Tyrimas prasidėjo remontuojant nebrangaus sodo įrankio 4S Li-ion bateriją. Originalios bevardės celės buvo pakeistos naujomis „Molicel“ celėmis.

Baterija normaliai įsikrovė, o paketas išlaikė bandomąją apkrovą. Tačiau įrankis neveikė.

Kad atmestume surinkimo klaidą, celes pakeitėme dar kartą. Išbandėme ir kitą tokią pačią PCM plokštę. Rezultatas nepasikeitė.

Tuomet įdėjome naudotas „Murata VTC“ celes. Su jomis įrankis pradėjo veikti.

Išmatuota celių vidinė varža:
naujos „Molicel“ – apie 19 mΩ, įrankis neveikia;
naudotos „Murata“ – apie 30 mΩ, įrankis veikia;
senos originalios celės – apie 50 mΩ, įrankis veikė.

Gavome neįprastą rezultatą: mažesnės vidinės varžos celės šiai baterijai netiko.

PCM tyrimas.
Patikrinome įkrovimą, baterijos kontaktus ir galimą ryšį su įrankiu. Paaiškėjo, kad apkrova jungiama tiesiogiai prie pagrindinių baterijos kontaktų. „Molicel“ celės ir iš jų surinktas paketas atskirai veikė tinkamai. Todėl pagrindinis įtarimas persikėlė į PCM apsaugos plokštę.

Plokštėje naudojamas minimalus komponentų skaičius: apsaugos kontroleris, MOSFET tranzistoriai ir nedidelė R/C grandinė.

Perskaityti komponentų žymėjimai:
kontroleris – HM8104 / C3;
MOSFET – LD80N03T.

Viešo HM8104 techninio dokumento rasti nepavyko.

Kontrolerio paieška.
Tyrimo metu nagrinėjome Kinijos Li-ion apsaugos mikroschemų gamintojus: „Hongmao Semiconductor“ (虹茂半导体), „Sino Wealth“ (中颖电子), „CellWise“ (赛微微电子) ir „Si-Power“ (硅动力). Taip pat tikrinome kitus 2S–5S baterijų apsaugos kontrolerius – 电池保护芯片.

Nors bandyta baterija buvo 4S, toks veikimo principas gali būti naudojamas ir 2S, 3S ar 5S sistemose.

Kinijos puslaidininkių rinkoje mikroschemos projektuotojas, kristalo gamintojas, korpusuotojas ir PCM gamintojas gali būti skirtingos įmonės. Ant korpuso taip pat gali būti naudojamas užsakovo pasirinktas OEM žymėjimas. Todėl HM8104 nebūtinai yra viešas kataloginis numeris.

Galima priežastis.
Apsaugos suveikimą lemia visa sistema: kontrolerio ribos, MOSFET parametrai, R/C grandinė, celių vidinė varža ir variklio paleidimo srovės impulsas.

Maža vidinė varža → didelis srovės impulsas → suveikia PCM apsauga → įrankis nepasileidžia.

Didesnė vidinė varža → didesnis įtampos kritimas → mažesnis srovės pikas → PCM nesuveikia → įrankis pasileidžia.

Kontroleriui nereikia tiesiogiai matuoti celių vidinės varžos. Skirtingos celės pakeičia visos sistemos elgesį variklio paleidimo momentu.

Galios ir energinės celės.
Kinijos techninėje terminologijoje skiriamos galios celės 功率型 / 高倍率型 ir energinės celės 容量型 / 能量型. Energinė celė nebūtinai yra prastos kokybės. Ji gali turėti didesnę talpą, tačiau jos vidinė varža ir įtampos kritimas apkrovos metu būna didesni.

Mūsų bandymo rezultatai leidžia įtarti, kad originalios celės ir PCM buvo suderintos kaip viena ekonomiška sistema.

Kritinis vertinimas.
Jeigu variklio paleidimo srovė ribojama pasitelkiant didesnę pačių celių vidinę varžą, tai yra pigus sistemos suderinimo būdas. Problema paaiškėja remontuojant bateriją.

Įdėjus „Samsung“, „Murata“, „Molicel“ ar kitas mažos vidinės varžos galios celes, pakeičiamas visos sistemos elektrinis elgesys. Todėl galimas paradoksalus rezultatas: brangesnė ir techniškai geresnė celė neveikia, o didesnės vidinės varžos celė veikia.

Be originalaus HM8104 techninio dokumento negalime įrodyti, kad toks apribojimas buvo suprojektuotas sąmoningai. Tai lieka praktiniais bandymais pagrįsta techninė hipotezė.

Galutinė išvada.
Geresnė celė nebūtinai yra geresnis pakaitalas.

Remontuojant Li-ion bateriją svarbios ne tik celės įtampa, talpa, chemija ir leidžiama iškrovimo srovė. Reikia įvertinti jos vidinę varžą ir viso paketo elgesį kartu su PCM bei apkrova.

Perdaryti pigios PCM R/C grandinę ar keisti apsaugos ribas neapsimoka. Tam reikėtų iš naujo įvertinti visos apsaugos sistemos saugumą.

Racionalus sprendimas – pasirinkti tinkamos kokybės energines celes, kurių elektrinė charakteristika atitinka konkrečią PCM ir įrankį.

Šiame bandyme apie 30 mΩ celės veikė, o apie 19 mΩ – neveikė. Tiksli riba lieka nežinoma.

Šiai sistemai svarbi ne vien celės kokybė. Svarbu, kokiai paketo impedancijai buvo pritaikyta visa baterijos, PCM ir apkrovos sistema.