (С-D) контакты соединены уже через клеммы самого компонента и даже падение на силовых контактах не имеет значения, ну кроме пожалуй нагрева.
Подобное подключение почти никогда не используется в блоках питания, так как обрыв цепи обратной связи чаще всего приводит к появлению полного напряжения на силовых проводах, исключение — производитель блока питания предусмотрел это, например как в показанном выше мощном линейном БП.


Подобный метод чаще используется именно в измерительных устройствах, например измерителе малых сопротивлений, но никто не мешает использовать его и в тестах с измерением емкости аккумуляторов.
У меня как минимум два прибора, построенных по такой схемотехнике, миллиомметр и LCR-метр.


Ну и какой же обзор без тестов. Конечно здесь это все собрано больше для демонстрации, чем для реального применения, так как нагрузка подключена двухпроводным способом, но все таки ключевую особенность я покажу.
На фото подключено два мультиметра, слева к измерительным клеммам, справа ко входу нагрузки, т.е. с учетом клемм и проводов, но без учета потерь на клеммах самой нагрузки.


1. Для начала напряжение на аккумуляторе и входе нагрузки, разница есть только за счет погрешности самих приборов.
2. Выставляем ток нагрузки 20 Ампер, максимальный заявленных для данного держателя.
3. Я специально выбрал момент где разница наглядна. В своих тестах я делаю промежуточные остановки при напряжениях 2.5, 2.8 и 3.0 Вольта, здесь видно что на аккумуляторе около 3 Вольт, но на нагрузку поступает уже всего 2.8, т.е. фактически следующая ступень теста.
4. Ну а чтобы тест не пропал зря, попутно измерил емкость старенького аккумулятора VTC4 при токе 20 Ампер.

Думаю падение на довольно толстых проводах в 0.2 Вольта более чем наглядно. При токе 20 Ампер получается около 4 Ватт, а так как тест длился примерно 6 минут, то можно считать что итоговый результат в Втч был бы ниже на 0.4 Втч, конечно это не так много, но все зависит от сечения проводников и состояния контактов, при полном четырехпроводном соединении это не важно.


Температура аккумулятора примерно через 3 минуты (скачано 1 Ач) и в самом конце теста.


Сравнение с обычным держателем из акрила.


Ну а меня ждет продолжение тестов в виде новой партии аккумуляторов с Алиэкспресс, это четыре штуки VTC6 и больше десятка защищенных Литокал, так что думаю работа держателю найдется.


Собственно в выводах я в основном буду хвалить данный держатель, потому как конструкция прочная, удобная и главное — правильная.
Но есть и за что поругать, как я писал, лично на мой взгляд пластмасса минусовой клеммы хлипковата, но так как она не испытывает больших нагрузок то вполне терпимо. Вторая проблема, сложность работы с аккумуляторами диаметром менее 18мм, придется скорее всего срезать термоусадку у минусовой клеммы.

К сожалению данный вариант держателя рассчитан только на 20 Ампер, хотя моя нагрузка уже без проблем может работать с токами до 30, но в данном случае ток нагрузки ограничен конструктивом самих клемм держателя. Есть вариант а на 30 Ампер, но из-за большого диаметра плюсовой клеммы он мне категорически не подходит. Лично на мой взгляд производитель мог бы комплектовать двумя типами клемм, на случай замены.

Продавец на контакт идет без проблем, но вот при попытке договориться о продаже другого своего устройства без корпуса и прочих ненужных мне дополнений категорически отказал, очень жаль.

Спонсором данного обзора выступил посредник yoybuy.com, который взял на себя оплату доставки.
Стоимость держателя вышла $21.56, вес 186 грамм согласно информации от посредника, стоимость доставки от посредника зависит от разных факторов, например количества, а также наличия других товаров в заказе.