Батарея без связи с инвертором: работа по напряжению и её цена

Литиевая батарея может работать с инвертором без кабеля связи: инвертор заряжает её до заданного напряжения и отключает нагрузку при другом заданном напряжении, ничего не зная о ячейках. Для батареи LiFePO4 из 16 ячеек типовые настройки такие: заряд 55,2–56,0 В, поддержание 53,5–54,0 В, отключение 46–48 В, выравнивающий заряд и температурная компенсация выключены. Точные значения берут из паспорта батареи или ячеек. Работать это будет, но хуже, чем со связью: проценты заряда станут приблизительными, а от перезаряда отдельной ячейки батарею будет защищать только её собственная BMS. Ниже — как посчитать настройки и где проходят границы режима.

Закрытый и открытый контур

В закрытом контуре инвертор и BMS соединены кабелем CAN или RS485. Батарея сама сообщает, сколько в ней процентов, какое напряжение заряда ей сейчас нужно и какой ток она готова принять или отдать. Инвертор исполняет. Если одна ячейка подошла к верхнему пределу, BMS просит снизить ток — и заряд плавно завершается без срабатывания защиты.

В открытом контуре связи нет. Инвертор видит на клеммах одно число — напряжение — и действует по порогам, которые в него ввёл монтажник. BMS при этом работает как автономный предохранитель: молчит, пока всё в пределах, и размыкает цепь, когда что-то вышло за них.

Что сравниваем	Со связью (закрытый контур)	По напряжению (открытый контур)
Откуда проценты заряда	От BMS: подсчёт ампер-часов с привязкой к полному заряду	Оценка инвертора по напряжению или собственному счётчику
Напряжение и ток заряда	Задаёт батарея, меняет по ситуации	Постоянные, из настроек
Реакция на перекос ячеек	BMS снижает ток заранее	BMS отключает батарею целиком
Заряд на морозе	BMS запрещает заряд, инвертор знает причину	BMS размыкает цепь заряда, инвертор видит «пропажу» батареи
Диагностика	Температура, ячейки, ошибки — на экране и в облаке	Только в приложении самой батареи, если оно есть
Настройка	Выбрать протокол и проверить связь	Ввести шесть-восемь параметров вручную без ошибок

Когда открытый контур неизбежен

• Самосборная батарея. BMS из набора может не поддерживать протокол, который понимает инвертор. Что ещё стоит за самосбором — в статье об аккумуляторе из ячеек своими руками.
• Несовместимые протоколы. Батарея и инвертор разных производителей, которых нет в списках совместимости друг друга.
• Старый инвертор или контроллер, выпущенный под свинцовые аккумуляторы: порта связи с BMS у него нет вовсе. Этот случай разобран в уроке про замену свинца на литий.
• Временная мера при отказе связи: повреждён кабель, сбой порта. Станция продолжает работать, пока ищут причину.

Если же батарея и инвертор совместимы, а связи просто нет, сначала стоит её наладить: чаще всего дело в распиновке кабеля, адресе модуля или неверно выбранном протоколе. Порядок поиска — в статье «Инвертор не видит батарею».

Расчёт настроек для 16 ячеек

Все пороги удобно считать от одной ячейки и умножать на 16. Номинал ячейки LiFePO4 — 3,2 В, батареи — 16 × 3,2 = 51,2 В.

Параметр	На ячейку, В	На батарею, В	Зачем именно так
Напряжение заряда	3,45–3,50	55,2–56,0	Батарея заряжается полностью, BMS успевает балансировать, до защиты ячейки (обычно 3,65 В, то есть 58,4 В на батарею) остаётся запас
Поддержание	3,34–3,375	53,5–54,0	Заряженная батарея не разряжается на нагрузку при наличии солнца, но и не стоит под полным напряжением
Выравнивающий заряд	—	выключен	Это процедура для свинца. Если выключить нельзя — задать равным напряжению заряда
Температурная компенсация	—	0	Литию она не нужна, а на холоде поднимет напряжение выше допустимого
Отключение нагрузки	2,875–3,0	46–48	Инвертор должен остановиться раньше, чем сработает BMS (её порог обычно 2,5–2,8 В на ячейку, 40–44,8 В на батарею)
Повторное включение	около 3,25	около 52	Выше полки разряда, чтобы инвертор не включался и не выключался по кругу

Проверка арифметики: 55,2 ÷ 16 = 3,45 В; 56,0 ÷ 16 = 3,50 В; 54,0 ÷ 16 = 3,375 В; 46 ÷ 16 = 2,875 В; 48 ÷ 16 = 3,0 В. Если в паспорте вашей батареи указаны другие цифры — действуют они.

У гибридных инверторов Deye для этого служит режим работы батареи по напряжению: в нём задают ёмкость в ампер-часах, максимальные токи заряда и разряда, напряжения заряда и поддержания, параметры выравнивания, пороги отключения, предупреждения и повторного включения. Названия пунктов и их расположение сверяйте по руководству своей модели; общая сверка настроек — в уроке про эталонные настройки Deye.

Ток заряда и разряда

Со связью ток ограничивает BMS. Без связи его задаёт монтажник, и брать нужно наименьшее из четырёх чисел:

1. рекомендованный ток заряда батареи из паспорта (часто около половины ёмкости в час);
2. ток, на который рассчитана защита BMS;
3. максимальный ток самого инвертора;
4. допустимый ток кабеля, предохранителя и выключателя в батарейной цепи.

Пример: два модуля по 100 А·ч в параллель — 200 А·ч. Половина ёмкости — 100 А. Инвертор умеет 120 А, предохранитель в цепи 125 А, BMS каждого модуля рассчитана на 100 А. Ограничивает первое число: ставим 100 А, по 50 А на модуль. Важная деталь: если один модуль отключится, вся сотня ампер пойдёт в оставшийся, и его BMS окажется на пределе. Со связью инвертор узнал бы об этом и снизил ток; без связи — нет. Поэтому в открытом контуре ток задают с запасом. Как ток связан с ёмкостью, объясняет статья про C-rate и токи заряда и разряда.

Почему проценты получаются неточными

Причина — плоская кривая напряжения LiFePO4. В покое между 30 % и 70 % заряда батарея из 16 ячеек меняет напряжение примерно на вольт с небольшим. А теперь добавим то, что инвертор видит на своих клеммах под током.

Падение на кабеле. От батареи до инвертора 2 м медного кабеля 35 мм², туда и обратно 4 м. Сопротивление: 0,0175 × 4 ÷ 35 = 0,002 Ом. При токе 100 А падение 100 × 0,002 = 0,2 В. Плюс контакты наконечников, предохранитель, выключатель — ещё десятые доли вольта.

Падение на внутреннем сопротивлении батареи. Величина есть в паспорте; для примера возьмём 20 мОм на батарею вместе с ключами BMS. При токе 50 А это 50 × 0,02 = 1,0 В.

Итого под нагрузкой 50 А инвертор видит напряжение на 1,1–1,3 В ниже напряжения покоя. Батарея, заряженная наполовину (около 52,2 В в покое), выглядит как 51 В — а это в таблице покоя соответствует менее чем 20 %. Стоит нагрузке отключиться, напряжение возвращается. Отсюда следствия:

• Проценты на экране прыгают вместе с нагрузкой. Доверять им можно только у краёв диапазона.
• Порог отключения нельзя ставить близко к полке. Если задать 51 В «чтобы оставалось 20 %», инвертор будет отключаться при каждом включении чайника.
• Расписание заряда и разряда в режиме по напряжению задаётся в вольтах, и подбирать пороги приходится опытным путём, наблюдая за батареей несколько суток.

Точный уровень заряда в такой системе знает только BMS — если у неё есть экран или приложение. Как она его считает и почему тоже ошибается, разобрано в уроке про калибровку SOC.

Защита остаётся только на BMS

Инвертор контролирует сумму шестнадцати напряжений и не знает, как она распределена. Пример: пятнадцать ячеек на 3,43 В и одна на 3,75 В. Сумма: 15 × 3,43 + 3,75 = 51,45 + 3,75 = 55,2 В. Для инвертора это штатное напряжение заряда, и он продолжает держать ток. Для BMS одна ячейка уже выше предела, и она разрывает цепь заряда.

Отключение батареи под током — жёсткое событие. Инвертор в этот момент заряжал батарею от панелей и внезапно остался без неё: напряжение на его батарейном входе скачет, возможна ошибка и остановка. Дом при отсутствии сети остаётся без питания. В закрытом контуре до этого не дошло бы — BMS заранее попросила бы снизить ток и дала бы балансиру время.

Что из этого следует на практике:

• Напряжение заряда берут ближе к нижней границе диапазона, 55,2 В, если батарея новая и её балансировка неизвестна.
• Первые недели следят за разбросом ячеек через приложение BMS в конце заряда.
• Пороги инвертора должны срабатывать раньше порогов BMS — и сверху, и снизу. BMS — последняя линия, а не рабочий регулятор.
• BMS должна иметь защиту от заряда при отрицательной температуре ячеек: инвертор о температуре батареи не знает.

Типичные ошибки

• Оставить свинцовый профиль. Заряд 57,6 В и выравнивание выше 60 В гарантированно приводят к срабатыванию защиты BMS.
• Не выключить температурную компенсацию. Датчик температуры от старой батареи поднимает напряжение на холоде.
• Задать поддержание равным напряжению заряда. Батарея часами стоит под полным напряжением без необходимости.
• Занизить порог отключения до 42–44 В. BMS сработает раньше инвертора, батарея отключится «в ноль», и запустить станцию без внешнего источника будет нечем.
• Занизить напряжение заряда до 54 В «для ресурса». BMS не фиксирует полный заряд, балансировка не идёт, перекос ячеек растёт.
• Ввести неверную ёмкость. Собственный счётчик инвертора считает проценты от неё.
• Верить процентам на экране при планировании резерва.

Частые вопросы

Можно ли годами работать без связи?

Можно: множество автономных систем так и работает. Условия — исправная BMS с полным набором защит, правильно введённые напряжения и периодический контроль ячеек. Но если батарея и инвертор умеют общаться, отказ от связи ничего не даёт, кроме потери информации.

Сократится ли ресурс батареи?

Сам по себе режим ресурс не сокращает. Сокращают его ошибки настроек: постоянное завышенное напряжение, заряд большим током на холоде, частые аварийные отключения по защите. При аккуратных порогах разница невелика.

Сохраняется ли гарантия?

Зависит от производителя батареи: некоторые требуют работу только с инверторами из списка совместимости и только со связью. Это нужно выяснить до покупки, а не после гарантийного случая.

Инвертор предлагает считать проценты сам, без BMS. Стоит ли включать?

Такой режим удобнее вольтов в расписании, но его счётчик привязан к введённой ёмкости и к тем же опорным точкам по напряжению. Пользоваться можно, если регулярно доводить батарею до полного заряда; после зимы без полных зарядов цифра будет условной.

Урок модуля «Аккумуляторы и накопители». Следующий урок — частный, но распространённый случай открытого контура: замена свинцовых аккумуляторов на LiFePO4 в старой станции. Готовые батареи со связью — в разделе систем накопления энергии.