Modul UPS Bidirectional, compatibil Litiu 2S, 9-10V

Modulul UPS Bidirectional 2S este o placa de alimentare neintrerupta pentru proiecte alimentate de la o baterie Li-Ion cu doua celule in serie (7.4 - 8.4V). Rolul lui este sa preia energia de la o sursa externa de 9 - 10V, sa alimenteze echipamentul conectat si, in acelasi timp, sa tina bateria incarcata, astfel incat la o cadere de tensiune pe retea sau pe sursa, alimentarea sa treaca automat pe baterie fara intrerupere.

Este util in proiecte care nu isi permit resetari la caderi de curent, routere, camere de supraveghere, sisteme de alarma, statii meteo, console de automatizare cu Raspberry Pi sau ESP32, acolo unde cateva secunde de alimentare continua fac diferenta pana porneste o sursa de rezerva sau pana revine reteaua.

Cum functioneaza:

Modulul foloseste acelasi port pentru incarcare si descarcare, fara sa fie nevoie de doua mufe separate. Cand pe IN+ si IN- este prezenta o tensiune externa, chipul de incarcare integrat ridica bateria 2S pana la 8.2 - 8.4V cu un curent implicit de 1.2 - 1.4A, in timp ce acelasi punct de intrare alimenteaza si sarcina conectata in paralel. Daca tensiunea externa dispare, circuitul comuta automat traseul astfel incat bateria sa preia alimentarea sarcinii, fara interventie manuala.

Topologia este izobarica, adica modulul nu ridica si nu stabilizeaza tensiunea de iesire in modul baterie, ci o lasa egala cu tensiunea reala a acumulatorului. Practic, daca bateria are 7.8V in momentul respectiv, iesirea va fi tot 7.8V, iar aceasta valoare scade treptat pe masura ce bateria se descarca. Pe traseul de descarcare exista o rezistenta interna de aproximativ 80 miliohmi, deci la un curent de 2A caderea de tensiune suplimentara este data de formula I x R, adica 2A x 0.08 ohmi, aproximativ 0.1 - 0.16V.

Cele doua LED-uri arata starea in timp real. LED-ul de descarcare se aprinde slab peste 50 - 100mA, devine vizibil mai luminos peste 0.5 - 1A si atinge maximul peste 2A, oferind astfel o estimare vizuala a curentului tras de sarcina. LED-ul de incarcare este aprins cat timp tensiunea de intrare depaseste tensiunea bateriei cu cel putin 0.5V, adica incarcarea este activa, se stinge cand bateria a ajuns la pragul de 8.2 - 8.4V si clipeste atunci cand apare o anomalie de incarcare.

Cand se leaga mai multe module in paralel prin pinii de cupru (stacking), eficienta reala este de aproximativ 80 la suta din suma teoretica, din cauza tolerantelor dintre componente. De exemplu doua module conectate astfel ofera un curent nominal de 4A x 2 x 0.8, adica aproximativ 6.4A, echivalent cu circa 57W, nu dublul exact al unui singur modul.

Ce ai nevoie:

• 1 x Modul UPS Bidirectional, compatibil Litiu 2S, 9-10V
• 1 x Suport acumulatori 18650, 2S
• 1 x placa de balansare pentru pachet 2S
• 1 x Sursa alimentare 9v Pentru Arduino 5.5x2.1
• 1 x set fire cu mufe pentru alimentare
• 1 x Multimetru digital Q1, True-RMS, NVC, senzor temperatura, automat
• 1 x Set 120 condensatori electrolitici, 0.22-470uF
• 1 x Modul ridicator tensiune, ZVS,DC-DC, 45-390V, reglabil

Conectare:

Modulul nu se programeaza si nu schimba date cu o placa de dezvoltare, el functioneaza independent ca sursa de alimentare, insa echipamentul alimentat poate fi orice proiect cu Arduino, ESP32, Raspberry Pi sau alta platforma care accepta tensiunea variabila a bateriei 2S.

Montati bateria Li-Ion 2S, de preferat cu BMS si placa de balansare proprie, la bornele B+ si B- ale modulului, respectand strict polaritatea marcata pe placa.

Conectati sursa externa de 9 - 10V, capabila sa ofere cel putin 6A, la bornele IN+ si IN-, fara sa inversati firele, intrarea nu are protectie la polaritate inversa.

Conectati echipamentul pe care doriti sa il alimentati tot la bornele IN+ si IN-, in paralel cu sursa externa, acesta este portul comun de incarcare si de iesire.

Daca echipamentul alimentat functioneaza doar la o tensiune fixa, de exemplu 5V sau 12V, adaugati intre iesirea modulului si echipament un convertor DC-DC buck sau boost, deoarece iesirea acestui UPS variaza odata cu nivelul bateriei si nu este stabilizata.

Daca urmeaza sa alimentati motoare sau alte sarcini cu bobine, montati un condensator de cateva sute de microfarazi in paralel pe bornele IN pentru a reduce varfurile de tensiune generate la comutarea sarcinii.

Probleme frecvente:

Niciun LED nu se aprinde la conectarea sursei externe, cauza probabila este o baterie complet descarcata sub pragul de protectie sau o conexiune gresita la B+ si B-, verificati polaritatea si tensiunea bateriei cu un multimetru inainte de a relua testul.

LED-ul de incarcare ramane aprins mult timp peste durata asteptata, in general inseamna ca bateria are o capacitate mare raportata la curentul de incarcare de 1.2 - 1.4A, la o baterie de 10 - 15Ah incarcarea completa poate dura cateva ore, acest lucru este normal.

LED-ul de incarcare clipeste in loc sa stea aprins sau stins, semnaleaza o anomalie, de obicei o celula dezechilibrata in pachetul 2S sau o temperatura prea mare, lasati modulul sa se raceasca si verificati balansarea celulelor.

Tensiunea de iesire scade brusc sub sarcina, chiar daca bateria pare incarcata, cauza este de regula un acumulator imbatranit cu rezistenta interna mare sau un curent cerut peste 4A continuu, reduceti sarcina sau folositi o baterie cu capacitate si curent de descarcare mai mari.

La conectarea mai multor module in paralel, unul dintre ele se incalzeste mult mai tare decat celelalte, de obicei inseamna ca firele de legatura intre module nu au aceeasi lungime si sectiune, ceea ce duce la impartirea inegala a curentului, folositi fire identice si cat mai scurte.

Siguranta integrata s-a ars si modulul nu mai porneste, cauza este aproape intotdeauna un scurtcircuit sau un curent de varf peste 6A pe durata lunga, verificati cablajul si sarcina inainte de orice alta interventie.

Limitari si sfaturi:

Iesirea acestui modul nu este stabilizata si nu are functie de boost sau buck, ea urmeaza fidel tensiunea bateriei 2S, intre aproximativ 6V la descarcare completa si 8.4V la incarcare maxima, de aceea echipamentele care au nevoie de o tensiune fixa trebuie alimentate printr-un convertor DC-DC suplimentar.

Curentul continuu recomandat este sub 4A, cu varfuri acceptate pana la 6A pe durate scurte, iar intrarea nu are protectie la polaritate inversata, asa ca o greseala de conectare la IN+ si IN- poate afecta modulul sau sursa.

Pentru proiecte cu nevoie de putere mai mare sau de redundanta, modulele pot fi puse in paralel prin stacking fizic, cu maximum 3 module recomandate, sau pe aceeasi magistrala de alimentare pentru tolerare la defect, fiecare cu propria baterie.