Сколько ячеек LiFePO₄ нужно на 12, 24 и 48 В: расчёт и таблица

Короткий ответ: на 12 В нужно 4 ячейки LiFePO₄ последовательно, на 24 В - 8, на 48 В - 16 (для оборудования связи иногда 15). Число ячеек в цепочке задаёт напряжение, а ёмкость ячейки - запас энергии. Ниже - как посчитать энергию под ваше потребление и готовая таблица по моделям EVE.

Последовательное и параллельное соединение: в чём разница

Последовательно - плюс одной ячейки к минусу следующей. Напряжения складываются, ёмкость остаётся как у одной ячейки. Обозначается буквой S: 16S - шестнадцать ячеек последовательно.

Параллельно - плюсы вместе, минусы вместе. Ёмкости складываются, напряжение остаётся как у одной ячейки. Обозначается буквой P: 2P - две ячейки параллельно.

Комбинация записывается как 16S2P: шестнадцать последовательных групп по две параллельные ячейки - всего 32 ячейки.

Шаг 1. Сколько ячеек нужно на 12, 24, 36 и 48 В

Номинал ячейки LiFePO₄ - 3,2 В. Отсюда стандартные сборки:

Пределы посчитаны из 3,65 и 2,5 В на ячейку - типичных значений для LFP (литий-железо-фосфат). Точные значения берите из паспорта модели и из документации на оборудование, к которому подключается батарея.

Шаг 2. Как рассчитать ёмкость батареи под потребление

Энергию считают от потребления:

1. Сложите мощности потребителей и умножьте на часы работы - получите суточную потребность в ватт-часах.
2. Разделите на допустимую глубину разряда. Если батарея будет работать от 90 % до 10 % заряда, используется 80 % её энергии.
3. Добавьте запас на потери преобразователя (обычно 5–10 %) и на старение ячеек.

Пример: батарея на сутки работы

Допустим, потребление 6 кВт·ч в сутки, рабочий диапазон 80 %, потери 10 %. Нужно 6 ÷ 0,8 × 1,1 ≈ 8,3 кВт·ч. По таблице энергии из шага 3 подходит цепочка 16S из LF280K-V3 - 14,3 кВт·ч с запасом. А цепочка 8S из MB31 на 24 В даст 8,0 кВт·ч - чуть меньше расчёта, без запаса.

Шаг 3. Какую ячейку взять: таблица энергии и массы

Энергия батареи равна номинальному напряжению, умноженному на ёмкость:

E (Вт·ч) = U (В) × C (Ач)

Пример: 16 ячеек MB31 по 314 Ач дают 51,2 В × 314 Ач = 16 077 Вт·ч, то есть около 16 кВт·ч.

Если ёмкости одной ячейки не хватает, ставят параллельные группы. Но лучше сначала взять ячейку побольше: одна цепочка из крупных ячеек проще и надёжнее, чем две параллельные из мелких.

Готовая таблица по ячейкам EVE - энергия и масса для одной последовательной цепочки:

Масса - только ячеек. Стяжка, шины, система управления и корпус добавляют обычно 15–30 %.

Шаг 4. Проверьте ток

Ток батареи равен мощности, делённой на напряжение. Преобразователь на 5 кВт от батареи 51,2 В берёт около 100 А; от батареи 12,8 В - около 400 А. Сравните ток с паспортным режимом ячейки: для MB31 режим 0,5P при 16S - это около 8 кВт длительной мощности. Чем ниже напряжение системы, тем больше ток, толще шины и выше потери - поэтому мощные системы делают на 48 В и выше.

Что ещё нужно для сборки батареи

Кроме ячеек, в батарею входят система управления с контролем каждой ячейки, стяжка для призматических ячеек, шины и крепёж, корпус. Ячейки в цепочке должны быть одной модели и одной партии, с близкими ёмкостью и сопротивлением; как проверить их перед сборкой - в статье «Новая ячейка EVE или бывшая в употреблении».

Пришлите потребление и напряжение системы - посчитаем число ячеек, подберём модель и пришлём цену.