У литий-железо-фосфатных аккумуляторов напряжение почти не меняется от 20 до 80% заряда, поэтому привычный со свинцом приём «померил вольтметром и понял, сколько осталось» здесь работает плохо. Ниже собраны таблицы напряжение ↔ уровень заряда для ячейки 3,2 В и сборок 12, 24 и 48 В, плюс безопасные пороги заряда и разряда. Отдельно разобрано, почему без BMS точный уровень заряда (SoC) всё равно не получить.
Номинальное напряжение одной ячейки LiFePO4 — 3,2 В. Это ниже, чем у других литий-ионных химий, зато ячейка стабильнее и безопаснее, поэтому литий-железо-фосфат и стоит в домашних и коммерческих накопителях.
Кривая напряжения у LiFePO4 плоская: между 20 и 80% уровня заряда (SoC) ячейка держится в узком коридоре 3,2–3,3 В. Инвертору это удобно: на протяжении всего разряда он получает почти одно и то же напряжение. А вот понять по вольтметру, наполовину батарея полная или почти пустая, в этой зоне не выйдет.
Опорные точки для одной ячейки:
На графике — зависимость напряжения одной ячейки от уровня заряда. Сборки 12, 24 и 48 В ведут себя так же: химия одна, просто напряжение умножается на число последовательных ячеек.
Зелёная «плоская зона» на графике — те самые 20–80% SoC, где напряжение почти не двигается. Ниже 20% оно падает резко, здесь и должна срабатывать защита от низкого напряжения. Выше 80% так же круто растёт: батарея подходит к полному заряду.
Батарея на 12 В — это 4 ячейки последовательно. Напряжение и уровень заряда связаны так:
| SoC | Напряжение сборки 12 В | Состояние |
|---|---|---|
| 100% | 14,6 В | Полный заряд |
| 90% | 13,6 В | Почти полная |
| 80% | 13,4 В | Рабочий диапазон |
| 70% | 13,3 В | Обычная работа |
| 60% | 13,2 В | Обычная работа |
| 50% | 13,1 В | Половина |
| 40% | 13,0 В | Следить |
| 30% | 12,9 В | Заряд на исходе |
| 20% | 12,8 В | Скоро заряжать |
| 10% | 12,0 В | Критично, заряжать сразу |
| 0% | 10,0 В | Пусто, риск повреждения |
Между 13,0 и 13,4 В как раз плоская зона: 0,4 В разницы по напряжению соответствуют 40% ёмкости. Без монитора батареи или BMS, которая считает заряд, точный остаток здесь не узнать.
В батарее на 24 В 8 ячеек последовательно, на 48 В — 16. Напряжения растут пропорционально.
24 В:
| SoC | Напряжение |
|---|---|
| 100% | 29,2 В |
| 80% | 26,8 В |
| 50% | 26,2 В |
| 20% | 25,6 В |
| 0% | 20,0 В |
48 В:
| SoC | Напряжение |
|---|---|
| 100% | 58,4 В |
| 80% | 53,6 В |
| 50% | 52,4 В |
| 20% | 51,2 В |
| 0% | 40,0 В |
Домашние накопители Deye — это как раз 16 ячеек: у SE-F5, SE-G5.1-PRO-B и SE-F16 в паспорте стоит 51,2 В. Это номинал (16 × 3,2 В), а не напряжение полного заряда: по таблице полностью заряженная сборка из 16 ячеек показывает 58,4 В, разряженная до отсечки — 40 В. Точные пороги конкретной модели прописаны в её паспорте, а следит за ними BMS.
Плоская зона у сборки 48 В такая же: между 80 и 20% напряжение меняется всего на 2,4 В, а обваливается только ниже 20%.
От порогов заряда напрямую зависит срок службы батареи. Рекомендуемые параметры для LiFePO4:
| Параметр | На ячейку | 12 В | 24 В | 48 В |
|---|---|---|---|---|
| Основной заряд (bulk/absorb) | 3,5–3,65 В | 14,0–14,6 В | 28,0–29,2 В | 56,0–58,4 В |
| Поддерживающий (float) | 3,3–3,4 В | 13,2–13,6 В | 26,4–27,2 В | 52,8–54,4 В |
| Выравнивающий (equalize) | Не нужен | — | — | — |
| Отсечка по низкому напряжению | 2,5 В | 10,0 В | 20,0 В | 40,0 В |
Выравнивающий заряд для LiFePO4 не включать. Свинцовым АКБ он нужен, литию нет, а повышенное напряжение повреждает ячейки; балансировку BMS делает сама. Когда батарея дошла до напряжения полного заряда, зарядное устройство должно перейти в поддерживающий режим или отключиться.
Заряд ниже 0 °C требует сниженного тока. Для российской зимы это обычная ситуация; что происходит с батареей при −30 °C, разобрали в базе знаний.
Напряжение — только половина настроек заряда, есть ещё ток. Гибридный инвертор SUN-6K-SG05LP1 умеет заряжать током до 135 А, а SE-F5 принимает максимум 100 А при рекомендуемых 50 А. Как согласовать эти цифры, описано в статье про скорость заряда и разряда (C-rate).
Напряжение показывает не только остаток заряда. От него же зависит, сколько батарея проживёт.
Перезаряд выше 3,65 В на ячейку разлагает электролит, ускоряет потерю ёмкости и повышает риск теплового разгона. Переразряд ниже 2,0 В на ячейку — это необратимая потеря ёмкости и растворение меди на аноде; такая батарея может уже не восстановиться.
Дольше всего живёт батарея, которая работает между 20 и 90% SoC: для сборки 12 В это примерно 12,8–14,4 В. В таком режиме (неглубокие циклы, умеренное напряжение) батареи часто проходят больше 5000 циклов. Как глубина разряда (DoD) связана с числом циклов, считаем в базе знаний.
Чтобы по напряжению хоть что-то сказать о заряде, мерить нужно в подходящих условиях. Сначала дать батарее отдохнуть: после заряда или разряда подождать минимум 30 минут. Под нагрузкой напряжение временно проседает и реального SoC не показывает. Прибор нужен точный (мультиметр или монитор батареи): в диапазоне 12 В разница в 0,1 В может означать разницу в 20% заряда.
Если BMS показывает напряжение каждой ячейки, смотреть туда: так вовремя видно разбаланс. И держать в уме температуру: на холоде напряжение при том же SoC ниже, а доступная ёмкость кажется меньше.
Надёжнее всего BMS, которая к напряжению добавляет подсчёт кулонов: интегрирует ток и ведёт накопленный баланс заряда и разряда. Тогда SoC точный даже в плоской зоне. У батарей Deye BMS встроена и передаёт SoC инвертору по CAN, поэтому смотреть стоит на её SoC, а не на вольтметр на клеммах.
Источник: блог Deye (LiFePO4 Voltage Chart: A Complete Guide to LiFePO4 Lithium Battery Voltage). Перевод и адаптация для российских условий — deye.shop.
3,2 В на ячейку. Сборка из 4 ячеек даёт 12,8 В, из 8 получается 25,6 В, из 16 — 51,2 В. Номиналом считают среднее рабочее напряжение при обычном разряде, поэтому в паспорте SE-F5 и SE-F16 стоит 51,2 В, а не 48.
Когда напряжение дошло до 3,65 В на ячейку: 14,6 В для сборки 12 В, 58,4 В для 48 В. Вблизи полного заряда напряжение растёт резко, поэтому BMS снижает ток и завершает заряд, как только напряжение стабилизируется.
Лучше не надо. Зарядные для свинца часто дают выравнивающий заряд до 15,5 В на сборке 12 В, для LiFePO4 это выше безопасного порога и может необратимо повредить ячейки. Нужен режим с профилем LiFePO4 или вручную выставленные параметры из таблицы выше.
Так и должно быть: у LiFePO4 плоская кривая, между 20 и 80% SoC напряжение стабильно. Нагрузке это только на руку: питание ровное. Но остаток заряда по вольтметру в этой зоне не узнать, нужен монитор батареи или BMS со счётчиком заряда.
Конфигуратор посчитает инвертор и ёмкость накопителя по вашим цифрам, инженер ответит на вопросы.
