LiFePO4 для ИБП и резервного питания дома и котла

Где нужно резервное питание

В частном доме отключение света зимой - это не только тёмные комнаты. Газовый или твердотопливный котёл с циркуляционным насосом без электричества останавливается, и через несколько часов дом начинает остывать, а система отопления в мороз может разморозиться. Поэтому LiFePO4 для ИБП - источника бесперебойного питания - сегодня ставят прежде всего ради котла, а уже потом ради холодильника, связи, видеонаблюдения, насоса скважины и освещения. Та же схема работает на даче, в небольшом магазине, на ферме и в офисе, где важно не потерять сервер или кассу.

ИБП состоит из двух частей: инвертора с зарядным устройством, который при пропадании сети за доли секунды переключает нагрузку на батарею, и самой батареи. Инвертор определяет мощность, а батарея - сколько часов дом проживёт без сети. Батарею под конкретный ИБП мы собираем из ячеек Winston 3,2 В: четыре ячейки дают 12 В, восемь - 24 В, шестнадцать - 48 В.

Почему LiFePO4, а не свинец

Привычная пара для ИБП - свинцовые аккумуляторы AGM или гелевые. Они дешевле на старте, но в режиме резервного питания у них три слабых места:

• Половина ёмкости. Свинец без вреда отдаёт около 50 % ёмкости. Литий-железо-фосфат - 80-90 %. Чтобы получить те же часы работы, свинцовой батареи нужно почти вдвое больше.
• Старение на подзаряде. Свинцовый аккумулятор, годами стоящий на поддерживающем заряде, теряет ёмкость, и выясняется это в момент аварии. Ячейки Winston рассчитаны на 8000 циклов при глубине разряда 70 % и больше двадцати лет работы.
• Долгий заряд и газ. Свинец медленно заряжается после глубокого разряда и выделяет водород, что важно для котельной. Литий-железо-фосфат принимает большой ток, газа не выделяет, а пластиковый корпус ячеек Winston не проводит ток и не ржавеет.

Если отключения частые - несколько раз в месяц, - преимущество лития по ресурсу становится решающим. Подробное сравнение химий - в статье LiFePO4, NMC и свинец.

Расчёт: два типовых дома

Ёмкость считают по средней мощности нагрузки и времени без сети, с поправкой на КПД инвертора и неполный разряд. Общая методика описана в статье о расчёте накопителя, здесь - два готовых примера.

Пример 1. Только котёл, до 12-16 часов. Настенный газовый котёл с насосом берёт 80-100 Вт, ИБП на собственные нужды тратит ещё 15-25 Вт. Берём в среднем 120 Вт. За 12 часов это 1,44 кВт·ч, с запасом на 20 % неснятого остатка - около 1,8 кВт·ч. Подходит батарея 12 В из четырёх WB-LYP160AHA: 160 Ач × 12,8 В = 2,05 кВт·ч. Ток около 10 А - меньше 0,1 C, ячейки работают в самом лёгком режиме.

Пример 2. Дом на сутки. Котёл 120 Вт, холодильник в среднем 60 Вт, роутер, видеонаблюдение и свет 50 Вт, итого около 230 Вт, плюс насос скважины 1 кВт, который включается ненадолго. За 24 часа - около 5,5 кВт·ч, с запасом - 6,9 кВт·ч. Подходит батарея 24 В из восьми WB-LYP300AHA: 300 Ач × 25,6 В = 7,68 кВт·ч. Насос при пуске берёт в 3-4 раза больше номинала, около 4 кВт, - на 24 В это примерно 185 А, или 0,6 C. Ячейка выдерживает постоянный разряд до 3 C, так что запас большой.

Напряжение выбирают по мощности ИБП: до 1 кВт достаточно 12 В, до 3 кВт удобнее 24 В, выше - 48 В. Чем выше напряжение, тем меньше ток, тоньше кабели и меньше потери.

Как настроить ИБП под литий

Большинство ИБП с внешней батареей рассчитаны на свинец, и именно настройки решают, проживёт ли литиевая батарея двадцать лет или выйдет из строя за пару сезонов. Нужен ИБП, в котором напряжения задаются вручную или есть профиль LiFePO4. Значения для батареи 12 В (для 24 В умножьте на два, для 48 В - на четыре):

• Окончание заряда - 14,2-14,4 В. Выше 14,6 В не поднимать.
• Поддерживающий заряд - 13,4-13,5 В. Батарея стоит заряженной на 90-95 %, и для ресурса это лучше, чем постоянные 100 %.
• Выравнивающий заряд и десульфатация - выключить совсем.
• Отсечка разряда - 11,2-12,0 В. Свинцовые 10,5 В для лития слишком низко: это 2,6 В на ячейку, ниже рабочего диапазона.
• Ток заряда - чем больше, тем лучше: зарядник на 10 А заряжает батарею 300 Ач больше суток. Для больших батарей нужен ИБП с зарядом 30-60 А или отдельное зарядное устройство.

Обязательна чистая синусоида на выходе: электроника котла и циркуляционный насос с приближённой формой напряжения работают плохо. Подробно о режимах заряда - в статье о зарядке LiFePO4.

Размещение и безопасность

Ячейки стягивают торцевыми пластинами, соединяют медными шинами и ставят систему управления батареей (BMS), которая следит за напряжением каждой ячейки и выравнивает их. Батарею размещают в сухом месте рядом с ИБП, чтобы толстые кабели были короткими, и обязательно ставят предохранитель на плюсовом проводе у батареи.

Котельная обычно тёплая, и это хорошее место. В неотапливаемом гараже или на даче надо помнить о температуре: ячейки Winston LYP заряжаются и разряжаются при температуре от −45 до +85 °C, но на холоде отдают меньше ёмкости и тока. Если в помещении бывает мороз, батарею лучше поставить в утеплённый ящик, а датчик температуры BMS настроить по рабочему диапазону ячеек, с нижним порогом −45 °C. Литий-железо-фосфат не выделяет газ при заряде, а водное связующее электродов и пластиковый корпус делают ячейки Winston безопасным соседом для жилого дома.

Обслуживание

• Раз в полгода отключайте сеть на час-два и проверяйте, что ИБП переходит на батарею и держит нагрузку. Заодно сверьте напряжения ячеек.
• Раз в год проверяйте затяжку шин и состояние клемм.
• Если отключений почти не бывает, раз в несколько месяцев дайте батарее полный заряд до окончания, чтобы BMS выровняла ячейки и пересчитала остаток.

Саморазряд ячеек Winston не больше 1 % в месяц, так что даже на даче без сети заряженная батарея за зиму почти ничего не теряет. Другие сферы применения ячеек - в разделе о применении.