Сьогодні у Росії спостерігається зростання виробників автономних електротранспортних засобів малої та середньої потужності. До таких належать не лише електромобілі та міський транспорт. Електротяга успішно використовується для реалізації навантажувачів, складської та сільськогосподарської техніки, у рибальській та мисливській сферах для безшумного полювання та риболовлі (баггі, човни, квадроцикли), а також у спортивній та розважальній сферах.
Виробники більшості цих транспортних засобів використовують електропривід середньої потужності та літієві акумулятори як джерела живлення. Для забезпечення коректної та безпечної роботи такої системи потрібен контроль заряду кожного осередку акумуляторної батареї. Більшість виробників використовує для цього готові системи контролю ( BMS) зарубіжного виробництва (КНР, США, Німеччина).
Найбільш ефективні літієві джерела живлення, що широко використовуються в електротранспорті, за своєю природою видають робочу напругу порядку 3,2…4 В. Для забезпечення роботи електроприводу на більшій напрузі їх з'єднують послідовно. При такій конфігурації в батареї, у разі зміни параметрів одного або кількох осередків, може виникати дисбаланс – перезаряд, перерозряд осередків, що сягає 30%. Такий режим значно (у рази) знижує ресурс акумуляторної батареї.
Система BMSдозволяє здійснювати контроль та балансування заряду послідовно та паралельно-послідовно з'єднаних акумуляторних осередків батареї автономного електротранспортного засобу.
Можна виділити 2 основних типи балансувань акумуляторних осередків: активне та пасивне.
При досягненні порової напруги система пасивного балансування починає розсіювати енергію на резисторі у вигляді тепла, при цьому процес заряду припиняється, далі досягнувши напруги нижнього порога, система знову починає заряд всієї батареї. Процес заряду припиняється, коли напруга всіх осередків перебуває у необхідному діапазоні.
Пасивне балансування – система односпрямована, вона може лише поглинати заряд комірки. Активна система балансування використовує двонаправлені перетворювачі постійного струму, тим самим дозволяючи з більш зарядженої комірки спрямовувати енергію в більш розряджену комірку під керуванням мікроконтролера BMS. Матричний комутатор забезпечує маршрутизацію зарядів у комірку або з неї. Комутатор підключений до DC-DCперетворювачу, який регулює струм, може бути і позитивний, коли осередок потрібно зарядити, негативний, коли необхідно розрядити. Замість використання резистора та розсіювання тепла, величина струму, що перетікає при зарядці-розрядці, контролюється алгоритмом балансування навантаження.
Найбільшого поширення набули аналогові системи пасивної балансування. На малюнку наведено типову систему та її характеристики.
Нами була розроблена математична модель акумуляторної батареї, що складається з 16 LiFePO 4 осередків, контроль заряду якої здійснювався за допомогою пасивної BMS. Математична модель акумуляторної LiFePO 4 осередки в системі Matlab— Simulinkвраховує нелінійні зарядні та розрядні характеристики батареї, що відповідають даному типу осередків, внутрішній опір, а також поточний рівень максимальної ємності, що змінюється під час життєвого циклу комірки.
До кожного з осередків паралельно було підключено пасивний балансир. Для управління процесом заряду та балансування був послідовно включений ключ, відкриття та закриття якого здійснювалося за командою, що надходить від BMS. Дослідження проводилося для заключного етапу заряду акумулятора від ідеального джерела напруги.
Осцилограми процесу заряду АКБ, що складається з 16 LiFePO4 осередків, одна з яких була «ушкоджена» і мала меншу ємність
На малюнку наведено випадок, коли в однієї з осередків були змінені параметри, зокрема, моделювався випадок втрати ємності та збільшення внутрішнього опору, що може статися в реальному житті, наприклад, внаслідок удару або внаслідок перегріву.
Пошкоджений осередок заряджається швидше і першим досягає необхідної напруги. Однак подальший заряд її не відбувається. За вище описаним принципом починає працювати балансир. Інші комірки, позначені зеленим кольором у момент зупинки процесу заряду зберігають поточний рівень ємності, а в момент його відновлення продовжують заряджатися.
Коли рівень напруги всіх осередків досягає необхідного діапазону, процес заряду зупиняється
Всіх вітаю, хто заглянув на вогонь. Мова в огляді піде, як ви напевно вже здогадалися, про дві прості платки, призначені для контролю за збираннями Li-Ion акумуляторів. В огляді буде тестування, а також кілька варіантів переробки шуруповерту під літій на основі цих плат або подібних. Кому цікаво, милості прошу під кіт.
Загальний вигляд:
Короткі ТТХ плат:
Примітка:
Відразу ж хочу попередити - з балансом тільки синя плата, червона без балансу, тобто. це чиста плата захисту від перезаряду/перерозряду/КЗ/високого навантажувального струму. А також всупереч деяким переконанням ні одна з них не має контролера заряду (CC/CV), тому для їх роботи необхідна спеціальна плата. віном струму.
Габарити плат:
Розміри плат плаття невеликі, всього 56мм * 21мм у синій і 50мм * 22мм у червоній: 
Ось порівняння з акумуляторами АА і 18650: 
Зовнішній вигляд:
Почнемо з синій плати захисту :
При більш детальному розгляді можна побачити контролер захисту - S8254AA і компоненти балансування для 3S збирання: 
На жаль, робочий струм за заявою продавця всього 8А, але судячи з датошитів один спорт AO4407A розрахований на 12А (піковий 60А), а у 
Ще відзначу, що таке балансування совком невеликої (близько 40ma) і активується балансування, як тільки всі осередки / банки перейдуть в рaз.
Підключення: 
попроще, бо не має балансу: 
Вона також виконана на основному контролері захисту - S8254AA, але розрахована на більш високий робочий струм в 15А (знов же за заявами 
Ходячи по датaшитaм нa використані силові майстри, робочий ток заявлений 70А, a пiковий 200А, хопить навіть одного цукерки, а у нас і 
Підключення аналогічне: 
Усього, як ми бачимо, на обох платах присутня контролер захисту з необхідною розв'язкою, силові майстри і шунти для контролю протоку. лансер. Я особливо не вникав у схемі, але прогулянки, що силові майстри зпаралелені, тому робітники тільки можна множити на два. Про алгоритм заряду (CC/CV) ці плати не знають. У підтвердження того, що це саме плати захисту, можна судити по дaташиту на контролер S8254AA, в якому про зарядний модуль ні слова: 
Сам контролер розрахований на 4S з'єднання, тому з деякою дороботою (судячи з даташиту) - підтримка кондора і резисту, платня: 
Синю хустку так просто доробляти до 4S не вийде, доведеться допоювати елементи балансу.
Тестування плат:
Отже, переговоримо до самого головного, а саме до того, наскільки вони придатні для реального застосування. Для тестування нам допоможуть наступні пристосування:
- Збірний модуль (три три/чотирирегістрових вольтметра і хронер для трьох 18650 акумуляторів), який мелькав у моєму огляді зарядника, прав хвостика: 
- Двохрегістровий ампервольтметр для контролю струму (нижні показання приладу): 
- понижувальний DC/DC програвальник з токообмеженням і можливістю заряду літію: 
- зарядно-балансований пристрій iCharger 208B для розряду всієї збірки
Стенд простої - плата перетворювач подає фіксовану постійну напругу 12,6V і обмежує зарядний струм. По вольтметрам дивимося, на якому напрузі роблять плати і як відбалансовані банки.
Для початку поглянемо головну фішку синьої плати, а саме балансування. На фото 3 банки, заряджені на 4,15V/4,18V/4,08V. Як бачимо - розбалансування. Подаємо напругу, зарядний струм поступово подає (нижній збірник): 
Оскільки платівка не має яких-небудь індикаторів, то закінчення балансування можна оцінити тільки на очі. Амперметр за годину з лишком до закінчення вже показував по нулях. Кому цікаво, ось невеликий ролик про те, як працює балансир в цій плаці:
У підсумку банки відбалансовані на рівні 4,210V/4,212V/4,206V, що дуже непогано: 
При подачі напруги трохи більшого 12,6V, як я зрозумів, балансир неактивний і як тільки напруження на одній з банок досягне 5,2 включає заряд: 
Така ж ситуація і з червоною платою, контролер захисту S8254AA відключає заряд також на рівні 4,25V: 
Тепер пройдеться по відтінку при навантаженні. Розряджати буду, як вже згадував вище, зарядно-балансувальним пристроєм iCharger 208B в режимі 3S струмом 0,5А (для більш точних замірів). Оскільки мені не дуже хочеться чекати розряду всієї батареї, тому я взяв один розряджений акумулятор (на фото зелений Самкон INR18650-25R).
Синя плата відключає навантаження, як тільки напруження на одній з банків досягне 2,7V. На фото (без навантаження->перед відключенням->закінчення): 
Як бачимо, рівно на 2,7V плата відключає навантаження (продавець заявляв 2,8V). Як мені здається, небагато викокувато, особливо якщо враховувати той факт, що в тих же шуруповертах навантаження величезні, і слідом, і. Всі ж бажано в таких приборах мати відтінок під 2,4-2,5V.
Червона плата, наоборот, відключає навантаження, як тільки напруження на одній з банок досягне 2,5V. На фото (без навантаження->перед відключенням->закінчення): 
Ось тут взагалі все чудово, але немає балансу.
Висновок:Особисто моя думка така, що для електроінструменту чудово підійде звичайна плата захисту без балансу (червона). Вона має високі робочі струми, оптимальне напруження відрізки в 2,5V, так і легко доробляється до конфігурації 4S (14,4V/16,8V. Я вважаю - це найоптимальніший вибір для поділу бюджетного шурик під літій.
Тепер по синій хустці. З плюків - наявність балансування, але робочі струми все ж невеликі, 12А (24А) це для шуріка з крутним моментом 15-25Нм кілька полів. майже стирає при затяжці саморізу. Та й напруження відрізки всього 2,7V, а це означає, що при сильному навантаженні частина місткості батареї залишається непотрібною, оскільки дружина на банках пристойна, так і вони розраховані на 2,5V. Синю хустку краще використовувати в яких-небудь дамочках, але це знову ж таки, особисто моя думка.
Можливі схеми застосування або як переробляти харчування шурика на літій:
Отже, як можна переробити харчування улюбленого шурик з NiCd на Li-Ion / Li-Pol? Ця тема вже досить заїжджена і рішення, в принципі, знайдені, але я впритул повторююся.
Для початку скажу лише одне – в бюджетних шуриках стоїть лише плата захисту від перезаряду/перерозряду/КЗ/високого навантажувального струму (аналогового об'єкта). Жодної балансування там немає. Більше того, навіть у брендових електроінструментах немає балансування. Це ж відноситься до всіх інструментів, де є горді надписи «Зарядка за 30 хвилин». Так, вони заряджаються за полчaка, але відключення відбувається тоді, як тільки напруження на одній з банок досягне номіналу або робота. Не важко здогадатися, що банки будуть заряджені не повністю, але різниця всього 5-10%, тому не стільки важливо. Головне запам'ятати, заряд з балансировкою йде, як мінімум, кілька годин. Тому виникає питання, а воно вам треба?
Отже, найпоширеніший варіант виглядає так:
Мережеве ЗУ зі стабілізованим виходом 12,6V і обмеженням струму (1-2А) -> плата захисту ->
У підсумку: дешево, швидко, прийнятно, надійно. Балансування гуляє в залежності від стану банків (ємність і внутрішній опір). Повно робочий варіант, але через деякий час розбещена дасть про себе знати за часом роботи.
Більш правильний варіант:
Мережеве ЗУ зі стабілізованим виходом 12,6V, обмеженням струму (1-2А) -> плата захисту з балансовкою -> 3 послідовно з'єднані
У підсумку: дорого, швидко / повільно, якісно, надійно. Балансування в нормі, ємність батареї максимальна
Отже, будемо намагатися зробити нагоду другого варіанта, ось як можна зробити:
1) Li-Ion/Li-Pol акумулятори, плати захисту і спеціалізований зарядно-балансований пристрій (iCharger, iMax). Додатково доведеться вивести балансувальний роз'єм. Хвилин всього два - модельні зарядники недешеві, та й обслуговувати не дуже зручно. Плюси - високий струм заряду, високий струм балансування банків
2) Li-Ion/Li-Pol акумулятори, плата захисту з балансовкою, DC перетворювач з токообмеженням, БП
3) Li-Ion/Li-Pol акумулятори, плата захисту без балансування (червона), DC перетворювач з токообмеження, БП. З хвилин тільки те, що з часом з'явиться розбалаванка банк. Для мінімізації розбалаванки, перед переробкою шурика необхідно підігнати напруження до одного рівня і бажано брати банки з однієї
Перший варіант згодиться тільки тим, хто має модельне ЗУ, але мені здається, якщо їм потрібно було, то вони вже давно давно. Другий і третій варіанти практично однакові і мають право на життя. Необхідно лише вибрати, що важливіше - швидкість або ємність. Я вважаю, що найоптимальніший варіант - останній, але тільки раз в кілька місяців потрібно балансувати банки.
Отже, вистачить балаканини, перейдемо до переділки. Оскільки я не маю шурика на NiCd акумуксах, тому про переділ тільки на словах. Нам буде потрібно:
1) Джерело живлення:
Перший варіант. Блок живлення (БП), як мінімум, на 14V або більше. Струм віддачі желатель не менше 1А (в цілому близько 2-3А). Нам підійде блок живлення від ноутбуків/нетбуків, від зарядних пристроїв (вихід більше 14V), блоки для живлення світлодіодних лент, відеозапис мер або : 
- Знижувальний DC/DC перетворювач з токообмеженням і можливостями заряду літію, наприклад або : 
- Другий варіант. Готові блоки живлення для шурик з токообмеженням і виходом 12,6V. Стоїть недешево, як приклад з мого огляду шуруповерту MNT - : 
- Третій варіант. : 
2) Плата захисту з балансиром або без нього. То таку бажано брати із запасом: 
Якщо використовуватися буде варіант без балансу, то необхідно підпаювати балансувальний роз'єм. Це потрібно для контролю напруги на банках, тобто. для оцінки розбалансування. І як ви розумієте, потрібно буде періодично дорожчати батареєю банально простим зарядним модулем TP4056, якщо почалася розбалаванка. Т.е. разів у кілька місяців, беремо платок TP4056 і заряджаємо по черзі всі банки, які по закінченні заряду мають напругу нижче 4,18V. Даний модуль коректно відрубує заряд на фіксованій напрузі 4,2V. Дана процедура займе годинник-полтора, зате банки будуть більш-менш відбалансовані.
Напишено трохи сумбурно, але для тих, хто в танці:
Через пару місяців ставимо на зарядку батареєю шуруповерту. По закінченні заряду дістаємо балансувальний хвостік і міряємо напруження на банках. Якщо виходить щось на кшталт цього – 4,20V/4,18V/4,19V, то балансування, в принципі не потрібна. Але якщо картина наступна - 4,20V/4,06V/4,14V, то беремо модуль TP4056 і дорожчому по черзі дві банки до 4,2V. Іншого варіанта, крім спеціалізованих зарядників-балансів я не бачу.
3) Високотокові акумулятори: 
Я вже рано пикав пару невеликих оглядів про деякі з них - і . Ось основні моделі високоточних 18650 Li-Ion акумуляторів:
- Sanyo UR18650W2 1500mah (20А Макс.)
- Sanyo UR18650RX 2000mah (20А Макс.)
- Sanyo UR18650NSX 2500mah (20А Макс.)
- Samsung INR18650-15L 1500mah (18А Макс.)
- Samsung INR18650-20R 2000mah (22А Макс.)
- Samsung INR18650-25R 2500mah (20А Макс.)
- Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А Макс.)
- LG INR18650HB6 1500mah (30А Макс.)
- LG INR18650HD2 2000mah (25А Макс.)
- LG INR18650HD2C 2100mah (20А Макс.)
- LG INR18650HE2 2500mah (20А Макс.)
- LG INR18650HE4 2500mah (20А Макс.)
- LG INR18650HG2 3000mah (20А Макс.)
- SONY US18650VTC3 1600mah (30А Макс.)
- SONY US18650VTC4 2100mah (30А Макс.)
- SONY US18650VTC5 2600mah (30А Макс.)
Я рекомендую перевірені часом дешеві Samsung INR18650-25R 2500mah (20А Макс.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А Макс2a0000000) .). З іншими баночками особливо не стикався, але особисто мій вибір - Samsung INR18650-30Q 3000mah. У Лиж був невеликий технологічний дефект і почали з'являтися фейки із заниженою струмовіддачею. Статтю про те, як відрізнити фейк від оригіналу може скинути, але трохи пізніше, потрібно знайти її.
Як все це господарство поєднати:
Ну і пару слів про поєднання. Використовуємо якісні медні багатожильні проводи пристойного лікування. Це якісні акустичние або звичайні ШВВП/ПВС з перебігом 0,5 або 0,75 мм2 з смагага (випаровуємо ізоляцію і одержуємо якісні проводки) різниці. Довжина комбінаційних проводників повинна бути мінімальною. Акумулятори, бажані з однієї партії. Перед їх поєднанням бажано зарядити їх до одного напруження, щоб якомога довше не було розбаланування. Паяння акумуляторів не надає нічого складного. Головне мати потужний паяльник (60-80Вт) і активний флюс (паяльна кислота, наприклад). Паяється на урa. Головне потім протерти місце паяння спиртом або ацетоном. Самі акумулятори розташовуються в батарейному відтінку від старих NiCd банк. Розташовувати краще трикутником, минувши до плюсу або як у природі «вальтом», за аналогією з цим (один акум буде розташований наоборот): 
Так, що поєднують акумулятори проводу, виходять короткими, відтак, падіння дорогоцінного напруження в них під навантаженням буде мінімальним. Використовувати володарі на 3-4 акумулятора не рекомендую, не для таких струмів вони призначені. Побаночні і балансувальні проводники не так важливі і можуть бути найменшого лікування. В ідеалі, акуми і плату захисту краще запихати в батарейний відтінок, а знижуючий DC преобразователь окремо в станцію. Світлодіодні індикатори заряд/заряджено можна замінити своїми і вивести на корпус докстанції. При бажанні можна додати в батарейний модуль мінівольтметр, але це зайві гроші, тому що загальне напруження на АКБ тільки побічно. Але якщо є бажання, чому б і немає. Ось : 
Тепер прикинемо за цінами:
1) БП - від 5 до 7 доларів
2) DC/DC преобразователь – від 2 до 4 доларів
3) Плати захисту - від 5 до 6 доларів
4) Акумулятори - від 9 до 12 доларів (3-4 $ штука)
Усього, в середньому 15-20 $ за переділку (зі знижками / купонами), або 25 $ без цих.
Перевага:
Я вже рано згадував про переваги літієвих джерел живлення (Li-Ion/Li-Pol) над нікельними (NiCd). У нашому випадку порівнювання віч-на-віч – типова батарея шурика з NiCd акумулів проти літієвої:
+ Висока щільність енергії. У типової нікелевої батареї 12S 14,4V 1300mah запакована енергія 14,4*1,3=18,72Wh, а у літієвої батареї 4S 18,650 14,4
+ Відсутності ефекту пам'яті, тобто. можна заряджати їх в будь-який момент, не чекаючи повного розряду
+ Найменші габарити і вагу при однакових параметрах з NiCd
+ швидкий час заряду (не бояться великих струмів заряду) і зрозуміла індикація
+ низький автомобільрозряд
З хвилин Li-Ion можна відзначити тільки:
- низька морозостійкість акумуляторів (бояться від'ємних температур)
- потрібна банансування банок при заряді і наявність захисту від перерозряду
Як бачимо, приналежність літію в наявності, тому зачасту має сенс перемикання живлення ...
Висновок:оглядові платки непогані, повинні підійти для будь-якої задачі. Якщо б у мене був шурик на NiCd банках, для переробки я б вибрав червону платню, :-)…
Товар надано для написання огляду магазином. Огляд опубліковано відповідно до п.18 Правил сайту.
Плата ця давно лежала в засіках, доки не підвернувся шанс використати її за прямим призначенням. Якщо Ви любите схеми та інструмент – буде цікаво.
Якщо хтось пам'ятає, є у мене перероблений шуруповерт
Більше 2 років він активно і справно працював, розряджав та заряджав його разів 40.
Доки сам його жорстоко не перевантажив, роблячи вентиляційний отвір в ОСБ коронкою 102 мм, ледве утримуючи інструмент обома руками:) 
Мережевий шуруповерт також не впорався з такою роботою, а потужного дриля під рукою не виявилося. Результат - один із акумуляторів не витримав знущань і пішов у урвище. Зовсім: (
Після часткового розбирання акумулятора з'ясувалося, що відгорів стрічковий алюмінієвий контакт до рулону. Ремонтувати акумулятори я поки що не вмію:( 
Інструмент був терміново необхідний, тому перша думка - купити такий же 26650 LiMn2O4 акумулятор і швиденько відновити батарейний блок. Але в магазинах такий же акумулятор не був виявлений. Замовляти з Китаю та чекати – надто довго…
Крім того, вирішив додати до блоку плату захисту BMS, щоб таке не повторилося. Але біда - вільне місце в батарейному блоці зовсім відсутня:(
Коротше, купив відносно недорого високострумові SONY US18650VTC4 (2100мАч 30А піковий 60А). Обійшлися в 750р за 3 штуки - це трохи дорожче, ніж на замовлення з Китаю, зате тут і зараз! Брав
Місткість 2100мАч звичайно істотно менше колишніх 3500мАч, але я це як небудь переживу, все одно втомлюєшся швидше, ніж він розряджається. Під час чергового перекуру перекушування можна його підзарядити, тим більше тепер заряджати буду новою зарядкою великим струмом:)
Два акумулятори, що працювали раніше, залишилися 26650 3500мАч перевірив на залишкову ємність - отримав 3140мАч. Падіння ємності на 10% цілком у допуску і акумулятори ще можна десь використовувати.
За бажання, цю плату можна легко переробити в 2S просто замкнувши перемичкою B2 і B +, при цьому силові ключі можуть грітися сильніше за рахунок підвищення опору каналів польовиків.
Захист забезпечують контролери
Не порушуючи власних принципів, змалював вихідну принципову схему. 
Схема хоч і виглядає складно, працює просто та зрозуміло. Помилки звичайно нікуди не поділися - китайці тримають марку :)
Нумерація транзисторів показана умовно.
На p-n-n транзисторах Q1-Q6 зібраний перетворювач рівнів та суматор сигналів з HY2210
На n-p-n транзисторах Q7-Q9 зібрано нехитру транзисторну логіку управління силовими ключами.
Q7 відмикається при перерозряді будь-якого акумулятора до напруги нижче 2,40В, відновлення відбувається при напрузі понад 3,0В (після зняття навантаження або підключення до зарядки).
Q8 забезпечує замикання захисту після її спрацьовування до моменту повного знімання навантаження. Одночасно, на ньому організовано швидкодіючий захист при короткому замиканні навантаження, коли струм стрибає понад 100А.
Q9 відмикається при перезаряді будь-якого акумулятора до напруги понад 4,28В, відновлення відбувається під навантаженням при напрузі нижче 4,08В. При цьому силові ключі не перешкоджають перебігу розрядного струму.
Точні пороги всіх контролерів не перевіряв, т.к. це трудомістко, але реально вони не дуже відрізняються від заявлених у специфікації.
S1 та S2 – просто контрольні точки, до термозахисту відношення не мають. Більше того, замикати їх між собою не можна. Як нормально підключити термозахист – нижче розповім та покажу.
На S1 з'являється сигнал при перерозрядженні будь-якого елемента.
На S2 з'являється сигнал при перезарядженні будь-якого елемента, а також після спрацьовування струмового захисту.
Струм споживання платою дуже малий (кілька мікроампер).
Нові акумулятори 
Акумулятори підписані та перевірені, ємність відповідає номінальній
Незважаючи на наявність апарату контактного зварювання, акумулятори паяв, т.к. у разі це найкраще рішення.
Перед паянням необхідно акумулятори добре залудити. 
Акумулятори спаяні та встановлені на місце
Плата припаяна (на фото плата вже перероблена)
Будьте обережні і не замикати кінці з акумуляторів
Силові дроти - в силіконовій ізоляції 1,5 кв.мм
Контрольні дроти - МГТФ-0,2
Типова схема підключення плати перестав бути оптимальної, т.к. до плати йдуть аж 4 силові дроти. Я підключив за більш простою схемою, коли до плати йде всього 2 силові дроти. Таке підключення допускається при малій довжині з'єднувальних проводів до акумуляторів
Під навантаженням при різкому натисканні курка відразу спрацьовує захист плати:(
Спочатку, я логічно припустив, що вона відрубується через струмове навантаження, але замикання шунта плати нічого не змінило. Стало зрозуміло, що не струмове навантаження плати викликає спрацювання захисту.
Далі, підключив осцилограф у режимі запису до акумуляторів та перевірив напругу на них під навантаженням. Напруга встигла провалитися нижче 7В і захист тут же спрацював: (
Ось і причина спрацьовування захисту. Чому напруга так сильно провалилася, адже акумулятори високострумові? Давайте займемося вимірами та розрахунками:
- Напруга акумуляторів 11,4В (HP890CN)
- внутрішній опір акумуляторів з даташиту на постійному струмі DC-IR 66мОм (3х22мОм)
- Виміряний опір двигуна 63мОм
- опір з'єднувальних проводів та перемикача шуруповерту - 23мОм
- Опір плати захисту - шунт + MOSFET + проводи підключення - 10мОм
Загальний опір ланцюга 66+63+23+10=162мОм
Струм у ланцюзі 11,4/0,162= 70А
Чимало, проте...
Але проблема не в струмі, а в падінні напруги на акумуляторах.
При струмі 70А напруга кожного акумулятора знижується на 70 * 0,022 = 1,54 і стає 3,8-1,54 = 2,26В. Ось вона, справжня причина спрацьовування захисту!
Коригувати або видаляти захист небажано - знижується безпека використання, тому її треба просто уповільнити на час пуску двигуна. Додаємо конденсатор 0,47мкФ у потрібне місце та затримка готова:)
Якщо комусь паяти дрібницю на плату важко, можна запаяти конденсатор навісним монтажем між S1 та B-
Мені простіше було поставити конденсатор SMD:)
Тепер є достатньо часу, щоб двигун встиг розкрутитись під навантаженням. При жорсткому блокуванні двигуна на повному газі захист спрацьовує через 0,3 сек, а не миттєво, як раніше.
Перероблена плата 
На резистор 470кОм не звертайте уваги - рідний резистор 510кОм постраждав в результаті експериментів і був замінений що потрапило під руку:)
Плата містить високоомні ланцюги, тому після паяння необхідно ретельно відмивати плату.
Схема після переробки 
Опис усіх доробок
1. Випаяний непотрібний конденсатор 0,1мкФ з 2 рішення HY2210 до шунту. Навіщо його взагалі поставили - незрозуміло, у датасіті на HY2210 він відсутній. На роботу не впливає, але випаяв його від гріха подалі.
2. Доданий резистор база-емітер для нормального відновлення після спрацьовування захисту.
Без нього, відновлення відновлення після зняття навантаження працює вкрай нестабільно, т.к. найменші наведення на P-заважають скидати захист. Відповідний номінал резистора 1-3МОм. Паяв цей резистор акуратно безпосередньо до висновків транзистора. Обережно, не перегрівайте його!
3. Додано конденсатор 0,47мкф для уповільнення спрацьовування захисту від перерозряду з 25мс (типове для HY2210) до 300мс. Пробував підключати конденсатор 0,1мкФ – захист спрацьовує надто швидко для здоровенного двигуна RS-775. Якщо двигун зовсім звірячий, може знадобитися встановлення більш ємного конденсатора, наприклад 1мкФ
Тепер різке натискання на курок під навантаженням не призводить до спрацьовування захисту:)
Підключення захисного термовимикача.
До цієї плати можна підключити як NO, так і NC термовимикач.
Схеми наводжу нижче. 
Я використовував NO термовимикач KSD 9700 5A 70ºC 
Приклеїв його до акумуляторів 
Заодно вирішив відмовитися від зарядки з БП через струмообмежувальні резистори і заряджати акумулятори переробленою зарядкою 3S 12,6V 3A 
Підсумкова схема вийшла такою 
Заряджання Colaier 12,6В 3А
на неї вже робив ув. kirich, але мені як завжди є що додати 
У вихідному вигляді зарядка не містить заявлений струм 3А і перегрівається. До того ж, вона випромінює помітні перешкоди на розташований радіоприймач.
Зарядку було розібрано ще до тестів:) 
Від простих БП зарядка відрізняється встановленими додатково елементами схеми струмообмеження 
З доопрацюваннями буду короткий:)
– Поставив відсутній вхідний фільтр. Тепер радіоприймач не реагує на зарядку, що працює.
- Переставив у потрібні місця термістор NTC1 (5D-9) та запобіжник LF1 (T2A)
- На платі є місце для встановлення розрядних резисторів R1+R2. Вони потрібні для розряду CX1 після вимкнення заряджання з мережі. Поставив розрядний резистор ОМЛТ-0,5 620 ком паралельно CX1:)
Поставив вихідний дросель L1 замість перемичок. На роботу ніяк не вплинуло, бо вихідні пульсації для заряджання не мають великого значення. 
Знизив вихідну напругу з 12,8В до 12,65В підключенням паралельно резистору R29 8.2кОм резистора 390кОм
- знизив вихідний струм з 3,2А до 2А заміною резистора R26 1,6кОм на резистор 1кОм 
Струм знизив тому, що по-перше, дана зарядка не може без перегріву видати струм 3А, а по-друге тому, що акумулятори US18650VTC4 мають максимальний зарядний струм 2А.
Розведення друкованої плати виконано некоректно, тому немає хорошої стабільності вихідної напруги і струму. Міняти не став бо не дуже критично.
Висновки:
- Акумулятори SONY US18650VTC4 мають лише один недолік – невелику ємність
- Плата BMS 3S 25A здатна працювати нормально після невеликого доопрацювання
- Зарядка 3S 12,6В 3A у вихідному вигляді працює незадовільно і вимагає значного доопрацювання, рекомендувати її не можу, вибачте
Після переробки, шуруповерт нормально працює вже 4 місяці. Зниження потужності не відчувається, заряджається швидко, трохи більше години.
!
Зараз ми разом з автором YouTube каналу Radio-Lab будемо збирати акумулятор на 4 банки з окремих Li-ion акумуляторів 18650 з платою захисту, вона ж BMS.
Для майбутніх проектів автора такий акумулятор буде потрібний. В інтернеті він купив 8 таких Li-ion акумуляторів з розбирання, на кшталт фірми Sanyo.
Напруга на вході 19,6В, а на виході перетворювача поступово зростатиме до рівня зарядженого акумулятора і після закінчення синій світлодіод згасне, засвітиться червоний і плата BMS відключить акумулятор.
Давно не було огляду переробки шуруповерта на літій:)
Огляд присвячений в основному платі BMS, але будуть посилання і ще деякі дрібниці, задіяні в перекладі мого старого шуруповерта на літієві батареї формату 18650.
Коротко - цю плату можна брати, після невеликого допилювання вона цілком нормально працює в шуруповерті.
ЗИ: багато тексту, картинки без спойлерів.
P.S. Огляд майже ювілейний на сайті – 58000-й, якщо вірити адресному рядку браузера;)
Усі компоненти плати розміщені з одного боку: 
Друга сторона порожня і вкрита білою маскою: 
Частина, що відповідає за балансування при заряді: 
Ця частина відповідає за захист осередків від перезаряду/перерозряду і вона відповідає за загальний захист від КЗ: 
Мосфети: 
Зібрано акуратно, відвертих розлучень флюсу немає, вигляд цілком пристойний. У комплекті йшов хвіст із роз'ємом, був одразу встромлений у плату. Довжина проводів у цьому роз'ємі – близько 20-25 см. На жаль, одразу його не сфотографував.
Що ще замовив саме для цієї ситуації:
Акумулятори
Нікелеві смужки для спайки акумуляторів: (так, знаю, що можна спаяти і проводами, але смужками буде зайнято менше простору і вийде естетичніше:)) Та й спочатку я хотів навіть зібрати контактне зварювання (не тільки для цієї переробки, звичайно), тому і замовив смужки, але ліньки перемогла і довелося паяти.
Вибравши вільний день (точніше, нахабно пославши інші справи подалі), я взявся за переробку. Для початку розібрав батарею з китайськими акумуляторами, що здохли, викинув акумулятори і ретельно заміряв простір усередині. Після чого сів малювати утримувач батарей та плати у 3D-редакторі. Плату теж довелося намалювати (без подробиць), щоб приміряти все в зборі. Вийшло якось так: 
За задумом плата кріпиться зверху, однією стороною в пази, друга сторона затискається накладкою, сама плата серединою лежить на площині, що виступає, щоб при її притисканні вона не прогиналася. Сам тримач зроблений такого розміру, щоб щільно сидіти всередині корпусу батареї та не бовтатися там.
Спершу подумував зробити пружинні контакти для акумуляторів, але відмовився від цієї думки. Для великих струмів це не найкращий варіант, тому залишив у тримачі вирізи для нікелевих смужок, якими акумулятори будуть спаяні. Також залишив вертикальні вирізи для проводів, які мають виходити від міжбанкових з'єднань за межі кришки.
Поставив друкуватися на 3D-принтері з ABS і за кілька годин все було готове:) 
Прикручування всього навісного я вирішив не довіряти шурупам і вплавив в корпус такі вставні гайки М2.5: 
Брав тут -
Відмінна річ для такого застосування! Вплавляється не поспішаючи паяльником. Щоб пластик не набився всередину при вплавленні в глухі отвори, я вкручував в цю гайку болтик відповідної довжини і грів його капелюшок жалом паяльника з великою краплею олова для кращої теплопередачі. Отвори в пластиці під ці гайки залишаються трохи менше (на 0.1-0.2 мм) діаметра зовнішньої гладкої (середньої) частини гайки. Тримаються дуже міцно, можна скільки завгодно вкручувати-викручувати болтики і не особливо соромитися із зусиллям затягування.
Для того щоб мати можливість побаночного контролю і, при необхідності, зарядки із зовнішнім балансуванням, у задній стінці батареї буде стирчати 5-контактний роз'єм, для якого я швидко накидав хустку і виготовив її на верстаті: 
У власнику передбачено майданчик для цієї хустки.
Як я вже писав, акумулятори спаював нікелевими смужками. На жаль, цей метод не позбавлений недоліків і один із акумуляторів обурився таким поводженням з ним настільки, що залишив на своїх контактах лише 0.2 вольта. Довелося його випоювати і паяти інший, добре брав їх із запасом. В іншому жодних труднощів не виникло. За допомогою кислоти лудимо контакти акумулятора і нарізані по потрібній довжині нікелеві смужки, потім ретельно протираємо ватою зі спиртом (але можна і з водою) все залужене і навколо нього, і паяємо. Паяльник повинен бути потужним і або вміти дуже швидко реагувати на остигання джала, або просто мати масивне жало, яке не охолоне миттєво при контакті з масивною залізкою.
Дуже важливо: під час паяння та при всіх наступних операціях зі спаяним блоком акумуляторів потрібно уважно стежити за тим, щоб не замкнути будь-які контакти акумуляторів! Крім того, як вказав у коментарях ybxtuj, дуже бажано паяти їх розрядженими, і я абсолютно згоден з ним, так наслідки будуть легшими якщо все-таки щось замкнеться. КЗ такої батареї, навіть розрядженої, може призвести до великих неприємностей.
До трьох проміжних з'єднань між акумуляторами припаяли дроти - вони підуть на роз'єм плати BMS для контролю за банками та на зовнішній роз'єм. Забігаючи вперед, хочу сказати, що з цими проводами я зробив трохи зайвої роботи - їх можна не вести до роз'єму плати, а припаяти до відповідних контактів B1, B2 та B3. Ці контакти на платі з'єднані з контактами роз'єму. 
До речі, я скрізь використовував дроти у силіконовій ізоляції – зовсім не реагують на нагрівання та дуже гнучкі. Купував на Ебе кілька перерізів, але точне посилання вже не пам'ятаю ... Дуже вони мені подобаються, але є і мінус - силіконова ізоляція не дуже міцно механічно і легко ушкоджується гострими предметами.
Приміряв акумулятори та плату у тримачі - все чудово: 
Приміряв хустку з роз'ємом, дрімолем випилив у корпусі батареї отвір під роз'єм… і промахнувся по висоті, не з тієї площини взяв розмір. Вийшла пристойна така щілина: 
Тепер залишається спаяти все до купи.
На свою хустку припаяв хвіст, що йде в комплекті, обрізавши його по потрібній довжині: 
Туди ж упав проводи від міжбанкових з'єднань. Хоча, як я вже писав, можна було припаяти їх на відповідні контакти плати BMS, але тут є і незручність - щоб витягнути акумулятори потрібно буде відпоювати від BMS не тільки плюс і мінус, а ще три проводи, а зараз можна просто висмикнути роз'єм.
Небагато повозитися довелося з контактами батареї: у рідному виконанні пластикова деталь (що тримає контакти) усередині ніжки батареї підтискається одним акумулятором, що стоїть прямо під нею, а зараз довелося думати, чим цю деталь зафіксувати, так щоб не намертво. Ось ця деталь: 
Зрештою взяв шматок силікону (залишився від заливки якоїсь форми), відрізав від нього приблизно відповідний шматок і вставив у ніжку, підібгавши ту деталь. Заодно цей же шматок силікону притискає тримач із платою, нічого бовтатись не буде.
Про всяк випадок проклав поверх контактів каптонову ізоленту, дроти прихопив кількома соплями краплями термоклею, щоб вони не потрапили між половинками корпусу під час його складання. 
І вирішив я спробувати все ж таки доколупатися до кореня проблеми.
Припущення, що спрацьовує захист від перевантаження при пускових струмах, я відмілив, тому що навіть без шунта нічого не змінювалося.
Але все ж таки подивився осцилографом на саморобному шунті 0.077 ома між акумуляторами і платою - так, ШІМ видно, різкі піки споживання з частотою приблизно 4 кГц, через 10-15 мс після початку піків плата відрубує навантаження. Але ці піки показували менше 15 ампер (виходячи з опору шунта), так що точно справа не в струмовому навантаженні (як виявилося згодом, це не зовсім правильно). Та й керамічне опір 1 Ом не викликало відключення, адже струм теж під 15 ампер.
Був ще варіант короткочасного просідання на банках при пуску, від чого спрацьовує захист від перерозряду і я поліз дивитися, що відбувається на банках. Ну так, там жах твориться - пікова просадка до 2.3 вольта на всіх банках, але вона дуже коротка - менше мілісекунди, тоді як плата обіцяє чекати сотню мілісекунд перед тим, як врубить захист від перерозряду. "Китайці вказали китайські мілісекунди", подумав я і поліз дивитися схему контролю напруги банок. Виявилося, що у ній стоять RC-фільтри, що згладжують різкі зміни (R=100 Om, C=3.3 uF). Після цих фільтрів - вже на вході мікросхем, що контролюють банки, просідання було менше - всього до 2.8 вольт. До речі, ось даташит на мікросхеми контролю банок на цій платі DW01B -
За даташитом час реакції на перерозряд теж чималий - від 40 до 100 мс, що не вписується в картину. Але добре, припустити більше нічого, тому поміняю я опору в RC-фільтрах зі 100 Ом на 1 ком. Це кардинально покращило картину на вході мікросхем, просідання менше 3.2 вольт там більше не було. Але анітрохи не змінила поведінку шуруповерта - трохи різкіший старт - і затик.
«Підемо простим логічним ходом» ©. Відрубувати навантаження можуть лише ці мікросхеми DW01B, які контролюють усі параметри розряду. І я переглянув осцилографом керуючі виходи всіх чотирьох мікросхем. Усі чотири мікросхеми жодних спроб відключити навантаження при старті шуруповерта не роблять. А з затворів мосфетів напруга, що управляє, зникає. Або містика чи китайці щось накрутили у простій схемі, яка має бути між мікросхемами та мосфетами.
І почав я реверс-інжиніринг цієї частини плати. З матюками і бігаючи від мікроскопа до комп'ютера. 
Ось що намалювалося в результаті: 
У зеленому прямокутнику – це самі акумулятори. У синьому – ключі з виходів мікросхем захисту, теж нічого цікавого, у нормальній ситуації їх виходи на R2, R10 просто «висять у повітрі». Найцікавіша частина - у червоному квадраті, ось тут, як виявилося, собака і порився. Мосфети я намалював по одному для спрощення, лівий відповідає за розряд у навантаження, правий за заряд.
Наскільки я зрозумів причина відключення в резисторі R6. Через нього організовано «залізний» захист від струмового навантаження за рахунок падіння напруги на самому мосфеті. Причому цей захист працює як тригер - варто напрузі на базі VT1 почати підвищуватися, як він починає знижувати напругу на затворі VT4, від чого той починає знижувати провідність, на ньому підвищується падіння напруги, що призводить до ще більшого збільшення напруги на базі VT1 і пішов лавиноподібний процес, що призводить до повного відкриття VT1 і, відповідно, закриття VT4. Чому це відбувається при пуску шуруповерта, коли піки струму не досягають і 15А, тоді як постійне навантаження 15А працює - я не знаю. Можливо тут грає роль ємність елементів схеми чи індуктивність навантаження.
Для перевірки я спочатку зробив симуляцію цієї частини схеми: 
І ось що отримав за результатами її роботи: 
По осі X - час у мілісекундах, по Y - напруга у вольтах.
На нижньому графіку - включення навантаження (на цифри Y можна не дивитися, вони умовні, просто вгору - навантаження включена, вниз - вимкнена). Навантаженням є опір 1 Ом.
На верхньому графіку червоним – струм навантаження, синім – напруга на затворі мосфету. Як видно, напруга на затворі (синім) знижується з кожним імпульсом струму навантаження і зрештою падає до нуля, а значить, навантаження відключається. І не відновлюється навіть коли навантаження перестає намагатися щось споживати (після 2 мілісекунд). І хоча тут застосовані інші мосфети з іншими параметрами, картина один на один як у платі BMS – спроба старту та відключення через лічені мілісекунди.
Ну що ж, приймемо це за робочу гіпотезу і озброївшись новими знаннями, спробуємо розгризти цей шматок науки китайця:)
Тут є два варіанти:
1. Поставити невеликий конденсатор паралельно резистору R1, це: 
Конденсатор 0.1 мкф, за симуляцією можна і менше, до 1 нф.
Результат симуляції у такому варіанті: 
2. Прибрати взагалі резистор R6: 
Результат симуляції цього варіанта: 
Я спробував обидва варіанти – обидва працюють. У другому варіанті шуруповерт не відключається за жодних обставин - старт, блокування обертання - крутить (або щосили намагається). Але якось не зовсім спокійно жити з відключеним захистом, хоча ще залишається захист від КЗ на мікросхемах.
При першому варіанті шуруповерт впевнено стартує за будь-якого натискання. Домогтися відключення я зміг лише коли стартував його на другій швидкості (підвищена для свердління) із заблокованим патроном. Але і він досить сильно смикає перед відключенням. На першій швидкості я не зміг досягти його відключення. Цей варіант я залишив собі, мене він повністю влаштовує.
На платі є навіть порожні місця для компонентів і одне з них ніби спеціально призначене для цього конденсатора. Розраховане воно під розмір SMD 0603, сюди я впаяв 0.1 мкф (обвів його червоним): 
ЗИ: млинець, я шуруповерт переробляв менше часу, ніж писав цей огляд:)
ЗЗИ: можливо мене поправлять у чомусь досвідченіші в силовій та аналоговій схемотехніці товариші, сам я цифровик і аналог сприймаю через пень колоду:)
