Хранение LiFePO4: саморазряд и уровень заряда, если батарея простоит полгода

LiFePO4-батарею на длительный простой оставляют заряженной на 40–60 %, выключенной собственной кнопкой или выключателем и отсоединённой от инвертора. В таком виде она теряет 2–3 % заряда в месяц и спокойно стоит полгода; проверять её нужно раз в 3–6 месяцев. Батарея, заряженная на 100 %, стареет быстрее. Батарея, брошенная почти пустой, рискует уйти в глубокий разряд, после которого её не всегда удаётся вернуть. Но чаще всего аккумулятор губит не саморазряд ячеек, а то, что к нему осталось подключено. Ниже — расчёт для трёх ситуаций и порядок консервации.

Куда уходит заряд, когда батарея ничего не питает

Потребителей три, и они отличаются на порядки.

Саморазряд ячеек. Типичная величина для LiFePO4 — 2–3 % в месяц от имеющегося заряда; точное значение указано в паспорте. Возьмём батарею 51,2 В 100 А·ч (5,12 кВт·ч), заряженную наполовину: в ней 2,56 кВт·ч. Через шесть месяцев при 3 % в месяц останется 50 % × 0,97⁶ = 50 % × 0,833 ≈ 41,6 %, при 2 % — 50 % × 0,98⁶ ≈ 44,3 %. Потеря — шесть-восемь процентных пунктов за полгода. Это немного.

Питание BMS. Плата управления в рабочем режиме сама потребляет энергию: измеряет ячейки, держит включёнными силовые ключи, опрашивает порт связи, светит индикаторами. Величина указана в паспорте батареи; для арифметики примем 1 Вт. За сутки это 24 Вт·ч, за месяц — 720 Вт·ч, то есть 14 % ёмкости нашей батареи. Запас в 2,56 кВт·ч закончится через 2 560 ÷ 24 ≈ 107 суток — три с половиной месяца вместо нескольких лет. В выключенном состоянии, когда батарея погашена кнопкой, потребление BMS падает во много раз, и остаётся практически один саморазряд ячеек.

Инвертор. Гибридный инвертор без солнца и без сети питает себя от батареи. Собственное потребление указано в его паспорте и измеряется десятками ватт. При 50 Вт это 1,2 кВт·ч в сутки: наши 2,56 кВт·ч уйдут за двое суток. Именно так садятся батареи на дачах: панели под снегом, сеть отключили, инвертор продолжает работать «вхолостую», пока не дойдёт до отсечки.

Как оставили батарею	Расход за месяц	Что будет через полгода, если начинали с 50 %
Выключена кнопкой, отсоединена выключателем	2–3 % заряда	Около 42–44 %. Можно включать и работать
Включена, BMS в рабочем режиме, нагрузки нет (в примере 1 Вт)	около 14 % ёмкости плюс саморазряд	Через три месяца дойдёт до нижней защиты и дальше будет медленно разряжаться ниже неё
Подключена к инвертору без солнца и сети (в примере 50 Вт)	запас кончается за двое суток	Месяцы в разряженном состоянии — самый плохой вариант
Выключена, но заряжена на 100 %	2–3 % заряда	Около 83–89 %. Заряд цел, но ячейки провели полгода в самом невыгодном для ресурса состоянии
Выключена при 10 %	2–3 % заряда	По среднему — 8–9 %, но самая слабая ячейка может оказаться у порога защиты

Почему 40–60 %, а не 100 % и не ноль

У литиевой ячейки два вида старения. Циклическое зависит от того, сколько энергии через неё прошло; о нём — урок про глубину разряда и ресурс. Календарное идёт всегда, даже когда батарея лежит на полке, и скорость его определяют две вещи: уровень заряда и температура. Чем выше заряд и чем теплее, тем быстрее идут побочные реакции на электродах и тем больше ёмкости батарея теряет безвозвратно. Хранение на 100 % в тёплом помещении — худшее сочетание из допустимых.

Хранение около нуля опасно по другой причине. Саморазряд не останавливается, когда BMS отключила выход: ячейки продолжают медленно терять заряд, а напряжение в нижней части кривой падает круто. Когда ячейка опускается заметно ниже своей паспортной отсечки (обычно 2,5 В; BMS отключает выход раньше, на 2,8–3,0 В), в ней начинаются необратимые процессы — растворяется медный токосъёмник, и при следующем заряде медь оседает там, где её быть не должно. Такая ячейка теряет ёмкость и становится небезопасной, поэтому BMS многих батарей после глубокого разряда блокирует заряд и требует сервиса.

Середина диапазона — компромисс: достаточно далеко от верха, чтобы не ускорять старение, и достаточно далеко от низа, чтобы саморазряд за полгода-год не довёл до защиты.

Глубокий разряд и «спящая» BMS

Типичная картина весной: батарея не включается, на клеммах ноль или несколько вольт, инвертор пишет, что батареи нет. Это не обязательно гибель. Сработала защита от переразряда, BMS разомкнула выход и ушла в сон, чтобы не добивать ячейки собственным потреблением.

Что делать:

1. Не подключать параллельно заряженную батарею «чтобы подтолкнуть»: уравнительный ток ограничен только сопротивлением проводов.
2. Посмотреть в руководстве способ пробуждения. Обычно это кнопка на корпусе либо подача зарядного напряжения на клеммы. У гибридных инверторов Deye в настройках батареи есть пункт активации литиевой батареи — он подаёт небольшой ток от панелей или сети; сверьтесь с руководством своей модели.
3. Первый заряд вести малым током, порядка 0,05–0,1 от ёмкости (5–10 А для 100 А·ч), пока напряжение не поднимется выше 48 В, то есть 3,0 В на ячейку.
4. Через приложение или порт BMS посмотреть напряжения ячеек. Если какая-то осталась заметно ниже остальных или батарея пролежала разряженной несколько месяцев — это сервисный случай, а не повод заряжать полным током.

Почему инвертор иногда «не видит» и исправную батарею, разобрано отдельно: CAN, RS485 и адреса BMS.

Порядок консервации

1. Привести заряд к 40–60 %. Ориентируйтесь на проценты BMS, но только если батарея недавно заряжалась полностью: иначе цифра может врать на десятки процентов (см. урок про калибровку SOC). Надёжный порядок — зарядить до 100 %, затем разрядить нагрузкой до половины.
2. Отключить нагрузку и инвертор в порядке, указанном в его руководстве.
3. Выключить батарею её собственной кнопкой или выключателем. Если модулей несколько — каждый. Индикаторы должны погаснуть.
4. Разомкнуть выключатель или разъединитель между батареей и инвертором. Так конденсаторы инвертора и его электроника не будут тянуть ток.
5. Записать дату, проценты и напряжение на клеммах — на бирке на корпусе или в журнале станции.
6. Проверять раз в три месяца, но не реже раза в полгода. Включить, прочитать заряд и напряжение. Если заряд упал ниже 30 % — подзарядить до 50–60 % и снова выключить.
7. При вводе в работу — осмотр клемм, включение батареи, затем выключателя и инвертора, первый заряд до 100 % с выдержкой, чтобы BMS выровняла ячейки и поправила счётчик заряда.

Проверить состояние можно и вольтметром, хотя и грубо. Для батареи из 16 ячеек после нескольких часов покоя ориентиры такие: 52,5–53 В — середина и выше; около 51,2 В (3,2 В на ячейку) — осталась примерно пятая часть, пора подзарядить; 48 В и ниже — батарея практически пуста, заряжать немедленно. Точнее по напряжению не определить: в середине диапазона кривая почти плоская.

Если консервируется вся станция на даче, есть вариант не отключать батарею, а оставить систему в дежурном режиме с поднятым нижним порогом разряда — он описан в статье о консервации станции на зиму. Выбор простой: есть уверенность, что панели не окажутся под снегом на месяц и сеть не пропадёт надолго, — можно оставить в работе. Нет — отключать.

Температура и место хранения

Диапазон температур хранения указан в паспорте, и он шире диапазона заряда. Общие правила такие:

• Лучше всего — сухое помещение с ровной плюсовой температурой, 15–25 °C. Прохлада замедляет и саморазряд, и календарное старение.
• Жара вредна: чердак под металлической кровлей или контейнер на солнце летом ускоряют старение сильнее, чем лишние 20 % заряда.
• Мороз в пределах паспортного диапазона хранения ячейкам не вредит, саморазряд на холоде только меньше. Но заряжать LiFePO4 при отрицательной температуре ячеек нельзя, поэтому после зимы в неотапливаемом доме батарее нужно дать прогреться до плюса и только потом подавать заряд. Подробности — в статье о LiFePO4 на морозе.
• Не допускать конденсата: внесённая с холода в тёплое влажное помещение батарея «потеет», а внутри у неё электроника.
• Не оставлять на батарее и рядом с клеммами металлические предметы, клеммы закрыть штатными крышками.

Типичные ошибки

• «Зарядил до ста, чтобы на дольше хватило». Саморазряд за полгода — единицы процентов, запас в 100 % не нужен, а ресурс тратится.
• Отключили инвертор, но не батарею. BMS остаётся в рабочем режиме и за сезон разряжает ячейки до защиты.
• Оставили инвертор включённым без источника. Самый быстрый путь к глубокому разряду.
• Новая батарея год пролежала в коробке до окончания стройки. С завода батареи приходят заряженными частично. Если покупка сделана заранее, проверять её нужно по тому же графику, что и работавшую, иначе к первому включению она может оказаться ниже порога. Требуемый интервал подзарядки при хранении обычно прописан в гарантийных условиях.
• Положили разряженной «до понедельника». После глубокого цикла батарею сначала заряжают хотя бы до трети и только потом оставляют.
• Проверяют только вольтметром на клеммах выключенной батареи. У многих моделей при выключенной BMS на клеммах нет напряжения — это не неисправность. Сначала включить, потом мерить.

Частые вопросы

Можно ли на зиму просто оставить станцию работать?

Можно, если есть сеть или панели гарантированно не будут закрыты снегом неделями. Поднимите нижний порог разряда до 40–50 % и разрешите подзаряд от сети — тогда батарея сама держится в середине диапазона. Для дома без сети и без присмотра надёжнее отключить.

Батарея простояла год и показывает 0 %. Её можно спасти?

Зависит от того, до какого напряжения опустились ячейки. Если BMS просыпается и ячейки выше своей отсечки — зарядите малым током и проверьте разброс напряжений. Если BMS блокирует заряд или одна-две ячейки резко ниже остальных — обращайтесь в сервис: самостоятельный обход защиты опасен.

Нужно ли перед хранением делать полный цикл?

Полный заряд полезен, чтобы BMS выровняла ячейки и точно знала уровень. После него батарею разряжают до половины и отключают. Глубоко разряжать перед хранением не нужно.

Чем хранение лития отличается от свинцового аккумулятора?

Противоположным правилом по заряду. Свинцовую батарею хранят полностью заряженной и подзаряжают, потому что в разряженном состоянии её пластины сульфатируются. Литиевую — наполовину заряженной и отключённой. Привычка «держать на подзарядке» для LiFePO4 вредна; об остальных мифах — в статье об обслуживании LiFePO4.

Урок модуля «Аккумуляторы и накопители». Следующий шаг — разобраться, почему проценты заряда после простоя расходятся с реальностью и как их выправить: урок про калибровку SOC.