На морозе литиевая батарея отдаёт меньше энергии и не принимает заряд, в жаре работает как обычно, но стареет быстрее. В России на одном объекте за год бывает и −30, и +40 °C, так что место установки и паспортные диапазоны температур — такая же часть проекта, как ёмкость в кВт·ч. Разбираем, что происходит с ячейкой в холод и в жару и как уберечь накопитель.
Литиевая батарея 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 батарея 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 батарея выделяет сама при работе на большой мощности, и в тёплом помещении получите перегрев. Поэтому охлаждение и ограничения по мощности не перестраховка, а часть конструкции.
Потери на холоде в основном временные: батарея отогрелась, и часть ёмкости и мощности вернулась. Но пока холодно, владелец видит:
Отдельная история — заряд. У многих накопителей на LiFePO4 минимальная температура для заряда выше, чем для разряда: ниже 0 °C батарея 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 с опциональным подогревом заряд допустим от −20 °C. У каждой модели границы свои, сверяйтесь с паспортом и инструкцией конкретной батареи.
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.
Горячая батарея поначалу ведёт себя нормально. Но если она подолгу стоит в тепле, ускоряется календарное старение: потеря ёмкости, которая идёт просто со временем, даже когда батарея не циклируется. Жара усиливает и вред от долгого стояния с высоким уровнем заряда (SoC).
Чем это оборачивается:
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.
Частая ошибка — читать рабочий диапазон как рекомендуемый. Если батарея 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 батарея 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 батарея 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.
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. Батарея побольше не решает все тепловые проблемы, но честный дерейтинг убережёт от проекта, который не тянет нагрузку.
У промышленных накопителей терморегулирование заложено в конструкцию: батарею, контроллеры и охлаждение проектируют вместе под режим работы предприятия. Как это устроено, рассказываем в статье про жидкостное охлаждение накопителей.
Перед покупкой батареи уточните:
Мороз временно отбирает у литиевой батареи 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.
Источник: блог Deye (How Temperature Affects Lithium Battery Performance). Перевод и адаптация для российских условий — deye.shop.
Нет. У SE-F5 и SE-F16 заряд разрешён от 0 °C, разряд от −20 °C. При отрицательной температуре ячеек BMS запретит заряд, даже если панели дают ток. Для неотапливаемого помещения нужен модуль с подогревом ячеек или другое место установки.
Мороз отбирает ёмкость и мощность временно, после отогрева они возвращаются; опасен только заряд холодной ячейки. Жара вредит необратимо: ускоряет календарное старение и рост внутреннего сопротивления, а с ними сокращается срок службы. Хуже всего, если батарея подолгу стоит в тепле с высоким уровнем заряда.
В отапливаемом техническом помещении можно, но не вплотную к котлу и не там, где копится жар: батарее нужно сухое проветриваемое место без прямого солнца и источников тепла рядом. У SE-F5 и SE-F16 корпус IP21, поэтому улица и сырые помещения для них исключены.
Ресурс измеряют при 25 °C ±2 °C. Рабочий диапазон заряда и разряда шире, но у его границ и ёмкость, и мощность, и скорость старения уже другие. Чем дальше реальная температура батареи от комнатной, тем меньше паспортные циклы говорят о её сроке службы на вашем объекте.
Конфигуратор посчитает инвертор и ёмкость накопителя по вашим цифрам, инженер ответит на вопросы.
