Модуль контроля заряда 4S литий - ионного аккумулятора 18650 на ток 15А с защитой.

ОПИСАНИЕ
Модуль зарядки и защиты: 4S LI-ION или LiFePo4 элементов
Обнаружение перегрузки по напряжению на элементе, обнаружение: 4.25 ±0. 025 В
Возобновление зарядки, при снижении напряжения на элементе до: 4.15 ±0. 05 В
Ограничение напряжения разрядки на элементе: 2.50 ±0. 08 В
Возобновление разрядки, при повышении напряжения на элементе до: 3.00 ±0. 1 В
Перегрузки по току: 20-30A
Рабочий ток: 15А (при естественном охлаждение 10A, с радиатором - максимальный долговременный ток 15А, максимальный мгновенный ток 30А)
Возможно использование как с функцией автоматической активации (восстановления), так и без нее (для использования автоматического восстановления - необходимо установить перемычку - сопротивление 1206 0 Ом)

Чип контроллера заряда-разряда: Seiko S-8254АA, ключ - 4шт D403

Защитные функции:
Защита от короткого замыкания
Защита от перезарядки
Защита от переразряда
Защита от перегрузки по току
Рабочая температура: -40°С + 85°С
Размер: 50*22*4 мм, цвет платы: красный, синий, зеленый или черный.
1x4 S 15а LI-ION  зарядное устройство защиты для сборок из 4 элементов (литий-ионных, литий-полимерных) с номинальным напряжением 14.4 В, 14.8 В или 16.8 В.

Может быть переделано для работы с 3 элементами 18650, суть переделки ясна из приведенной страницы описания контроллера заряда-разряда S-8254АA (убираются 2 элемента от вывода 12 ИМС, добавляется перемычка)

Плюс модуля – нет блокировки защиты. Т.е. при срабатывании защиты ее не нужно активировать подачей напряжения на выходные контакты, как на многих других модулях.

Схема не нуждается в автоматической активации после перегрузки, благодаря конденсатору 0,1мкФ на ноге 5 ИМС, но может быть дополнена схемой управления активацией, шунтирующей этот конденсатор в цепи управления на ноге 5 ИМС, смотреть последние фото. 

Цвет печатной платы - красный, темносиний (в зависимости от партии)

Примечание: На задней части модуля можно прикрепить радиатор для более эффективного отвода тепла.

Вариант применения модуля - переделка шуруповёрта  с NiCd на Li-Ion / Li-Pol.

Для начала необходимо знать – в бюджетных шуруповёртах стоит лишь плата защиты от перезаряда / переразряда / КЗ / высокого нагрузочного тока . Иначе говоря - аналог обозреваемой платы. Никакой балансировки там нет. Более того, даже в некоторых брендовых электроинструментах нет балансировки. Это же относится ко всем инструментам, где есть гордые надписи «Зарядка за 30 минут». Да, они заряжаются за полчаса, но отключение происходит тогда, как только напряжение на одной из банок достигнет номинала или сработает плата защиты. Не трудно догадаться, что банки будут заряжены не полностью, но разница всего 5 - 10%, по-этому не столь важно. Главное запомнить, заряд с балансировкой идет, как минимум, несколько часов. Поэтому сами выбираете какой модуль ставить: рассматриваемую плату или вариант с балансировкой.

Итак, самый распространённый вариант выглядит так:

Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V и ограничением тока (1 - 2А) + плата защиты (обозреваемая) + 4 последовательно соединенных аккумулятора.
В итоге: дешево, быстро, приемлемо, надежно. Балансировка гуляет в зависимости от состояния банок (емкость и внутреннее сопротивление). Вполне рабочий вариант, но через некоторое время разбалансировка даст о себе знать по времени работы.

Наиболее правильный вариант:

Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V, ограничением тока (1 - 2А)  + плата защиты с балансировкой + 4 последовательно соединенных аккумулятора.
В итоге: дорого, медленно, качественно, надежно. Балансировка в норме, емкость батареи максимальная.

Если выбран второй вариант, то можно сделать несколькими способами:

1) Li-Ion / Li-Pol аккумуляторы, плата защиты и специализированное зарядно - балансировочное устройство типа iCharger, iMax. Дополнительно придется вывести балансировочный разъем. Минусов всего два – модельные зарядники недешевые, да и обслуживать не очень удобно. Плюсы – высокий ток заряда, высокий ток балансировки банок.
2) Li-Ion / Li-Pol аккумуляторы, плата защиты с балансировкой, DC преобразователь с токоограничением, БП
3) Li-Ion / Li-Pol аккумуляторы, плата защиты без балансировки ( обозреваемая в описании ), DC преобразователь с токоограничением, БП. Из минусов только то, что со временем появится разбалансировка банок. Для минимизации разбалансировки, перед переделкой шуруповёрта необходимо подогнать напряжение к одному уровню и желательно брать банки из одной партии.

Первый вариант подходит только тем, кто имеет модельное ЗУ. Второй и третий варианты практически одинаковы. Необходимо лишь выбрать, что важнее – скорость или емкость. Если использовать предлагаемый модуль с третьим вариантом, то раз в несколько месяцев нужно балансировать банки. Для этого необходимо подпаять балансировочный разъем. Это нужно для контроля напряжения на банках, т.е. для оценки разбалансировки. Точнее говоря нужно будет раз в несколько месяцев дозаряжать батарею побаночно простым зарядным модулем, например TP4056, если началась разбалансировка. Для этого берем модуль TP4056 и заряжаем поочереди все банки, которые по окончании заряда должны иметь напряжение не ниже 4,18V. Данный модуль корректно отключает заряд на фиксированном напряжении 4,2V. Процедура займет час - полтора, зато банки будут  отбалансированы.

Для тех, кто не сильно проникся написанным привожу пример:

Через пару месяцев пользования переделанного шуруповерта, по окончании очередной зарядки достаем балансировочный отвод и измеряем напряжение на банках. Если получается что-то вроде этого – 4,20V / 4,18V / 4,19V, то балансировка, в принципе не нужна. Но если картина следующая – 4,20V / 4,06V / 4,14V, то берем модуль TP4056 и дозаряжаем поочереди две банки до 4,2V. Других вариантов, кроме специализированных зарядников - балансиров нет.

Вот основные модели высокотоковых 18650 Li-Ion аккумуляторов, которые рекомендуются для переделок шуруповёртов:

— 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.)

Как всё соединить  видно из последней фотки.В зависимости от модели шуруповёрта необходимо только добавить четвёртый аккумулятор.

Несколько слов о соединении. Использовать медные многожильные провода приличного сечения. Это качественные акустические или обычные ШВВП / ПВС сечением 0,5 или 0,75 мм2 . Длина соединительных проводников должна быть минимальной. Аккумуляторы, желательно из одной партии. Перед соединением обязательно зарядить их до одного напряжения, чтобы как можно дольше небыло разбалансировки. Пайка аккумуляторов не представляет ничего сложного. Главное иметь мощный паяльник (60 - 80 Вт) и активный флюс типа ТТ или паяльная кислота. Паяется на ура. Главное, потом протереть место пайки спиртом или ацетоном. Сами аккумуляторы размещаются в батарейном отсеке от старых NiCd банок. Располагать лучше треугольником или квадратом- минус к плюсу. Так, соединяющие аккумуляторы провода получатся короткими, следовательно, падение напряжения в них под нагрузкой будет минимальным. Использовать типовые холдеры (готовые отсеки) на 3-4 аккумулятора не рекомендуется- не для таких токов они предназначены. Побаночные и балансировочные проводники не так важны и могут быть меньшего сечения. В идеале аккумуляторы и плату защиты лучше поместить в батарейный отсек, а понижающий DC преобразователь отдельно в док станцию. Светодиодные индикаторы заряд / разряд в док станции можно заменить миниатюрным вольтметром и вывести на корпус.

Итог:

О преимуществах литиевых источников питания (Li-Ion / Li-Pol) над никелевыми (NiCd): 
+ высокая плотность энергии. У типичной никелевой батареи 12S 14,4V 1300mah запасенная энергия 14,4 * 1,3 = 18,72Wh, а у литиевой батареи 4S 18650 14,4V 3000mah — 14,4 * 3 = 43,2Wh
+ отсутствие эффекта памяти, т.е. можно заряжать их в любой момент, не дожидаясь полного разряда
+ меньшие габариты и вес при одинаковых параметрах с NiCd
+ быстрое время заряда (не боятся больших токов заряда) и понятная индикация
+ низкий саморазряд

Из минусов Li-Ion можно отметить только:
— низкая морозостойкость аккумуляторов (боятся отрицательных температур)
— требуется балансировка банок при заряде и наличие защиты от переразряда