Как правильно заряжать аккумулятор LiFePO₄: напряжение, ток, температура

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO₄, LFP) стоят в большинстве современных солнечных станций, включая нашу. Они служат тысячи циклов, но только если их заряжают по правилам. Ниже — цифры из паспорта распространённой ячейки EVE LF280K и инструкций производителей аккумуляторов, а не «с форумов».

Напряжение заряда

Номинальное напряжение ячейки LiFePO₄ — 3,2 В. Батарею на 12,8 В собирают из 4 ячеек последовательно, на 25,6 В — из 8, на 51,2 В — из 16.

Максимум 3,65 В на ячейку — паспорт ячейки EVE LF280K. Рабочий диапазон 14,0–14,4 В и рекомендованные 14,2 В для 12,8 В — по рекомендациям Victron для своих литиевых батарей; для 25,6 и 51,2 В пересчитано пропорционально. Для вашей батареи главная цифра — в её инструкции.

Почему не заряжать всегда до 14,6 В: последние доли вольта добавляют очень мало ёмкости, а ячейки при этом расходятся по напряжению, и защита (BMS) может отключить батарею по перенапряжению одной ячейки. Немного недозаряжать литиевую батарею — нормально и даже полезно для ресурса, в отличие от свинцовой.

Поддерживающий заряд (float). Литию не нужно постоянно держать полный заряд. Многие производители рекомендуют либо отключать поддерживающую стадию, либо ставить её ниже напряжения заряда. Конкретное значение смотрите в инструкции батареи.

Ток заряда

Ток считают в долях ёмкости, C. Для батареи 200 А·ч 1C — это 200 А, 0,5C — 100 А.

• По паспорту ячейки EVE LF280K стандартный ток заряда — 0,5C, максимальный — не больше 1C при температуре 0–45 °C.
• Но ограничивают не только ячейки: у собранной батареи свой предел тока заряда, заданный защитой (BMS). Он часто меньше, чем у ячеек. Смотрите паспорт батареи.
• На практике солнечный контроллер и так ограничивает ток: одна панель 585 Вт на батарею 12,8 В даёт до 46–51 А, это около 0,25C для батареи 200 А·ч. Для лития это мягкий режим.

Холод: главное ограничение

Заряжать LiFePO₄ при температуре ниже 0 °C нельзя: металлический литий оседает на аноде и необратимо портит ячейку. По паспорту EVE LF280K заряд допускается при 0–55 °C, разряд — при −20…+55 °C. У готовых батарей диапазон бывает уже: например, Victron для своих литиевых батарей 12,8 В указывает заряд при 0…+45 °C.

• Хорошая BMS сама блокирует заряд на морозе. Батарея при этом «молчит»: панели светят, а заряда нет — это не поломка.
• Если станция стоит на улице, зимой батарею держат в тёплом помещении или утеплённом ящике либо берут модель с подогревом.
• Разряжать на морозе можно, но ёмкость временно снижается.
• Для Крыма это ограничение важно в основном ночью и утром в декабре–феврале: днём на солнце температура часто выше нуля, но тёплый воздух ещё не значит тёплую батарею.

Настройки контроллера, опасные для лития

• Выравнивающий заряд (equalization). Нужен свинцовым аккумуляторам, для лития вреден: напряжение поднимается выше допустимого. Выключить.
• Температурная компенсация. Для свинца при холоде контроллер повышает напряжение. Для лития это не нужно, а зимой опасно. Выключить или выбрать профиль LiFePO₄.
• Профиль «свинец» по умолчанию. Многие контроллеры из коробки настроены на свинцовые аккумуляторы. Выберите профиль LiFePO₄ или задайте напряжения вручную по инструкции батареи.
• Заряд от генератора или сети идёт через зарядное устройство или инвертор — у них тоже должен быть выставлен литиевый профиль.

Разряд и хранение

• Разряжать до 0% по индикатору можно — нижний порог задаёт BMS, но регулярный глубокий разряд сокращает ресурс. В расчётах автономных систем мы оставляем 10% (пример).
• Для долгого хранения (например, дача зимой) батарею обычно рекомендуют оставлять частично заряженной и в прохладном, но не морозном месте; точный уровень заряда указывает производитель.
• Батарея с BMS постепенно саморазряжается, в том числе за счёт самой платы. Раз в несколько месяцев проверяйте заряд.