Как температура влияет на литиевый аккумулятор: мороз, жара и место установки

Коротко

• На морозе литиевый аккумулятор временно отдаёт меньше энергии и мощности, а у многих LiFePO4 ниже 0 °C нормальный заряд невозможен. Жара старит аккумулятор необратимо.
• У SE-F5 и SE-F16 заряд разрешён при 0…+55 °C, разряд — при −20…+55 °C, корпус IP21 рассчитан только на помещение. SE-G5.1-PRO-B с опциональным подогревом заряжается от −20 °C.
• Рабочий диапазон — не рекомендуемый: ресурс в даташитах указывают для температуры около +25 °C.
• Аккумулятор ставят в сухое проветриваемое помещение в пределах паспортного диапазона, без прямого солнца и источников тепла рядом. Котельная вплотную к котлу и чердак под металлической кровлей не подходят.
• Модуль, привезённый зимой в холодной машине, перед зарядом отогревают выше нуля.

Что меняется внутри ячейки

Литиевый аккумулятор работает за счёт движения ионов лития между электродами через электролит. Температура задаёт скорость этих реакций и внутреннее сопротивление ячеек, а от них зависит остальное: сколько энергии аккумулятор отдаст, как быстро зарядится, с каким КПД сработает и как скоро состарится.

На холоде ионы движутся медленнее, внутреннее сопротивление растёт. Под нагрузкой напряжение проседает сильнее, и BMS снижает отдаваемую мощность или показывает меньше доступной энергии. С зарядом ещё строже: заталкивать ток в холодную ячейку — значит разрушать её изнутри.

В жаре наоборот: реакции идут быстрее, сопротивление в моменте даже ниже. Но вместе с полезными реакциями ускоряются и побочные, а они со временем съедают активный материал: сопротивление растёт, ёмкость падает. Добавьте тепло, которое аккумулятор выделяет сам при работе на большой мощности, и в тёплом помещении получите перегрев. Поэтому охлаждение и ограничения по мощности не перестраховка, а часть конструкции.

Мороз: энергия и мощность уходят, но возвращаются

Потери на холоде в основном временные: аккумулятор отогрелся, и часть ёмкости и мощности вернулась. Но пока холодно, владелец видит:

• меньше доступной энергии, чем ожидал;
• ниже мощность заряда и разряда;
• заметнее просадка напряжения при пуске большой нагрузки вроде насоса или компрессора;
• дольше время заряда;
• защитные ограничения или временное отключение по команде BMS.

Отдельная история — заряд. У многих накопителей на LiFePO4 минимальная температура для заряда выше, чем для разряда: ниже 0 °C аккумулятор ещё отдаёт энергию, но нормальный заряд при той же температуре уже не примет. Поэтому часть модулей выпускают с подогревом: перед зарядом ячейки сначала прогреваются. У Deye границы видны прямо в даташитах, и у разных модулей они разные: у одних, например RW-F10.2-B, заряд разрешён от +1 °C, а разряд от −20 °C; у SE-F5 и SE-F16 заряд 0…+55 °C, разряд −20…+55 °C; у SE-G5.1-PRO-B заряд 0…+55 °C, разряд −20…+55 °C. У каждой модели границы свои, сверяйтесь с паспортом и инструкцией конкретного аккумулятора.

Как ведёт себя BMS при запрете заряда и сколько ёмкости остаётся при −10 и −20 °C, мы разобрали в статье «Аккумулятор зимой». Там же написано, как по серийному номеру узнать, есть ли в модуле подогрев.

Жара: работает как обычно, стареет быстрее

Горячий аккумулятор поначалу ведёт себя нормально. Но если он подолгу стоит в тепле, ускоряется календарное старение: потеря ёмкости, которая идёт просто со временем, даже когда аккумулятор не циклируется. Жара усиливает и вред от долгого стояния с высоким уровнем заряда (SoC).

Чем это оборачивается:

• полезная ёмкость уходит быстрее;
• внутреннее сопротивление с возрастом растёт сильнее;
• BMS чаще снижает мощность (дерейтинг);
• в коммерческой системе больше энергии уходит на охлаждение;
• срок службы короче, если высокая температура держится постоянно.

Очень высокая температура или тепловая неисправность — это уже вопрос безопасности. В накопителе за этим следит BMS: она контролирует напряжение, ток и температуру ячеек и при выходе за безопасные пределы снижает ток или останавливает работу. Эта защита обязательна, но место установки она не исправит.

Подберём систему под вашу задачу

Оставьте телефон — инженер перезвонит в рабочее время, ответит на вопросы по статье и подберёт оборудование. Бесплатно.

Смотреть в каталоге: купить гибридный инвертор Deye · все солнечные инверторы · аккумуляторы Deye

SUN-6K-SG05LP1159 000 ₽ · в наличии→

Перезвоните мне

Вопрос у инженера. Ответим в будни с 9:00 до 18:00 по Москве.

Нажимая «Перезвоните мне», вы даёте согласие на обработку персональных данных.

Рабочий диапазон и лучшая температура — не одно и то же

Частая ошибка — читать рабочий диапазон как рекомендуемый. Если аккумулятор допускает разряд от −20 до +55 °C, это значит одно: в этих границах работа разрешена, и то при оговорённых условиях. Это не значит, что при −20 и при +25 °C аккумулятор отдаст столько же и состарится одинаково.

Ресурс циклов в даташитах обычно указывают для температуры около +25 °C. У SE-F16 заявлено больше 6000 циклов до остаточной ёмкости 70%, и рядом стоит условие: 25 °C ±2 °C. Диапазоны заряда и разряда при этом даны шире. Отсюда и расхождение между паспортными цифрами и тем, что выдаст аккумулятор на солнечной стороне дома летом или в неотапливаемой пристройке зимой. Что ещё, кроме температуры, определяет ресурс, читайте в статье про циклы и глубину разряда.

Токовые пределы тоже зависят от температуры и уровня заряда. BMS может урезать мощность заряда или разряда ради защиты ячеек, а гибридный инвертор получает этот предел по CAN и не превышает его. У SE-F16 в паспорте 160 А длительного тока заряда, но у границ температурного диапазона BMS вправе отдать инвертору меньшую цифру. Так что при проектировании смотрите не на максимальный ток из заголовка спецификации, а на то, какая мощность останется при крайних температурах на объекте.

Где и как ставить аккумулятор

Место. Сухое проветриваемое помещение в пределах паспортного диапазона. Без прямого солнца и источников тепла рядом; глухая ниша, где копится жар, тоже не подходит. Для дома это отапливаемое техническое помещение, кладовая или коридор, но не котельная вплотную к котлу и не чердак под металлической кровлей. Считайте по крайним значениям: ночной минимум в январе и дневной максимум в июле.

Корпус. Класс IP описывает защиту от пыли и воды, о температуре он ничего не говорит. Уличный шкаф с высоким IP всё равно может требовать тени, подогрева или активного охлаждения, смотря какой климат и какая схема. У SE-F5 и SE-F16 корпус IP21, то есть только помещение, а хранить их производитель разрешает при 0…+35 °C. Привезли модуль зимой в холодной машине — дайте ему отогреться выше нуля и только потом заряжайте.

Мониторинг. Смотрите показания температуры, предупреждения и ограничения мощности в приложении или на портале мониторинга. Повторяющиеся тревоги по перегреву или переохлаждению почти всегда означают проблему с местом, продувом, нагрузкой или самим оборудованием. Разбираться с ней должен специалист.

Расчёт под реальные условия. Если на объекте регулярно холодно или жарко, закладывайте мощность и энергию с поправкой на температуру: паспортные цифры даны для +25 °C. Аккумулятор побольше не решает все тепловые проблемы, но честный дерейтинг убережёт от проекта, который не тянет нагрузку.

У промышленных накопителей терморегулирование заложено в конструкцию: аккумулятор, контроллеры и охлаждение проектируют вместе под режим работы предприятия. Как это устроено, рассказываем в статье про жидкостное охлаждение накопителей.

Что спросить у поставщика или монтажника

Перед покупкой аккумулятора уточните:

1. Какие диапазоны температур разрешены для заряда, разряда и хранения?
2. Есть ли рекомендуемый диапазон для лучшей работы?
3. Как снижается мощность заряда и разряда в жару и в мороз?
4. Есть ли в модели подогрев или активное охлаждение?
5. Где стоят датчики температуры и чем управляет BMS?
6. Допустимо ли предложенное место установки в помещении или на улице?
7. Как местные условия влияют на требования гарантии?

Температура — часть исходных данных проекта

Мороз временно отбирает у литиевого аккумулятора энергию и мощность, жара необратимо ускоряет старение. Защита от того и другого одна: модель с подходящими диапазонами и место установки в их пределах. Остальное сделают BMS и терморегулирование, если систему собрали грамотно и им не приходится разгребать последствия ошибок монтажа.