Обзор аккумулятора POWERWIN BT100 на ячейках LiFePO4 + опыт переделки UPS на литий

POWERWIN BT100 заинтересовал меня заявлением о новых ячейках LiFePO4, что очень необычно видеть в ценовой категории до 300 $ В статье изучим его, проведём тесты ёмкости, разрядим током почти в 100 ампер, а также модифицируем UPS на свинцовых аккумуляторах для работы с LiFePO4.

История поиска и покупки

Цимес

Периодически у меня отключают свет. Проблема не критичная, и мой UPS (Legrand Keor 800 PDU) справляется с домашней стойкой, но всё же время его работы от стандартного аккумулятора просто смехотворное и исчисляется минутами. 
Расширить его несложно: можно докупить аккумулятор, улучшить охлаждение, и он сможет работать дольше. Тут-то и встал вопрос выбора аккумулятора.

Путей буквально три:

• Более ёмкий свинец.
• Автомобильный тяговый аккумулятор.
• LiFePO4 аккумулятор.

Первый вариант отмёл сразу, так как цена хороших AGM аккумуляторов просто баснословная, а количество циклов перезарядки, мягко говоря, удручает.

Автомобильный аккумулятор имеет все те же проблемы, а также выделяет газы во время зарядки. Если ставить в проветриваемую комнату, то в целом нормальный и не такой дорогой вариант.

LiFePO4 интересен тем, что он банально имеет лучшие характеристики. В теории это значительно большее количество циклов перезарядки с минимальной потерей ёмкости. Лучшее соотношение ёмкости/веса/объёма, а также возможность быстрой зарядки. Что интересно, так это цены. Хороший AGM аккумулятор немногим дешевле бюджетного литийжелезофосфатного аккумулятора. Но есть нюансы.

Нюансы LiFePO4 в UPS

Казалось бы, химия совсем другая, как это воспримет UPS? В теории нормально. Мой UPS заряжает аккумулятор до 13,7 В, если верить его логам. И если взять LiFePO4 аккумулятор с конфигурацией ячеек 4s1p (4 штуки последовательно, 1 в параллель), то напряжение на ячейке при полном заряде составит 3,425 В, что немного ниже максимальных 3,65 В (цифра взята для примера из даташита на ячейки CATL 100 Ah с химией LiFePO4). Также неплохо влез и минимальный уровень, при котором UPS выключается в 11–11,2 В (2,75 В на ячейку в 4s аккумуляторе, CATL заявляют минимальное напряжение в 2,5 В, при 2,75 остаточная ёмкость — 5–10 %). 

Чуть больше уверенности в этот вариант вложила BMS, которая обязательно ставится на аккумуляторы такого типа и при внештатной ситуации (перегрев, перезаряд, переразряд, превышение по току) без проблем отключит выход, спасая и аккумулятор, и UPS.

Минус и одновременно плюс тут один. Кривая разряда у LiFePO4 не такая линейная, как у свинца. Уровень заряда можно мониторить по напряжению, но UPS всё ещё будет показывать уровень заряда по напряжению для свинца, и любые автоматизации по уровню заряда будут бесполезны.

Взвесив все «за» и «против», я принялся искать LiFePO4 вариант. 

Выбор, покупка и доставка аккумулятора

LiFePO4 аккумулятор можно собрать, купив готовые ячейки LiFePO4 и прикрутив BMS, а также поместив это всё в какой-то корпус. 
Но так вышло, что рынок заполонили б/у ячейки от электротранспорта из Китая. Раньше их было легко определить по потёртостям, следам установки на контактах, а также по маркировке, ведь на ячейках зачастую был QR-код с информацией о дате производства. Но, как обычно, ушлые предприниматели подсуетились и начали заниматься переупаковкой. Таким образом на рынке теперь море «новых» LiFePO4 ячеек, с повышенным сопротивлением, перебитыми QR-кодами, с новой термоусадкой и новыми наваренными контактами. Тема подробно разжёвана во множестве видео, но итог этой истории прост: купить новые ячейки трудно и дорого.

Казалось бы, просто купи новый готовый/собранный аккумулятор, и нет проблем! На практике можно купить проверенные сборки втридорога, а бюджетный сегмент, мягко говоря, дикий запад с непонятными конторами и десятками предложений аккумуляторов LiitoKala за полцены. «Литокала» в мире аккумуляторов, говоря по правде, уже имя нарицательное, как TrustFire. Бренд такой существует и успешно переупаковывает вполне фирменные ячейки, но только ленивый не выпускает очередную сборку из б/у ячеек под этим именем.  

Искал я варианты, смотрел отзывы и наткнулся на POWERWIN. Обзоры на них внушали доверие, у разных людей в разное время были одни и те же свежие банки, а также простенький, но рабочий BMS. Отзывы в целом показывали честные заявленные параметры, и никто на них не жаловался. «Стабильность — признак качества», — решил я и заказал аккумулятор POWERWIN BT100 с ёмкостью 100 А·ч и номинальным напряжением в 12,6 В.

Продавец отзывчивый, но не супер информативный. На вопрос «Что там за ячейки?» он ответил, что 100 % новые, но производитель какой получится (EVE, Gotion и т. д.), а также прислал видео с завода, где показано, как паяются ячейки в виде пакетов. Жаль, что не призматические, но радует, что реально новые и ёмкость в теории должна быть чуть выше, ведь ячеек в параллель ставят много для отдачи большого тока.

Что интересно, продаются они на AliExpress с доставкой из РФ (нет налога, в отличие от заказа из Китая), а также на «Озоне». И если в случае с «Али» при проблемах можно начинать писать в спортлото, то на «Озоне» гарантия год, и ею можно воспользоваться, что лично мне немного добавило доверия. Заказал я его, правда, с «Али», там было дешевле.

С AliExpress аккумулятор ехал 9 дней СДЭКом со склада в РФ. Притом 4 дня его передавали в доставку, и 5 дней СДЭК его вёз и доставлял курьером до порога. Однако, удобно, когда не надо таскать лишние 12 кг. На дворе во время обзора зима и минусовая температура, перед использованием LiFePO4 аккумулятора лучше оставить его прогреться до температуры хотя бы 20 °C. Я оставил лежать его в тепле в течение 12 часов. 

Обзор POWERWIN BT100

Распаковка и осмотр

Приезжает вот такая коробка приличных размеров.

В коробке нас ждут дополнительные материалы:

•  Винты для клемм.
•  Резиновый брелок с номером и адресом техподдержки.
• Инструкция.
• Флаер со ссылками на соцсети.

Винты с шайбой и колпачками, форма удобная, можно крутить как отвёрткой, так и ключом. 

Резиновый брелок — назначение мне не особо понятно, но сделан качественно. 

И, конечно же, сам аккумулятор. Он зажат в двух вставках из поролона, такое же по структуре крепление можно встретить в коробках с ноутбуками. 

На вид аккумулятор как аккумулятор, новенький в плёночках. Может показаться, что у него размер как у автомобильного, но в реальности он шире, чем варианты для авто.

Реальный размер — 33 x 17,5 х 22 см.

А вес всего 12,1 кг.

Корпус выполнен из двух пластиковых деталей. Вместе они соединены на защёлки и герметик, разобрать эту конструкцию без повреждений будет сложно.

Да и не стоит его разбирать, так как обслуживаемых элементов в нём нет, а разборка отменяет гарантию. 

По краям есть пара ушек, в которые вставляется ремень. Штука удобная для переноски, а если ремень не нужен, то можно отстегнуть. 
 

Для подключения используются винтовые клеммы. 

Болты М8 длиной 1 см. 

Снизу аккумулятора есть серийный номер, а дополнительных ножек нет. Я бы не отказался от четырёх прорезиненных, дабы аккум не ездил по поверхности.

На одной из наклеек есть пиктограмма FCC. Ради интереса я спросил у магазина номер сертификата, так как его нет на устройстве, и получил: HK2308043447E.

На аккумуляторе наклейка с универсальной инструкцией к разным моделям. Ничего нового тут нет. 
— Для 12 В используйте зарядку до 14,6 В.
— Аккумулятор нельзя заряжать при температуре ниже нуля.
— Не замыкать, не сжимать и не разбирать.
— Не нагревать выше 70 °C.
— Не подключать зарядку с неверной полярностью.
— Защищать от механических повреждений и огня.
— Инструкцию читать.

Разбирать я его, честно говоря, не решился, так как потеряю гарантию и испорчу корпус. Но недавний обзор говорит, что под капотом стоят пакеты. 
 

Конфигурация 4S7P. О плюсах и минусах спорить можно долго. Пакеты имеют меньшую прочность за счёт мягкого корпуса, а также легче вспухают при переразряде и перегреве, но в теории это не страшно при наличии крепкого корпуса и нормальной BMS. В плюсы можно записать цену и большую емкость так как пакетов тут набрано на большую емкость, дабы получить запас по току в пересчете на один пакет.

Тестирование — малые токи

Для тестов я буду использовать рекомендованные значения для ячеек CATL. А это минимум 2,5 В на ячейку или 10 В для 4s сборки, а также 3,65 В максимум или 14,6 В для 4s сборки. 
 

Что интересно, так это результаты. Подсчёт ёмкости ведёт как сам тестер (ZKE TECH EBD-A20H с мощностью до 200 ватт), так и мой самодельный прибор (ESPVMON, о нём будет статья но после доработки). Тестер подключён тонкими проводами 16AWG, которые под током 15–16 А уже хорошо так греются и теряют энергию. Но даже так результат, честно говоря, удивил. При заявленных 1280 Втч энергии тестер измерил более1447,9 Втч! (1484 Втч прямо с клемм аккумулятора, без потерь). Можно уже делать вывод, что ячейки точно не б/у и имеют ёмкость даже больше, чем заявлено.

Тут же была проверена защита. После того как напряжение упало ниже 10 В, BMS отключил выход. Включить его обратно можно кратковременным подключением зарядки.

Зарядка до 14,6 В выглядит так. В аккумулятор влилось 1528 Втч при зарядке током 5,1 А. Под конец зарядки видно резкое падение тока: это BMS отключил выход во избежание перезаряда. 

Я был сильно удивлён ёмкостью, которая была значительно выше заявленной. Спросил производителя про такой подарок, и он сказал, что заявленная ёмкость аккумулятора BT100 в районе 1300 Втч, но на практике обычно немного больше из-за использования новых ячеек и их конфигурации.

Но ради эксперимента я провёл этот тест ещё раз. Результат в целом даже лучше (между тестами заменил кабели на 8AWG), ёмкость действительно честная, и это радует.

Тестирование — большие токи

Собрав все регулируемые нагрузки и заменив шунт ваттметра на 200 А вариант (0,5 %, +-1 A ошибки), я нагрузил аккумулятор на разрешённый максимум. 
В итоге на нагрузке 1050–1150 W удалось снять 1461 Втч энергии!

Никаких курьёзов не произошло, аккумулятор во время теста оставался прохладным (25 °C) и лишь слегка нагрелся в местах, где внутри проходят провода и стоит BMS.  

Переделка UPS на LiFePO4 — закуп

Подбор компонентов для апгрейда UPS я начал с расчётов. Мой ИБП имеет мощность 800 VA, что даёт 480 ватт выходной мощности. Его заявленная эффективность — 98,95 %, что, как мне кажется, ну очень оптимистично, поэтому за основу возьму цифру в 80 %. Таким образом при выходе в 480 ватт на входе с батареи будет до 600 ватт, или 45–50 ампер тока, поэтому компоненты буду подбирать+- под эту цифру.

Если верить таблице на «Вики» ( https://en.wikipedia.org/wiki/American_wire_gauge ), то мне подойдёт кабель 8AWG, его я и взял на всем известном синем маркетплейсе. Конечно, в идеале добавить запаса до AWG7, а лучше вообще взять AWG3 для стабильной работы под полной нагрузкой, но обжимать и паять такие провода в домашних условиях без специнструмента нереально, а максимальных нагрузок у меня просто не будет.

Для подключения к аккумулятору и девайсу мониторинга на пробу были взяты клеммы на 80 A и 100 А с того же маркетплейса. 20 медных клемм за 300 рублей звучало как подарок, в итоге пришли простенькие клеммы и, судя по их толщине, они на 50–60 А. Ещё пара клемм на 100 А, которые оказались буквально теми же клеммами на 80 А, но с надписью 100 A… В целом для моих задач достаточно и тех и этих, так что оставил.

Для нормального подключения к ИБП с возможностью быстрого отключения без разборки и инструментов были приобретены коннекторы XT90 ПАПА+МАМА, а также ПАПА коннектор под установку в корпус. С этими коннекторами ситуация странная. Везде, где их можно купить, пишут абсолютно рандомные значения максимального тока. Но если усреднить, то это 40–60 А и в пике от 90 до 120 А. Из аналогов есть более подходящий под это дело Anderson sb50, но у него банально нет ответной части под монтаж на стенку в корпусе.

С XT у меня забавный опыт. В самокате Xiaomi используется XT30 для подключения аккумулятора, при этом если накатить прошивки, то ток на мотор можно поднять вплоть до 30 А, т. е. с аккумулятора при напряжении +-36 В снимается более 1 кВт! Мой самокат был прошит на прошивку 1,3 кВт и ездил так 3 года. Каждый год я обслуживал его и коннектор XT30 всегда был в идеальном состоянии, хотя самокат никто никогда не жалел, а также постоянно ездил по гористой местности.

Сборку кабеля я бы назвал тяжёлой. Пайка толстых проводов паяльником на 60 Вт была непростой, а в комнате стоял натуральный туман от флюса. По возможности я бы рекомендовал покупать готовые кабели, а не делать их самому, они выходят немного дороже, но клеммы будут обжаты по всем ГОСТам, а не припаяны.

Неудачный но поучительный опыт переделки Legrand Keor 800 PDU

А вот и сам ИБП для доработки, это Legrand Keor 800 PDU. Аппарат неплохой, но рекомендовать его не буду из-за его софта и потому что он не подходит для этой переделки.

 

Внутрянка очень бюджетная, 480 ватт он, конечно, выдаёт, но с просадкой напряжения.  Охлаждения в нём нет, и для заявленной мощности он, мягко говоря, недоукомплектован.
 

 

Родной аккумулятор имеет напряжение 12 В и 9 А·ч. Это 108 Втч, или почти в 12 раз меньше, чем у Powerwin bt100.Для доработки потребуется удалить аккумулятор.
Провода аккумулятора отрезал и припаял XT90 для тестов. 

 

Первое включение с LiFePO4 аккумулятором POWERWIN BT100 прошло успешно, ИБП без проблем стартанул и выдавал 220 В без каких-либо ошибок. Я протестировал его в течение 10 минут и в целом не обнаружил проблем, кроме нагрева платы самого ИБП.

 

 

Раз краткие тесты прошли успешно, я решил перманентно установить коннектор для внешнего аккумулятора. Немного сверления, 10 минут работы напильником, и коннектор встал как родной.

 

Заодно была удалена пищалка. Её можно выключить программно, но только в софте «Легранда», и только пока UPS подключён напрямую в ПК.

 

 

После полной сборки я оставил работать небольшую нагрузку (50 ватт) в виде зарядника, добавил охлаждение на время теста и проиграл... 
Спустя примерно 15 минут я услышал щелчок реле, а ИБП выключился. После повторного включения ИБП проработал 15 минут и опять выключился.

Ненароком подумал, что ИБП считает аккум севшим (13,2 В), но работа от лабораторного блока питания ограничилась теми же 15 минутами.

Я менял охлаждение, повышал и занижал напряжение аккума, проводил тесты в софте ИБП, но ничего не помогло, он так и выключался спустя 15 минут. Притом в софте ИБП писал уровень заряда 99 % на протяжении всего времени работы от батареи, а под конец просто резко сбрасывал до 3 %, выдавал уведомление о низком заряде и без всяких ошибок выключался. 
Подстава от Legrand...

 

Переделка UPS APC 550 PRO на LiFePO4  

Недолго думая, беру ещё один UPS, это APC 550 PRO. Его переделка идентична: отрезаем провода аккумулятора, паяем XT90 и подключаемся, и всё работает, но на этот раз работает, пока есть заряд, а не по таймеру!
 

Процесс модификации идентичен прошлому ИБП. Добавляем XT90 и подключаемся. ИБП сразу стартанул от аккумулятора и без проблем и ошибок выдал 231 В на выход.

После подключения кабеля 220 В заработала зарядка.
Интересно, что у APC заряд идёт не просто постоянным током, а честно по графику заряда. 
 

Это хорошо видно на графике заряда аккумулятора, если подключить его на напряжении 13,6 В к UPS. В таком случае сразу стартует заряд, доведя напряжения до 14,1 В, ток заряда падает, а после 4 часов заряд совсем отключается. В целом UPS не выходит за максимальные рамки напряжения для аккумулятора и не должен его повредить.

Про ток заряда, к сожалению, ничего хорошего не скажешь. Обычный домашний UPS не рассчитан на аккумуляторы такого объёма, и с его мощностью заряда около 4,5 Вт он будет заряжать аккумулятор на 1280 Втч в течение 284 часов или почти 12 дней! Для редких, но долгих отключений это вполне приемлемо, но в случае, когда отключения происходят ежедневно и требуется быстрая зарядка, придётся подключать внешнее зарядное и заряжать до 13,6 В.

Модули ЛБП от Ruideng имеют выход для зарядки аккумуляторов и отключаются при падении тока до 10 мА, например

Теперь попробуем работать от аккумулятора. Сразу стоит сказать, что простенький домашний UPS явно не предназначен для продолжительных работ и очень хорошо так греется. На нагрузке 50–100 Вт можно не париться, ведь нагрев вполне удовлетворительный. Но под нагрузкой в 250–300 Вт уже потребуется качественное охлаждение с модификацией корпуса.

Для теста я подключил компьютер, пару мониторов и оставил всё это работать. Нагрузка колебалась от 150 до 300 Вт, при этом КПД ИБП составлял около 70. При нагрузке в 200 Вт от розеток ваттметр на аккумуляторе показывал около 300 Вт. ИБП на своём экране показал падение уровня заряда почти до нуля, но при этом выключаться и не думал, работал стабильно.

Лишние 100 Вт можно было найти на трансформаторе, мосфетах, а также рандомном конденсаторе на плате ИБП. Если требуется долгая работа такого бутерброда, то стоит озаботится охлаждением, и не простым, а действительно мощным с вентилятором ватт на 5–10, так как Noctua A12x25 (2 ватта), которая обдувала ИБП, с трудом справлялась с ним на открытом воздухе при нагрузке 200 Вт. 

Процесс разряда занял 6 часов и прошёл без происшествий.  За это время аккумулятор отдал 1469 Втч, что около одного киловатта энергии на розетке ИБП.

Вентилятор прекрасно справился с охлаждением ИБП на половине мощности, и никаких отключений и перегрева не произошло. 
 

Про апгрейд UPS скажу, что это затея интересная, но непростая. Придётся поискать подходящий БП, который не выключается по таймеру, а также имеет активно охлаждение. И быть готовым к его доработкам и пайке. Если бы я повторял этот процесс, то заранее искал бы ибп на 24в, в таком случае кпд конструкции будет выше, а требования к аккумуляторам сильно ниже. Так же среди ибп стоит искать варианты с активным охлаждением (например apc pro 1500), в таком случае никаких доработок кроме подключения аккумулятора не потребуется!

Выводы

К аккумулятору POWERWIN BT100 вопросов у меня нет. Ёмкость оказалась даже с небольшим запасом как при разряде малым током, так и при близком к максимально разрешенному. Защиты от превышения напряжения есть, как есть и защита от переразряда. Нагрев очень демократичный, как и цена. Конечно хотелось бы призматические ячейки, но с такой ценой это уже тяжело. Производитель сказал что пакеты только в самом бюджетном BT100, и в остальных версиях уже будет призматик! В общем, могу рекомендовать данный аккумулятор к покупке.

Если покупать из РФ то советую сразу с озона так как цена заметно ниже Aliexpress даже с купонами- https://www.ozon.ru/product/powerwin-bt100-12-v-100-ach-1280-vtch-lifepo4-akkumulyator-vstroennaya-avtonomnaya-solnechnaya-1837920998/ 

Если покупать из стран снг то естественно али будет дешевле, бонусом продавец предоставил купон под ценой который снижает цену на 25$! — https://aliexpress.ru/item/1005006542669256.html Бонусом для покупателей из Украины, продавец сообщил что модели BT100 BT200 BT5120 есть на местном складе в Киеве с быстрой доставкой и без пошлины!