Як зібрати батарею 48 В своїми руками: схема S/P і BMS

Батарея 48 В для гібридного інвертора — найдорожча частина домашньої системи резервного живлення. Зібрати її самому цілком реально, якщо розумієте схему і не поспішаєте. У цій статті — як порахувати схему S/P, підібрати BMS і зібрати батарею так, щоб вона прослужила роки.

Схема S і P: що означають цифри

• S (series, послідовно) додає напругу. Ємність при цьому не змінюється.
• P (parallel, паралельно) додає ємність. Напруга не змінюється.

Для LiFePO4 номінал комірки — 3,2 В. Щоб отримати систему «48 В», потрібно 16 комірок послідовно (16S): 16 × 3,2 = 51,2 В номіналу. Повністю заряджена батарея — до 58,4 В (3,65 В на комірку), розряджена — близько 40–44 В.

Запис 16S1P означає 16 комірок послідовно в одну гілку. 16S2P — у кожній із 16 позицій стоять дві комірки паралельно. Спершу комірки з’єднують паралельно в групи, потім групи — послідовно. Тоді BMS бачить рівно 16 «комірок» і контролює кожну групу.

Скільки енергії вийде

Енергія = номінальна напруга × ємність.

• 16S1P з комірок 280 А·год: 51,2 В × 280 А·год = 14 336 Вт·год, тобто ≈ 14,3 кВт·год.
• 16S1P з комірок 100 А·год: 51,2 × 100 = 5 120 Вт·год (5,1 кВт·год).
• 16S2P з комірок 100 А·год: 51,2 × 200 = 10 240 Вт·год (10,2 кВт·год).

Скільки годин протримається дім від такої батареї, зручно порахувати в калькуляторі автономності.

Як підібрати BMS

BMS — плата, яка вимикає батарею при перезаряді, перерозряді, перевантаженні, короткому замиканні та неприпустимій температурі. Від неї залежить безпека всієї збірки.

Струм. Порахуйте максимальний струм розряду: потужність інвертора ÷ мінімальна напруга батареї ÷ ККД.

• Інвертор 5 кВт: 5 000 ÷ 46 В ÷ 0,92 ≈ 118 А → BMS на 150–200 А.
• Інвертор 8 кВт: 8 000 ÷ 46 ÷ 0,92 ≈ 189 А → BMS на 200–250 А.

Перевірте, що й комірки витримують цей струм: у даташиті великих призматичних комірок стандартний режим часто 0,5C, тобто 140 А для 280 А·год. Якщо струм більший — потрібна схема 2P.

Зв’язок з інвертором. Для гібридного інвертора бажана BMS з CAN або RS485 і протоколом, який підтримує ваш інвертор. Тоді інвертор бачить реальний заряд і температуру та сам керує зарядом.

Балансування. Пасивне балансування скидає зайве тепло струмом 30–150 мА — для комірок на 280 А·год цього мало. Для великих батарей краще BMS з активним балансиром на 1–2 А або окремий активний балансир.

Підготовка комірок: топ-балансування

Навіть комірки однієї партії мають трохи різний заряд. Якщо зібрати їх як є, батарея впиратиметься у верхню межу найслабшої комірки.

1. Беріть комірки однієї партії, підібрані за ємністю і внутрішнім опором.
2. Поміряйте напругу кожної: різниця не має перевищувати кількох сотих вольта.
3. З’єднайте всі комірки паралельно і заряджайте лабораторним блоком живлення до 3,65 В з обмеженням струму.
4. Тримайте, доки струм не впаде майже до нуля. Для 16 комірок по 280 А·год це може тривати добу і більше — не поспішайте.

Збірка: шини, нікель, стяжка

• Шини. Для призматичних комірок — мідні або алюмінієві шини, розраховані на ваш струм. Контактні поверхні зачистіть, болти затягуйте динамометричним ключем із моментом з даташиту. Гнучкі шини краще переносять невелике розширення комірок.
• Нікелева стрічка. Для циліндричних комірок LiFePO4 — тільки точкове зварювання чистою нікелевою стрічкою. Паяти комірки не можна: перегрів шкодить їм. Нікельована сталь гріється сильніше, тому під великі струми беріть чистий нікель у кілька шарів або мідно-нікелеві шини.
• Стяжка. Великі призматичні комірки під час циклів «дихають». Їх збирають у рамку з торцевими пластинами і шпильками, щоб тримати рівномірний помірний тиск — у даташитах часто вказано зусилля близько 300 кгс. Між комірками — ізоляційні прокладки.
• Кабелі й захист. На 150 А — щонайменше 35 мм² міді, на 200 А — 50 мм², і якомога коротше. Біля плюсової клеми — запобіжник відповідного номіналу і DC-автомат або вимикач батареї.

Безпека під час роботи

• Ізольований інструмент, без каблучок і годинника.
• Закривайте клеми, з якими зараз не працюєте. Коротке замикання 51 В від великої батареї — це миттєво розпечений метал.
• Силові з’єднання між групами робіть в останню чергу, BMS підключайте строго за інструкцією.
• Поруч — вогнегасник. Не заряджайте батарею при температурі нижче 0 °C.

Перевірка перед запуском

1. Балансувальні дроти. Підключайте BMS по порядку (B0, B1 … B16) і після кожного дроту міряйте напругу мультиметром: 3,2 → 6,4 → 9,6 В і так далі. Помилка в порядку дротів може спалити плату.
2. Перший заряд — малим струмом, стежте за напругою кожної комірки в застосунку BMS.
3. Тест ємності. Розрядіть батарею відомим навантаженням до відсічки і порівняйте отримані Вт·год із розрахунком.
4. Нагрів. Після години під навантаженням перевірте шини і клеми на дотик або термометром. Гаряче з’єднання — недотягнутий болт або брудний контакт.
5. Налаштування інвертора. Напруга заряду — близько 56,8 В (3,55 В на комірку), підтримувальна — близько 54 В, відсічка — не нижче 48 В під навантаженням.

Що далі

Щоб не помилитися з кількістю комірок, BMS і шинами, скористайтеся DIY-конфігуратором на головній сторінці: він підбирає комплект під потрібну напругу й ємність. Комірки, BMS, балансири, шини й корпуси — у розділі комплектуючих DIY. Якщо щось незрозуміло, напишіть нам до покупки: краще перепитати, ніж переробляти батарею.