Надо признать — наш прошлый бесперебойник, WB-UPS v.2, мы считаем неудачным.
Не потому, что мы где-то ошиблись, или схалтурили, или сэкономили. Нет, мы использовали неплохие компоненты, и все делали согласно рекомендациям из даташитов их производителей. Но этого оказалось мало. Ощутимую часть устройств (~1.5%) нам пришлось менять по гарантии — через сколько-то месяцев непрерывной работы аккумуляторы «распухали», хоть и продолжали работать. Было понятно, что с этим надо что-то делать.
Выпуск устройств прекратили, и начали разрабатывать новую модель. Пришлось изрядно «поресерчить» и поэкспериментировать, и оно того стоило — WB-UPS v.3 стал на голову выше, причем за примерно те же деньги. И в нем даже есть наши ноу-хау. А теперь давайте подробнее.
WB-UPS — что это?
WB-UPS v.3 — это компактный источник бесперебойного питания с литий-ионными аккумуляторами «на борту».
Он устанавливается на DIN-рейку, занимает всего 2 DIN-юнита, и при отсутствии напряжения на входе обеспечивает выходное напряжение в диапазоне 9…25 В (настраивается) на нагрузке до 15 Вт (кратковременно — до 20 Вт). Причем, можно подключить параллельно несколько WB-UPS, активировать режим параллельной работы и тем самым просуммировать их Вт и Вт·ч.
Приоритетами у команды разработчиков были компактность и доступность по цене.
Почему распухали аккумуляторы в WB-UPS v.2
В оправдание второй версии можно сказать, что по гарантии к нам вернулось менее 1.5% устройств. Остальные работают, как и задумано. А в наше оправдание можно сказать, что мы тщательно тестировали и опытные образцы, и серийные. Загоняли их в крайние режимы заряда/разряда, грели в термокамере… и в наших экспериментах аккумуляторы вели себя вполне пристойно, работали и не распухали.
Анализ тех экземпляров, которые нам вернули, показал, что с электроникой у них все было в порядке, никаких неисправностей. Мы проверяли все возможные идеи: отказ схемы заряда (нет, они работали идеально), разбаланс ячеек (напряжения были одинаковые и в норме), переразряд или перезаряд (нет), и так далее.
Кстати, сами аккумуляторы, хоть и были распухшие, работали как надо.
Может, дело в самих аккумуляторах?
Мы покупали ячейки одного и того же производителя, у одного и того же поставщика. В голову лезли сомнения: может, поставщик нам не то поставляет? Может, у производителя качество гуляет? Проверить последнюю гипотезу было несложно: мы проанализировали зависимость количества возвратов от партий используемых в них ячеек. И никакой корреляции не нашли, значит, дело не в этом.
Были у нас еще сомнения в конкретной модели ячеек. Мы долго переписывались с производителем через дистрибьютора, но в итоге те лишь разводили руками: никаких проблем в схеме, условиях заряда, разряда и т.п. они не нашли, а проблема у них не воспроизводилась. А ещё статистика самого дистрибьютора не подтверждала наши слова: ни у одного другого клиента эти же банки не вспухали.
Можно было бы просто заменить производителя аккумуляторов или выбрать другую модель, но без понимания причин это была бы лотерея. Напомню, что вспухали банки минимум через год эксплуатации!
А не в условиях ли эксплуатации проблема?
На эту мысль наталкивали недовольные клиенты, у которых после замены WB-UPS на новый снова происходило то же самое — ячейки распухали. Мы стали не только забирать бесперебойники с распухшими ячейками на исследование, но и ездить к клиентам на объекты.
А чем вообще могут отличаться условия эксплуатации? Температурой, циклами заряда-разряда, мощностью подключенной нагрузки. Представляете, каково было наше удивление, когда у “проблемных” клиентов с предполагаемыми “тяжёлыми” условиями мы увидели бесперебойники, к которым была подключена маленькая нагрузка, а сами они стояли в холодных щитах и едва ли хоть раз вообще разряжались полностью!
Параллельно мы пытались хоть как-то заставить эти элементы вспухнуть у себя в лаборатории. Единственный способ, которым мы смогли воспроизвести проблему, это поместить WB-UPS v.2 в термокамеру с очень высокой температурой и одновременно циклически заряжать/разряжать его предельной мощностью. Но полезного в этом эксперименте было не много — клиенты не эксплуатировали WB-UPS в таких условиях.
Конечно, во время всех исследований мы нашли несколько реальных проблем в WB-UPS v.2. Например, определили, что при большом входном напряжении бесперебойник ощутимо нагревался при заряде ячеек. Причина была в DC-DC преобразователе: в очередной ревизии во время кризиса полупроводников мы поменяли степ-даун с дефицитных AOZ на Rychip во всех наших устройствах, но только в WB-UPS v.2 он работал одновременно и на большом токе, и с большими входным и выходным напряжениями. Именно в этом режиме его КПД было сильно ниже аналога (и даташита), а мы проглядели эту комбинацию во время тестирования и чипа, и устройства.
На исследования, исправления, повторные исследования мы потратили очень много времени. Но, к сожалению, все обнаруженное никак не влияло на вспухание ячеек.
Всё что мы знали в итоге, это то, что хорошие ячейки, несмотря на правильную схемотехнику, в наши бесперебойниках начинают «газить», и через несколько месяцев могут стать толще в 1.5 — 2 раза. Другие их параметры не ухудшаются. Это не приводит к взрывам/пожарам, но пугает людей, да и оставлять ячейки в таком состоянии неправильно.
Что говорит теория
С теорией тяжело. Найти нормальную информацию от производителей о деградации ячеек при нахождении их в заряженном состоянии — это проблема. Весь Интернет завален лишь маркетинговыми презентациями. R&D активно занимаются автопроизводители, но информацией не делятся. Если хотите погрузиться в тему на ту же глубину, что и мы, то начать рекомендуем с книги Beard — Linden's Handbook of Batteries (McGraw Hill, 2019), ничего свежее мы не нашли. И послушать лекции господина Dr. Jeff Dahn, особенно его ответы на вопросы.
Еще мы скатались на выставку electronica в Мюнхен, и постарались вытянуть максимум информации из каждого производителя ячеек — это тоже было полезно.
P.s. Если у вас есть более качественная информация — поделитесь ссылками, наши разработчики будут вам очень благодарны.
Стало понятно, что причина вспухания была не одна, был комплекс. Аккумуляторы в бесперебойниках «живут» в тяжелых условиях постоянного полного заряда, в состоянии «всегда готов». Часто внутри щитов бывает высокая температура. Оказалось, что выделение газа кратно ускорялось, когда напряжение на ячейке было большое. Особенно плохо ячейки переносили комбинацию из большого напряжения и большой температуры. Конкретный состав электролита отличался даже у ячеек с «одинаковой» химией, и тоже влиял на выделение газа.
Большое напряжение в этом контексте — это те самые 4.20 В отсечки при заряде. Чем позже выключаешь заряд, тем больше энергии можно закачать в элемент. Но стандартные напряжения оптимизированы под стандартный профиль использования: заряд-разряд. При разряде напряжение на элементе очень быстро и резко падает, и скорость паразитных химических реакций тоже. Получается, что аккумулятор «проскакивает» опасный участок и большую часть времени проводит при безопасных напряжениях. В бесперебойнике же аккумулятор всегда заряжен.
В общем, вывод из всего исследованного, прочитанного и услышанного мы сделали следующий: чтобы обеспечить нормальный режим эксплуатации для аккумуляторов, работающих в суровых условиях UPS, их не нужно заряжать до номинала, надо выключать зарядник раньше. Номинальные значения даются для устройств, работающих в режиме заряд/разряд, а тут другое.
А производитель то знал!
Когда мы уже разобрались, в чем дело, и в случайном разговоре на очередной выставке поделились своими выводами с техническим директором производителя пакетных ячеек, оказалось, что мы изобрели колесо. Он сразу предложил недозаряжать ячейки. И сказал, что наши ячейки адаптированы под низкую температуру окружающего воздуха, их электролит не оптимизирован на уменьшение паразитных реакций, и у них есть ячейки, намного более приспособленные к требуемым нам условиям эксплуатации. Но вовремя до нас эта информация не дошла ни через инженеров производителя, ни через специалистов дистрибьютора, хотя мы их очень-очень сильно теребили.
Смешно и грустно.
Вывод сделан, надо его воплощать «в железе». Ну а раз уж взялись за переделку устройства, то сразу добавили и новые полезные фичи. Давайте заглянем внутрь WB-UPS v.3.
Что внутри WB-UPS v.3
Микроконтроллер
Мы долго пытались подобрать готовые чипы с той логикой, которую собрались реализовать — не получилось. Придется программировать. Поэтому третья версия обзавелась микроконтроллером, который всем управляет.
Интерфейс RS-485
Раз уж микроконтроллер есть, грех было не дать устройству интерфейс для настройки, управления и мониторинга. Мы и дали — Modbus RTU.
Теперь WB-UPS легко интегрировать в системы автоматизации и диспетчеризации.
Надежные аккумуляторы
В WB-UPS v.3 мы используем цилиндрические ячейки в формфакторе 18650. Те же, что уже много лет используются в наших модулях WBMZ-BATTERY. На сегодняшний день десятки тысяч таких ячеек в составе наших устройств по несколько лет отработали на реальных объектах, и статистика отказов минимальна. Мы применяем NMC-ячейки известного производителя. Их емкость составляет 2600 мА·ч. На рынке есть модели и на 4000+, но мы сознательно используем только то, что проверено временем.
Немаловажно то, что цилиндрические ячейки сами по себе жесткие, с металлическим корпусом. При образовании газов и росте давления они сбрасывают их через встроенный предохранительный клапан. И никаких деформаций не происходит.
Ну и производить ячейки 18650 технологически сложнее и дороже, что отсекает кустарных производителей, и снижает риск нарваться на их продукцию.
Умный зарядник
Теперь ячейки мы заряжаем не до 4.2 В, а примерно до 4.05 В на элемент (~8.1 В на батарею). Да, это снижает используемую емкость на ~15%, но серьезно увеличивает срок службы ячеек.
Готовых контроллеров заряда, которым можно задать произвольное выходное напряжение, практически нет, поэтому эту функцию мы сразу возложили на микроконтроллер устройства. Но контроллер заряда с фиксированными порогами (4.1 В, 4.2 В, 4.25 В на элемент) мы тоже используем. Если микроконтроллер (по любой причине) вовремя не выключит зарядник — это сделает аппаратный контроллер заряда при 4.1 В на ячейке. Если и тут что-то пойдет не так, и напряжение продолжит расти — есть еще две аппаратные защиты. Одна отключит отдельными транзисторами батарею от схемы при напряжении 4.25 В. А вторая, при превышении 4.3 В, сожжет харакири-предохранитель, тем самым физически разорвав связь ячейки и остальной схемы.
Ток заряда настраивается, по дефолту он равен 600 мА. Если ток превысит значение уставки, зарядник будет отключен программно. Не отключится программно — сработает аппаратная защита. А при токе короткого замыкания сгорит предохранитель.
Конечно, есть схема балансировки напряжения ячеек. Она обеспечивает их одинаковый заряд, исключая перезаряд одной, если другая разряжена.
А вот функцию trickle charge, хотя она есть на контроллере заряда, мы отключили.
Почему отключили?
Сама функция работает просто: пока напряжение батареи ниже минимального порога, зарядка идёт током в 10% от номинального. Как только порог превышен, ток ступенькой увеличивается до номинального. Этим занимается аппаратный контроллер заряда, микроконтроллер никак этим не управляет.
Функция полезна на случай сильно разряженных батарей, позволяет попробовать их восстановить. Но нам она, при тестировании прототипа, создала проблемы в «транспортном» режиме (описан ниже): при сильно разряженной батарее, из-за особенностей работы чипа, выход из «транспортного» режима происходил не с первого раза. Поскольку WB-UPS не позволит так разрядить батарею, функцию мы отключили.
Помимо напряжения и тока, постоянно контролируется температура ячеек при помощи термистора, установленного между ними. Если температура будет выше +50°C, или ниже +5°C (для исключения роста дендритов), микроконтроллер зарядник не включит. Или выключит, если включен. Здесь тоже есть вторая ступень защиты — аппаратная, которая заблокирует зарядник при недопустимой температуре. После возврата температуры в норму процесс заряда возобновится.
Где правильно разместить термистор?
В WB-UPS v.2 термистор был установлен просто на плате. Подразумевалось, что температура ячеек не должна сильно отличаться от температуры внутри корпуса, в котором они находятся. Смоделировать процессы теплопереноса в такой системе очень трудоемко.
В WB-UPS v.3 мы решили этот вопрос изучить. Поэкспериментировали на макете, и убедились, что термистор нагревается от компонентов преобразователя, и показывает завышенные значения. Мы зажали датчик непосредственно между ячейками, провели еще тесты — температура вновь была завышена на пару градусов. Оказалось, что ножки термистора хорошо воспринимают тепло от окружающих компонентов и подогревают термистор. Вроде мелочь — пара градусов, но когда температура близка к температуре блокировки, эти градусы важны.
Проблема решилась применением специального герметика с высокой теплопроводностью, который кардинально увеличивает площадь теплообмена сенсора с ячейками. Этот герметик хорошо виден на фото. Теперь температура ячеек измеряется точно.
Умный «разрядник»
«Разрядником» мы называем сам повышающий преобразователь напряжения и все схемные решения, которые обеспечивают переключение UPS на работу от аккумуляторов и защитные функции.
Если в WB-UPS v.2 было два фиксированных значения выходного напряжения, выбираемых переключателем, то теперь выходное напряжение можно задать в диапазоне 9…25 В, просто записав соответствующее значение в Modbus-регистр.
Повышающий преобразователь работает всегда, если не выключен кнопкой. Вход WB-UPS с выходом преобразователя связаны через встречно включенные «идеальные диоды».
Что такое «идеальный диод»?
Идеальный диод — это электронная схема, включающая в себя полевой транзистор (MOSFET-ключ) и схему управления. Она имитирует поведение обыкновенного диода — ток через ключ течет только в одном направлении.
На реальном диоде, при протекании тока через него, падает заметное напряжение, обусловленное потенциальным барьером (выше 0.6 В у кремниевых, и выше 0.2 В у диодов Шоттки). Соответственно, и напряжение на выходе будет ниже на эту величину, и мощность на диоде рассеивается.
У MOSFET-ключа потенциального барьера нет, есть сопротивление канала (в открытом состоянии совсем небольшое), и этих минусов нет.
Если напряжение на входе WB-UPS выше, чем на выходе преобразователя — диод преобразователя заперт, ток течет только от входа. Стало ниже — моментально запрется диод входа, откроется диод преобразователя, и ток потечет от него. На нагрузке провалов не будет.
Тут важна правильная настройка напряжения преобразователя — оно должно быть немного ниже входного. Если настроить неправильно, или если «гуляет» входное напряжение, можно «высадить» батарею. Чтобы облегчить жизнь пользователям, мы предусмотрели автоматический режим: если напряжение на входе выше 11 В, и оно не меняется более 10 с, то микроконтроллер измеряет входное напряжение и устанавливает напряжение преобразователя на 0.7 В ниже. Если такое вам удобно — используйте, нет — фиксируйте выходное напряжение. Тут важно запомнить, что входное напряжение никак сверху не ограничивается, и не отключается.
Почему не отключается?
Мы спорили между собой, нужна ли возможность дистанционно отключать нагрузку при наличии внешнего питания. Добавить еще один силовой ключ между входом и выходом несложно, но есть несколько минусов:
1. Появляется еще одна потенциальная точка отказа — сам ключ и схема управления им;
2. Появляется еще один элемент в цепи с максимальным током, на котором будет падать напряжение, и который будет греться;
3. Увеличивается себестоимость устройства.
Взвесив все за и против, мы решили, что вреда больше, чем пользы. И отключение легко можно реализовать внешним релейным модулем.
При отсутствии входного напряжения разрядник можно выключить, командой по Modbus или кнопкой на корпусе. И обратно включить. Это позволяет реализовать, например, такой сценарий: запитать датчики от отдельного WB-UPS и, при отсутствии электропитания объекта, периодически включать их питание, проводить измерения, и обратно выключать. Подобный режим позволяет в разы увеличить время автономной работы системы.
Но есть одна тонкость, про которую нужно знать: при включении WB-UPS от батареи (при отсутствии внешнего электропитания), его выходное напряжение будет 11.5 В.
Почему 11.5 В?
Мы опасаемся следующей ситуации: клиент подключает WB-UPS к блоку питания на 12 В, и потому уверен, что выше 12 В у него быть не может (игры подсознания). А WB-UPS при этом настроен на более высокое выходное напряжение — например, потому, что раньше работал в цепях 24 В. Тогда, при включении кнопкой без внешнего электропитания, его дорогостоящие потребители запитаются более высоким напряжением и сгорят. Риск? Мы считаем, что риск, причем для всех потребителей. А сама функция включения от батареи напряжением выше 12 В нужна очень немногим. Поэтому решили ограничить значением в 11.5 В, и посмотреть. Будут запросы со стороны клиентов, чтобы мы отключили это ограничение — выпустим специальную прошивку.
Выходной ток разрядника ограничивается.
При достижении значения в 4 А преобразователь переходит в режим стабилизации тока — снижает напряжение до того значения, при котором ток будет равен 4 А. Вплоть до 0 В, чем заодно решаются задачи перегрузки и защиты от КЗ. Если по какой-либо причине ток превысит 4А — аппаратная защита отключит преобразователь. А при превышении значения в 5 А — сгорит предохранитель.
Как и в заряднике, в разряднике контролируется температура ячеек. При нагреве их выше 60°C преобразователь будет отключен, пока температура не придет в норму. Чтобы еще больше не греть ячейки.
Про температуру и номинальный режим.
На первых прототипах что-то ощутимо грелось. Сильнее, чем хотелось бы. Термограмма показала, что основной источник тепла — дроссель в повышающем преобразователе. Он работал в номинальном режиме, но имел относительно большое сопротивление и потери в сердечнике, что снижало КПД. Пришлось «переразмерить» дроссель и уменьшить сопротивления в цепях затворов переключающих транзисторов, чтобы ускорить их работу и снизить коммутационные потери. В результате температура платы снизилась, а КПД вырос.
Транспортная кнопка
В WB-UPS v.3 появилась скрытая кнопка, включающая «транспортный режим». Этот режим нужен и нам, и нашим клиентам.
Мы не можем поставлять аккумуляторы отдельно от устройства, они у нас припаяны. И те 210 мкА, которые потребляет устройство в выключенном состоянии, может (примерно за год) высадить их «в ноль», пока устройства лежат на складе или едут к клиенту.
У наших клиентов технологическая цепочка обычно состоит из двух этапов: сборка/наладка щита и монтаж его на объекте. Между этапами может пройти много месяцев. И опять аккумуляторы хорошо бы отключить.
Транспортная кнопка это и делает. Не физически отключает, конечно, но кратно снижает ток потребления — до 70 мкА. И в транспортном режиме невозможно включить WB-UPS кнопкой, для включения нужно подать на него внешнее питание. Все это позволяет аккумуляторам оставаться живыми и здоровыми многие месяцы, пока они добираются до постоянного места работы.
Пациент скорее мертв, чем жив.
Мы столкнулись с тем, что даже наши инженеры, близко знакомые с WB-UPS, приносили исправное устройство, попавшее к ним на тестирование, с комментарием: «мертвый». Хотя устройство было в транспортном режиме. Тоже игры нашего разума — устройство на кнопку не реагирует, значит, мертво. Пришлось сделать акцент в документации. И все равно ждем обращений в техподдержку в духе «купил кирпич».
Кнопка — индикатор
Это уже мелочи, конечно, но полезные мелочи. Устройство оснащено кнопкой со встроенным световым индикатором.
Помимо того, что она выключает преобразователь напряжения, микроконтроллер различает 4 вида нажатий на нее (короткое, длинное, двойное, короткое+длинное). А еще считает количество таких нажатий, и генерирует соответствующие события быстрого Modbus. Все это позволяет использовать кнопку в сценариях автоматизации: отключать несколько WB-UPS при нажатии одной кнопки, например. Или использовать разные виды нажатий для отключения разных WB-UPS. Часть наших инженеров считает это ерундой, но команда разработчиков уверена, что это полезная функция. Тем более, что реализовать ее было легко.
Индикатор мы тоже «нагрузили». По его миганию теперь можно определить пять статусов:
есть питание, аккумуляторы заряжены;
есть питание, идет зарядка;
нет питания, холостой ход;
нет питания, нагрузка запитана от батареи;
есть проблемы.
Пожалуй, это все, что мы можем найти внутри устройства.
Новые фичи
С появлением микроконтроллера у WB-UPS v.3 появились и новые удобные фичи.
Суперфича — параллельная работа
Мы об этом уже упоминали — несколько устройств можно подключать параллельно, получая при этом суммарные мощность и емкость батарей. Обычно при таком подключении возникает проблема разбаланса: погрешности (измерений, уставок …) приводят к перегрузке UPS, имеющего большее выходное напряжение, его отключению и дальнейшему каскадному отключению остальных устройств. Нужно как-то балансировать.
А у нас для этого все необходимое есть: ток измеряем, параметры ячеек знаем. Наши разработчики поэкспериментировали, разработали и внедрили алгоритм балансировки. Подробности рассказывать не станем — ноу-хау. Скажем лишь, что проблему балансировки мы решили. В тестах подключали 10 устройств, и гоняли их во всех режимах. На нагрузке в 150 Вт (200 Вт кратковременно). Вряд ли кому-то понадобится соединять больше UPS-ов, там уже разумнее делить нагрузку на группы и питать их отдельно.
Добиться идеального баланса мешают погрешности измерения. И сопротивления проводов, если они разные у разных UPS-ов. Поэтому мы рекомендуем в этом режиме подключение нагрузки звездой (не шлейфом), проводами одинаковой длины, не экономить на их сечении и иметь небольшой запас по мощности у самих устройств.
Не надо думать, что устройства как-то общаются между собой. Алгоритм позволяет каждому устройству обходиться только собственными данными: напряжения, токи, внутреннее сопротивление ячеек.
Про внутреннее сопротивление.
Внутреннее сопротивление ячеек мы определяем при тестировании устройств. И при таком тестировании очередной партии заметили, что сопротивление упало почти в два с половиной раза — с ~37 мОм до ~15 мОм. Хотя модель ячеек та же самая.
Снижение внутреннего сопротивления — это плюс. Ячейка меньше греется и теряет меньше энергии на больших токах. Но сам факт изменений насторожил: вдруг изменилось что-то еще? Провели тесты — нет, кривые заряда-разряда соответствуют, емкость та же.
Параллельно отправили запрос производителю. И получили в ответ любопытный технический термин 双极耳. После изучения профильных статей на китайском языке выяснилось, что речь идет о технологии dual tabs — двойных отводов от каждого электрода.
Внутри ячейки находится свернутый в рулон многослойный «бутерброд» из фольги (положительный и отрицательный электрод), диэлектрика и электролита. В классической конструкции от каждого электрода идет один проводник, и ток идет по тонкой фольге через весь рулон. В конструкции dual tabs у каждого электрода добавлен еще один проводник, подключенный к электроду с противоположной стороны. Соответственно, токи теперь меньше — меньше и сопротивление.
Производитель внедрил эту технологию по просьбе крупных покупателей. А мы этому только рады. Скорректировали коэффициенты, выпустили новую прошивку. А еще рады тому, что тестируем каждое устройство, и отлавливаем такие вещи на первых же образцах.
Modbus RTU
Выше уже говорилось, что можно управлять выходным напряжением WB-UPS, записывая значение уставки в Modbus-регистр. И включать/выключать повышающий преобразователь устройства записью в другой регистр. Но это далеко не все.
Конечно, в регистрах есть информация по всем измеряемым параметрам:
уровень заряда батареи;
напряжения на входе и выходе;
температура батареи;
ток батареи;
входной ток;
часть входного тока, идущая на заряд батареи;
выходной ток при работе от батареи.
Можно посмотреть текущий режим работы, статус батареи, состояние кнопки на лицевой панели и счетчики ее нажатий (коротких, длинных, двойных коротких, коротких + длинных).
Можно задать уставки для устройства:
выходное напряжение;
максимальные токи заряда и разряда батареи.
Специалисты могут заглянуть «на кухню» зарядника и разрядника, посмотреть и изменить калибровочные коэффициенты, «сырые» и обработанные значения, т.е. поэкспериментировать тоже можно. Главное — осознавать, что делаешь.
Всего в WB-UPS v.3 168 регистров и перечислять их все здесь не будем, они подробно описаны в документации.
Как и для всех наших Modbus-устройств, в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board есть возможность настроить WB-UPS и посмотреть карточку устройства. В MQTT-брокере создаются соответствующие топики, с которыми можно работать при помощи wb-rules, или сторонних систем автоматизации, работающих на контроллере, либо связанных с ним по сети.
Скриншоты
То есть для интеграции WB-UPS v.3 в системы автоматизации и диспетчеризации есть все необходимое, и даже больше.
Что в итоге?
В итоге мы выпустили устройство, которым довольны. Да, его можно сделать лучше. Да, на рынке есть устройства круче. Но по соотношению цена/качество WB-UPS v.3 очень хорош. Просто попробуйте.
Ну и вот вам сводная таблица отличий версий 2 и 3.
Параметр |
WB-UPS v.2 |
WB-UPS v.3 |
Тип аккумулятора |
2× пакетные |
2× 18650 |
Энергия |
~10 Вт·ч |
~15 Вт·ч (с учетом неполного заряда) |
Напряжение заряда |
8.4 В (4.2 В/элемент) |
8.1 В (4.05 В/элемент) |
Контроль температуры |
Нет |
Аппаратный + программный |
Интерфейс |
Нет |
Modbus RTU |
Установка выходного напряжения |
Механический переключатель |
Автоматическая или Modbus |
Управление нагрузкой |
Нет |
При работе от батареи |
Транспортный режим |
Нет |
Есть |
Предохранители и защита |
Минимальные |
Многоуровневая, с управляемым предохранителем |
И таблица технических характеристик.
Технические характеристики | |
Входное напряжение |
10…27 В |
Выходное напряжение (при работе от аккумулятора) |
9…25 В |
Номинальная мощность |
15 Вт |
Пиковая мощность |
до 20 Вт |
Энергия |
≈15 Вт⋅ч |
Время работы при нагрузке в 15 Вт |
≈60 мин |
Потребляемая мощность при заряде |
до 6 Вт (при зарядном токе 600 мА) |
Собственное потребление от Vin при заряженной батарее |
до 18 мА |
Потребление от батареи в выключенном состоянии |
до 210 мкА |
Потребление от батареи в транспортном режиме |
≈70 мкА |
Параметры аккумуляторов | |
Тип |
18650 Li-ion |
Номинальное напряжение |
3.6 В |
Количество аккумуляторов в батарее |
2 |
Условия эксплуатации | |
Температура воздуха |
−20…+45 °C✷ |
Относительная влажность |
до 95 %, без конденсации влаги |
Температура хранения (рекомендованный диапазон) |
−5…+35 °C |
Гарантийный срок |
2 года |
Срок службы |
5 лет |
Габариты | |
Ширина, DIN-юнитов |
2 |
Габаритные размеры (Д × Ш × В) |
36 × 90 × 58 мм |
Масса (с коробкой) |
185 г |
Комментарии (83)
LinkToOS
16.10.2025 07:56Немаловажно то, что цилиндрические ячейки сами по себе жесткие, с металлическим корпусом. При образовании газов и росте давления они сбрасывают их через встроенный предохранительный клапан. И никаких деформаций не происходит.
То есть проблему вздутия решили посредством перехода на аккумуляторы формата 18650, в которых газообразование не приводит к вздутию? Взять под контроль вздутие у "плоских" не удалось?
evgeny_boger
16.10.2025 07:56Ещё напряжение заряда меньше, электролит другой, за температурой следим лучше. Собственно это всё в статье и написано
rapidstream
16.10.2025 07:56Но оригинальную проблему-то вы не воспроизвели? У вас есть предположение и только.
Поменяв аккумулятор на тот который в принципе не вздуется, проблема больше не воспроизведётся, согласен. Еще если его не заряжать на 100% итд.
evgeny_boger
16.10.2025 07:56Так оригинальная проблема - это 2% банок вздуваются через год эксплуатации. Прямой эксперимент уж очень долгий.
Банки, которые мы поставили сейчас, у нас давно работают в другом устройстве (встроенном ИБП для ПЛК Wiren Board). Довольно забавно, что там контроллер заряда умел заряжать до 4.1В и мы этим пользовались. Ну, из вот этих общих соображений про "лучше до конца не заряжать", не особо понимая тогда физику процесса.
LinkToOS
16.10.2025 07:56Прямой эксперимент уж очень долгий.
По идее, "эксперимент" не должен прекращаться, пока производится продукция использующая аккумуляторы.
У вас есть контрольная группа аккумуляторов, которая постоянно находится на испытательном стенде, в условиях близких к тем что в работающих устройствах?
Для цилиндрических аккумуляторов можно попробовать использовать герметичный бокс, с датчиком горючих газов, чтобы обнаруживать склонность к выделению газа. (Возможно дешевые неселективные датчики типа MQ будут пригодны. Хороший анализатор газов конечно изрядно стоит).
Varowlord4
16.10.2025 07:56Решили не бороться со следствием, а устранить причину и заодно поменяли форм-фактор на более отказоустойчивый
Dovgaluk
16.10.2025 07:56
Ksenof_Adeline
16.10.2025 07:56Добрый день. Спасибо, ссылку на сайте исправили.
A_Green
16.10.2025 07:5616.10.2025 15:05 - всё так-же отображает 404
Dmitrii43
16.10.2025 07:56У вас просто ссылка неверная, на сайте заменили уже на другую. Вот правильная: https://wirenboard.com/ru/contents/product/wb-ups-v3/
poglazoff
16.10.2025 07:56а где вы нажимаете на ссылку? Если в комментарии выше, то в нём как был адрес страницы с ошибкой (дающий 404), так и останется навсегда.
А вот на странице на нашем сайте, откуда ссылку в этот комментарий скопировали, мы ссылку уже исправили на правильную.
Или вы ещё где-то нашли нерабочую ссылку?
MTom
16.10.2025 07:56Вы нашли битую ссылку на той странице?
https://wirenboard.com/ru/product/wb-ups-v2/
Там сейчас правильная ссылка. Если кликать по ссылке, которую Вы привели в первом комментарии, то ничего не поменяется: там сама ссылка осталась неправильная.
MrTims
16.10.2025 07:56Неа, не исправили. Все тот же 404... (утро 18.10.2025)
Dmitrii43
16.10.2025 07:56Выше в комментарии неправильная ссылка. Вот правильная: https://wirenboard.com/ru/contents/product/wb-ups-v3/
le2
16.10.2025 07:56Вы узнали половину секретной информации, о том что постоянный заряд это быстрая смерть для литиевых аккумуляторов.
Вторая половина информации - ёмкость аккумулятора решает. Аккумуляторы дохнут от жадности производителя. Или от глупости маркетологов, когда хотят слишком маленькое устройство или слишком дешевое. Я купил первый iPad во время мировой премьеры и он до сих пор жив и я читаю на нем до сих пор. Прошло 15 лет. Не потому что там волшебный аккумулятор с запахом Калифорнии, а потому что ток потребления айпада значительно меньше чем рекомендуемые 0.2С (0,2 от емкости или какое-то другое значение).
Деградация аккумулятора это процесс увеличения эквивалентного последовательного сопротивления аккумулятора. Когда течет маленький ток (относительно ёмкости) ничего греться не может. То есть то что у вас грелось это уже ошибка проектирования.
0.2С - сдохнет за год-два. (если обычные не высокотоковые)
Если, условно, поставите 4 банки, то срок эксплуатации вырастет в разы.MTom
16.10.2025 07:56А где Вы прочитали про постоянный заряд?
Что в старом, что в новом UPS заряд осуществляется по всем правилам: сначала батарея заряжается постоянным током до достижения целевого напряжения, затем поддерживается напряжение, пока ток не упадёт до определённого порога. После этого заряд прекращается и возобновится только после частичного разряда батареи. Никто не хочет преждевременно смерти аккумуляторов, и больше всего не хочет разработчик.
Про нагрев не совсем понял. В статье написано, что грелся DC-DC, но про маленькие токи ничего не сказано. Нагрев происходил не на маленьких токах, а на рабочих.
nixtonixto
16.10.2025 07:56Ну и производить ячейки 18650 технологически сложнее и дороже, что отсекает кустарных производителей, и снижает риск нарваться на их продукцию.
Нет. Как раз среди 18650 больше всего подделок, причём банки с песком китайцы присылали ещё 10 лет назад.
MTom
16.10.2025 07:56Не знаю, можно ли таких ребят называть "производителями".
Здесь речь о том, что для изготовления ячеек формата 18650 нужно более сложное и дорогое производственное оборудование, значит, у производителя больше финансовая ответственность и меньше желания делать некачественные (или с нестабильным качеством) аккумуляторы.
Varowlord4
16.10.2025 07:56Поэтому важно работать с проверенными поставщиками и брендами, а автор статьи как раз и пишет, что они используют "NMC-ячейки известного производителя". Они решают эту проблему не на техническом, а на организационном уровне
beho1der
16.10.2025 07:56Лучше все же было сделать отдельный модуль для того чтобы добавлять аккумуляторы самому и решать при этом какой тип нужен в UPS гораздо лучше использовать LFP или уже можно поэкспериментировать с полностью безопастными Натриевыми.
MTom
16.10.2025 07:56Были мысли делать сменные аккумуляторы, но хотелось брать именно 18650, а с держателем в корпус D2 они уже не входили. Если говорить о количестве аккумуляторов - добавление аккумуляторов для увеличения отдаваемой мощности и/или времени работы - то это решается параллельным подключением выходов UPS v.3.
Про выбор типа батареи сложнее: разные типы аккумуляторов имеют разные диапазоны рабочего напряжения, просто так не поменять. В UPS стоит аппаратная защита от перезаряда и переразряда, замена типа ячеек требует замены микросхем защиты (ну, и настройки ПО, но это проще).
Если будут запросы, можно будет выпускать модификации UPS v.3, например, на литий-железо-фосфатных батареях.beho1der
16.10.2025 07:56теже Na-ion аккумуляторы имеют почти те же зарядные и разрядные характеристики что и Li-ion, можно просто заменить элементы и всё, при этом их можно перевозить разряженными без последствий!
evgeny_boger
16.10.2025 07:56С натрий ионным меня смущает то, что никто из больших производителей банок и электромобилей на них не перешли.
Вообще у них сейчас главным преимуществом заявляется цена, а тут она не особо критична.
beho1der
16.10.2025 07:56И пока полностью не перейдут,так соотношения емкость\вес у них хуже чем у LFP, но при этом тот же CATL делает комбинированные батареи где совмещены элементы LFP и Na-ion. Но для стационарных ИБП более тяжелый вес не очень актуален, зато живучесть элементы в разы выше!
evgeny_boger
16.10.2025 07:56С LFP химией можно сделать ничего особо не меняя, мы даже собирали прототип. Но так и не придумали в каких случаях какие выбрать.
Arxitektor
16.10.2025 07:56Спасибо Интересная статья. Я же правильно понимаю от вашего блока можно запитать например роутер чтобы при моргании света не отключался ? А почему не перейти на 21700 батарейки они и большую емкость имеют и токи держат лучше. Например на них делают АКБ для электроинструмента. Ну и как идея дополнительный батарейный блок сделать ). В 2 DIN-юнита сколько 18650/21700 можно запихать ? 4 Шт влезет ?
Я бы еще подумал над выпуском устройства в напряжением до 48-50 V и POE выходом. Ну и USD-C PD3.0 до кучи.
evgeny_boger
16.10.2025 07:56Правильно понимаете, можно.
2*21700 у нас не получилось запихать в корпус на 2 юнита. Ну точнее при ооочень большом желании запихать можно, но мы оставили это упражнение на потом.
Ну и там уже не очень получается увеличивать ток в таком размере: упирается в тепловыделение.
48/PoE и USB-C это же уже не на дин-рейку наверное?
Про батарейный блок писали: наши упсы же можно параллелить, поэтому нет нужды в отдельных батарейных блоках. Экономии там всё равно никакой нет: больше мощность - кратно дороже компоненты.
Furriest
16.10.2025 07:56Под транспортный режим прямо просится чека с ремувкой вместо кнопки. Снимет сразу все вопросы пользователей вида "купил кирпич". Но, вероятно, сделает решение немного подороже.
evgeny_boger
16.10.2025 07:56Как раз смотрел на днях видео про очередную авиакатастрофу, где такую чеку с полуметровой красной ручкой забыли выдернуть.
MTom
16.10.2025 07:56Тут же ещё другая польза есть: после сборки и проверки щита UPS легко перевести в транспортный режим нажатием кнопки (чтобы не разряжать батарею, пока щит ждёт ввода в эксплуатацию). Чеку обратно вставлять никто не будет...
KN_Dima
16.10.2025 07:56Судя по структурной схеме и фразе "повышающий преобразователь работает всегда" - правильных выводов так и не сделано.
evgeny_boger
16.10.2025 07:56Давайте подробнее. Тут же инженеры, схему пообсуждать всегда рады.
KN_Dima
16.10.2025 07:56Нельзя держать литий постоянно подключенным к заряднику. От этого он и дуется.
evgeny_boger
16.10.2025 07:56А он и не подключен постоянно к заряднику. Повышающий преобразователь - это тот, который выдаёт напряжение на выход UPS-а, на нагрузку.
Spyman
16.10.2025 07:56Во времена, когда из каждого утюга говорят, что литиевые АКБ лучше заряжать до 80%, а хранить вообще на 50% (уже и большинства ноутбуков есть режим циклирования 50-60 для постоянного подключения к сети) - вы повторно делаете это открытие.
А вот увелич вы емкость вдвое, понизив максимальный заряд до 60, запуская дозаряд на 50 - увеличили бы срок службы ups раз в 8. Но это конечно не дёшево.
system22
16.10.2025 07:56Почему не использовать буферный режим с уровнем 3,9-4,0В на ячейку?
evgeny_boger
16.10.2025 07:56Теоретически так должно быть можно делать. Практически - страшно, никто так не делает, исследований нет.
Здесь оно не нужно, т.к. одним из требований к продукту был диод между входом и выходом. Ну а там, где нужно, я бы делал что-нибудь вокруг power-path: Два транзистора стоят недорого, а голова болеть точно меньше будет. Плюс всегда точно понимаешь и контроллируешь, какой ток идёт в батарейку.
Ну и огромный минус буферного режима - это то, что нельзя контроллировать зарядный ток батареи. А его хочется контроллировать: trickle charge для разряженных банок, выключать в минусовую температуру, уменьшать при нагреве и т.п.
Tomasina
16.10.2025 07:56Но по соотношению цена/качество WB-UPS v.3 очень хорош.
Цены вот как раз и не увидел. Значит, с вероятность более 80% на сайте будет "цена по запросу". В топку сразу...
Dmitrii43
16.10.2025 07:56Вы что-то путаете. Цены у Wiren Board открытые на сайте всегда. 5800 ₽ он стоит, вот ссылка: https://wirenboard.com/ru/contents/product/wb-ups-v3
Varowlord4
16.10.2025 07:56Немногие производители готовы публично признать продукт "неудачным" и так подробно разобрать причины, уважуха.
История про то, как проблема вспухания проявлялась не под нагрузкой, а наоборот, у клиентов с минимальным использованием - неплохой детектив
alex158888
16.10.2025 07:56А где это купить-то? Ввожу " WB-UPS v.3" в поисковик - ссылок 3, из них 2 - на эту статью.
На магазины, маркеты и т.п. понятное простому потребителю - ссылок ноль...
Winnie_The_Pooh
16.10.2025 07:56Года два назад я прочитал статью одного из интеграторов на тему умного дома. У качестве элементов отображения-управления интегратор использовал айпады. Айпады интегрировались в стену и использовались с постоянным питанием. Инженеры столкнулись со вспуханием батареи айпада. Исследование вопроса показало, что сочетание постоянно заряженной на 100% батареи и перегрева айпада от нарушения теплообмена из-за помещения айпада в стену как раз и приводило к вспуханию батареи. Инженеры интегратора решили вопрос включением - выключением зарядки айпада внешним устройством.
Прочитав статью я решил выяснить - а почему сочетание нагрева батареи и полной зарядки дает эффект распухания? Очень быстро я нашел статью английского или американского университета. В этом исследовании литиевый аккумулятор исследовали под специализированным КТ чтобы увидеть процессы внутри аккумулятора. Оказалось, что рост дендритов максимален при повышенной температуре и 100% заряде. Также в статье были подробные объяснения, почему именно так происходит.Ссылку я не записал, но найти эту статью наверняка нетрудно.
evgeny_boger
16.10.2025 07:56Если найдете статью - буду очень признателен!
Про дендриты звучит, на первый взгляд, странно. Насколько я понимаю, газ выделяется в результате паразитных реакций электролита с электродами, а дендриты - это просто выпадение металлического лития, никакого газа там, вроде, не должно при этом выделяться.
CitizenOfDreams
16.10.2025 07:56Теперь ячейки мы заряжаем не до 4.2 В, а примерно до 4.05 В на элемент
А почему этот общеизвестный еще со времен свинцово-кислотных аккумуляторов "лайфхак" - в буферном режиме понижать зарядное напряжение - не был принят во внимание изначально, при разработке самого первого пилотного образца устройства? Кто проглядел этот момент?
zatim
16.10.2025 07:56Потому что химия свинца и лития работает по разному. У лития нет "буферного" напряжения. Поэтому свинцовый лайфхак для лития не применим.
CitizenOfDreams
16.10.2025 07:56У лития нет "буферного" напряжения. Поэтому свинцовый лайфхак для лития не применим.
Буферный режим - это режим эксплуатации аккумулятора, независимо от его химии. У литиевых аккумуляторов в буферном режиме точно так же рекомендуется снижать напряжение, это вроде как общеизвестно.
zatim
16.10.2025 07:56Нет. Свинец заряжается до напряжения 15 В, затем, после снятия тока заряда, напряжение батареи снижается до 13,6 В. Это и есть буферное напряжение. При этом напряжении батарея полностью заряжена и при этом не заряжается (лишь компенсируется саморазряд) и не разряжается. У лития ничего подобного нет. Если его зарядить до 4,2 В, то на нем и будет 4,2 В. Если вы попытаетесь снизить это напряжение, то просто начнете высасывать заряд из аккумулятора. И в итоге получите разряженный аккумулятор.
CitizenOfDreams
16.10.2025 07:56Мы не про буферное напряжение, а про буферный режим, который Standby Mode. В этом режиме и для свинцовых, и для литиевых аккумуляторов настоятельно рекомендуется пониженное зарядное напряжение. Пусть и по совершенно разным химическим причинам - главное то, что это общеизвестное знание, которое почему-то не было учтено при разработке первой версии вашего бесперебойника.
zatim
16.10.2025 07:56Вы, я вижу, непробиваемый. Ну ок, делайте свой ибп, и там реализовывайте свой "буферный режим" в соответствии с вашим видением.
BarakAdama
16.10.2025 07:56Спасибо за то, что не боитесь рассказывать о проблемах. Было интересно почитать.
stitrace
По-моему в большом количестве гаджетов в инструкции по эксплуатации написано, что не стоит заряжать устройство на 100% и держать его на зарядке после достижения уровня максимального заряда, если хотите продлить срок службы аккумулятора.
vadimk91
Нынешняя модель моего смартфона (Sony) по умолчанию предлагает заряжать аккумулятор до 80 или 90% ёмкости с той же целью, и только иногда автоматом доводит до 100
evgeny_boger
Разница с мобильниками тут в том, что они сейчас заряжают элементы ещё сильнее: вплоть до 4.35В
Grey83
Так в них и химия несколько другая.
Обычно аккумуляторы с бо́льшим максимальным напряжением имеют большую ёмкость, но могут отдавать меньший максимальный ток.
AVX
Мне кажется, тут ещë и расчет на то, что даже при 100% зарядки за год аккум не вздуется, надо года 2-3, а это уже точно закончится гарантия, и клиент просто купит новый. А большее напряжение даст несколько большее время работы, что можно плюсануть к преимуществам устройства (никто же не расскажет про возможное снижение надëжности).
strvv
И любители держать на зарядке "потаскунчиков" (мем с конца 90 на все носимые устройства) влетают вплоть до взрыва в штанах (недавно в новостях было про взрыв у школьника).
Mike-M
Причем это было известно еще со времен легендарного HTC HD2, т.е. около 15 лет назад.