Как собрать батарею 48 В своими руками: схема S/P и BMS

Батарея 48 В для гибридного инвертора — самая дорогая часть домашней системы резервного питания. Собрать её самому вполне реально, если понимаете схему и не торопитесь. В этой статье — как посчитать схему S/P, подобрать BMS и собрать батарею так, чтобы она прослужила годы.

Схема S и P: что означают цифры

• S (series, последовательно) добавляет напряжение. Ёмкость при этом не меняется.
• P (parallel, параллельно) добавляет ёмкость. Напряжение не меняется.

Для LiFePO4 номинал ячейки — 3,2 В. Чтобы получить систему «48 В», нужно 16 ячеек последовательно (16S): 16 × 3,2 = 51,2 В номинала. Полностью заряженная батарея — до 58,4 В (3,65 В на ячейку), разряженная — около 40–44 В.

Запись 16S1P означает 16 ячеек последовательно в одну ветку. 16S2P — в каждой из 16 позиций стоят две ячейки параллельно. Сначала ячейки соединяют параллельно в группы, потом группы — последовательно. Тогда BMS видит ровно 16 «ячеек» и контролирует каждую группу.

Сколько энергии получится

Энергия = номинальное напряжение × ёмкость.

• 16S1P из ячеек 280 А·ч: 51,2 В × 280 А·ч = 14 336 Вт·ч, то есть ≈ 14,3 кВт·ч.
• 16S1P из ячеек 100 А·ч: 51,2 × 100 = 5 120 Вт·ч (5,1 кВт·ч).
• 16S2P из ячеек 100 А·ч: 51,2 × 200 = 10 240 Вт·ч (10,2 кВт·ч).

Сколько часов продержится дом от такой батареи, удобно посчитать в калькуляторе автономности.

Как подобрать BMS

BMS — плата, которая отключает батарею при перезаряде, переразряде, перегрузке, коротком замыкании и недопустимой температуре. От неё зависит безопасность всей сборки.

Ток. Посчитайте максимальный ток разряда: мощность инвертора ÷ минимальное напряжение батареи ÷ КПД.

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

Проверьте, что и ячейки выдерживают этот ток: в даташите больших призматических ячеек стандартный режим часто 0,5C, то есть 140 А для 280 А·ч. Если ток больше — нужна схема 2P.

Связь с инвертором. Для гибридного инвертора желательна BMS с CAN или RS485 и протоколом, который поддерживает ваш инвертор. Тогда инвертор видит реальный заряд и температуру и сам управляет зарядом.

Балансировка. Пассивная балансировка сбрасывает лишнее в тепло током 30–150 мА — для ячеек на 280 А·ч этого мало. Для больших батарей лучше BMS с активным балансиром на 1–2 А или отдельный активный балансир.

Подготовка ячеек: топ-балансировка

Даже ячейки одной партии имеют немного разный заряд. Если собрать их как есть, батарея будет упираться в верхний предел самой слабой ячейки.

1. Берите ячейки одной партии, подобранные по ёмкости и внутреннему сопротивлению.
2. Измерьте напряжение каждой: разница не должна превышать нескольких сотых вольта.
3. Соедините все ячейки параллельно и заряжайте лабораторным блоком питания до 3,65 В с ограничением тока.
4. Держите, пока ток не упадёт почти до нуля. Для 16 ячеек по 280 А·ч это может занять сутки и больше — не торопитесь.

Сборка: шины, никель, стяжка

• Шины. Для призматических ячеек — медные или алюминиевые шины, рассчитанные на ваш ток. Контактные поверхности зачистите, болты затягивайте динамометрическим ключом с моментом из даташита. Гибкие шины лучше переносят небольшое расширение ячеек.
• Никелевая лента. Для цилиндрических ячеек LiFePO4 — только точечная сварка чистой никелевой лентой. Паять ячейки нельзя: перегрев им вредит. Никелированная сталь греется сильнее, поэтому под большие токи берите чистый никель в несколько слоёв или медно-никелевые шины.
• Стяжка. Большие призматические ячейки во время циклов «дышат». Их собирают в рамку с торцевыми пластинами и шпильками, чтобы держать равномерное умеренное давление — в даташитах часто указано усилие около 300 кгс. Между ячейками — изоляционные прокладки.
• Кабели и защита. На 150 А — минимум 35 мм² меди, на 200 А — 50 мм², и как можно короче. Возле плюсовой клеммы — предохранитель подходящего номинала и DC-автомат или выключатель батареи.

Безопасность во время работы

• Изолированный инструмент, без колец и часов.
• Закрывайте клеммы, с которыми сейчас не работаете. Короткое замыкание 51 В от большой батареи — это мгновенно раскалённый металл.
• Силовые соединения между группами делайте в последнюю очередь, BMS подключайте строго по инструкции.
• Рядом — огнетушитель. Не заряжайте батарею при температуре ниже 0 °C.

Проверка перед запуском

1. Балансировочные провода. Подключайте BMS по порядку (B0, B1 … B16) и после каждого провода измеряйте напряжение мультиметром: 3,2 → 6,4 → 9,6 В и так далее. Ошибка в порядке проводов может сжечь плату.
2. Первый заряд — малым током, следите за напряжением каждой ячейки в приложении BMS.
3. Тест ёмкости. Разрядите батарею известной нагрузкой до отсечки и сравните полученные Вт·ч с расчётом.
4. Нагрев. После часа под нагрузкой проверьте шины и клеммы на ощупь или термометром. Горячее соединение — недотянутый болт или грязный контакт.
5. Настройки инвертора. Напряжение заряда — около 56,8 В (3,55 В на ячейку), поддерживающее — около 54 В, отсечка — не ниже 48 В под нагрузкой.

Что дальше

Чтобы не ошибиться с количеством ячеек, BMS и шинами, воспользуйтесь DIY-конфигуратором на главной странице: он подбирает комплект под нужное напряжение и ёмкость. Ячейки, BMS, балансиры, шины и корпуса — в разделе комплектующих DIY. Если что-то непонятно, напишите нам до покупки: лучше переспросить, чем переделывать батарею.