Аккумулятор для автодома LiFePO4: выбор под ваши поездки

Почему стоянка без розетки меняет правила

Пока автодом каждую ночь стоит на оборудованной стоянке с подключением к сети, почти любая батарея справляется: вечером её немного разрядили, ночью зарядное устройство всё вернуло. Аккумулятор для автодома LiFePO4 нужен тем, кто уезжает туда, где розетки нет: на озеро, в горы, на рыбалку, на дачный участок без электричества. Там каждый ампер-час берётся из батареи, а пополнить её можно только от генератора автомобиля в движении, от солнечных панелей или от переносного генератора, который шумит и ест топливо.

Поэтому выбирать нужно не по цифре на корпусе, а по четырём вопросам: сколько энергии реально можно взять до следующей зарядки, как быстро батарея её примет обратно, как она ведёт себя на холоде и в жару и насколько безопасна в отсеке, где спят люди.

Где свинцовый аккумулятор проигрывает

Свинцово-кислотные и AGM-аккумуляторы до сих пор ставят в автодома с завода. Для стоянок с розеткой их хватает, но в автономных поездках они упираются в три ограничения:

• Половина ёмкости. Разряд глубже 50 % быстро съедает ресурс свинца. Из батареи на 200 Ач без вреда можно взять около 100 Ач.
• Медленный заряд. После 80 % свинец принимает ток всё хуже, и последние проценты добираются часами. Генератор приходится гонять долго, а солнечного дня часто не хватает.
• Холод. На морозе свинец теряет значительную часть ёмкости, а разряженный может замёрзнуть.

Литий-железо-фосфат отдаёт 80-90 % ёмкости без ущерба для ресурса, принимает ток 0,5 C почти до полного заряда и весит в два-три раза меньше. Ячейки Winston с иттрием в катоде заряжаются и разряжаются до −45 °C, так что отопитель и свет работают и в зимней поездке. Подробно о холоде - в статье «LiFePO4 на морозе».

Три сценария поездок

Удобнее всего начинать не с ёмкости, а с того, как вы ездите. Ниже - ориентиры для батареи 12 В при потреблении двух-трёх человек с компрессорным холодильником.

Если по выходным вы почти всегда ночуете у розетки, большая батарея не нужна: она будет возить лишние килограммы. А для жизни в дороге ёмкость выгоднее добирать не параллельными цепочками, а ячейками крупнее: одна цепочка из ячеек на 300 или 400 Ач - это меньше соединений, которые разбалтываются от тряски.

Как посчитать ёмкость по своим нагрузкам

Перепишите все приборы, которые работают от батареи, и оцените их суточный расход в ампер-часах при 12 В. Для приборов на 230 В через инвертор добавьте 10-15 % на потери преобразования. Пример для отпуска на троих:

• компрессорный холодильник 12 В - 40 Ач (летом в жару больше);
• вентилятор и свеча автономного отопителя ночью - 12 Ач;
• светодиодный свет - 8 Ач;
• насос воды и вытяжка - 5 Ач;
• ноутбук и зарядка телефонов через инвертор с учётом потерь - 9 Ач.

Итого 74 Ач в сутки. Три дня без зарядки - 222 Ач. Делим на допустимую глубину разряда (DoD): берём 80 %, чтобы не уходить в самый низ и сохранить ресурс 5000 циклов. Получается 222 / 0,8 = 277,5 Ач, ближайшая сборка - четыре ячейки WB-LYP300AHA на 300 Ач. Энергия батареи 12,8 В × 300 Ач = 3,84 кВт·ч, масса ячеек 38 кг.

Свинцу для тех же 222 Ач при разряде на 50 % понадобилось бы 444 Ач, то есть пять аккумуляторов по 90-100 Ач общей массой около 130 кг. Для автодома, где на счету каждый килограмм грузоподъёмности, это лишняя вода и снаряжение, которые вы не взяли.

Оставьте 15-20 % запаса на ошибки оценки и приборы, которые появятся позже. Как собрать батарею из ячеек - в статье о сборке аккумулятора LiFePO4.

12 или 24 В

Штатная проводка большинства автодомов рассчитана на 12 В, и для батарей до 300-400 Ач без мощного инвертора это самый простой путь. Но ток растёт вместе с мощностью нагрузки: инвертор на 2 кВт при 12,8 В берёт из батареи около 175 А с учётом потерь, а к концу разряда, когда напряжение падает до 12 В, ещё больше. Такой ток требует толстых кабелей и хорошо затянутых соединений.

При 24 В тот же инвертор берёт вдвое меньший ток, кабели тоньше, потерь в проводке меньше. Поэтому при инверторе мощнее 2 кВт, индукционной плите или кондиционере от батареи переходить на 24 В разумно, а штатные потребители 12 В питать через понижающий преобразователь.

Зарядка в пути

В автодоме обычно три источника заряда, и каждый нужно настроить под литий:

• Сеть на стоянке. Зарядное устройство с профилем LiFePO4: окончание заряда 14,2-14,6 В на батарею 12 В, без выравнивающего заряда. Штатные зарядные под свинец часто его не имеют.
• Генератор автомобиля. Литиевая батарея принимает большой ток, и генератор может перегреваться. Между ним и батареей ставят преобразователь постоянного тока (DC-DC): он ограничивает ток и выдаёт правильное напряжение.
• Солнечные панели. Контроллер с профилем LiFePO4 или ручной настройкой напряжений. Летом 300-400 Вт панелей на крыше возвращают 80-120 Ач за ясный день.

Зимой ячейки Winston LYP заряжаются и разряжаются при температуре от −45 до +85 °C, поэтому порог низкотемпературной защиты системы управления батареей (BMS) для них ставят по этому диапазону, от −45 °C, а не по нулю градусов, как обычно делают для LiFePO4. Батарею всё же лучше держать в отапливаемом объёме: на морозе ёмкость и отдача тока ниже. Все напряжения и токи - в статье о зарядке LiFePO4.

Безопасность и монтаж в жилом отсеке

Батарея автодома стоит под диваном или в отсеке рядом с газовым баллоном, а в метре от неё спят люди. Здесь важна собственная устойчивость ячейки: литий-железо-фосфат не уходит в тепловой разгон, а иттрий в катоде Winston ещё повышает термостойкость. Электроды ячеек LYP сделаны на водном связующем вместо PVDF, поэтому в ячейке меньше фторсодержащих материалов. Почему на одну электронику полагаться нельзя - в статье о безопасности ячейки и BMS.

• Закрепите ячейки в жёсткой стяжке и прикрутите короб к кузову: тряска на грунтовке ослабляет и крепления, и болты на шинах.
• Поставьте предохранитель как можно ближе к плюсовой клемме.
• Оставьте вокруг батареи зазор для отвода тепла, не замуровывайте её в герметичный ящик.
• Установите счётчик ёмкости на шунте: он показывает остаток в процентах, а не только напряжение, по которому у LiFePO4 уровень заряда почти не виден.

Пластиковый корпус ячеек Winston не проводит ток и не ржавеет, а саморазряд не больше 1 % в месяц: на зиму батарею можно оставить в автодоме заряженной на 40-60 % и отключённой от нагрузок.