Ток BMS батареи: как рассчитать мощность и количество АКБ

Инвертор на 6 или 10 кВт не гарантирует такую же мощность от аккумуляторов. В батарейном режиме предел задают ток разряда батареи, ее фактическое напряжение, потери преобразования и ограничения батарейного входа инвертора. Разберем расчет на Dyness DL5.0C Euro Version и PowerBrick.

Что такое ток BMS и почему он ограничен

BMS (Battery Management System) контролирует литиевую батарею: напряжения отдельных ячеек, температуру, ток, заряд и состояние защиты. Под «током BMS» в описании товара обычно понимают допустимый ток, который может проходить через батарею и ее силовую часть.

Но одной цифры «BMS 100 А» для подбора недостаточно. Нужно знать допустимый ток разряда всей батареи: его ограничивают ячейки, силовые ключи или контакторы, внутренние шины, разъемы, проводники и отвод тепла. Ток заряда может иметь другой предел.

При росте тока увеличиваются нагрев и просадка напряжения. Потери на одном и том же сопротивлении пропорциональны квадрату тока: увеличение тока со 100 до 200 А повышает такие потери примерно в четыре раза. При низкой температуре, перегреве, малом SOC или разбалансе ячеек разрешенный разряд может снижаться.

В согласованной системе BMS передает инвертору допустимый ток по CAN или RS485. Инвертор должен соблюдать этот предел. При аварийном превышении батарея может отключить выход. Поэтому отключение BMS не следует использовать как штатный способ управления мощностью.

Три разных тока: пример Dyness DL5.0C Euro Version

Dyness DL5.0C Euro Version имеет номинальные 51,2 В, емкость 100 А·ч и запас энергии 5,12 кВт·ч. В прикрепленной к карточке спецификации указаны следующие значения.

Источник: спецификация DL5.0C, страница 2 (PDF). В характеристиках разных поставок встречаются расхождения; при настройке приоритет имеют паспорт конкретной батареи и ограничения, передаваемые ее BMS.

100 А и 100 А·ч означают разное. Амперы описывают ток в данный момент, ампер-часы описывают емкость. Для этой батареи 1C соответствует 100 А, а 0,5C соответствует 50 А. Надпись «5,12 кВт·ч» не обещает 5,12 кВт на выходе инвертора при любом уровне заряда.

Какое напряжение дает батарея LiFePO4 16S

16S означает 16 последовательно соединенных ячеек. При номинальных 3,2 В на ячейку получается 16 × 3,2 = 51,2 В. При разряде напряжение меняется и под нагрузкой проседает. Для DL5.0C заявлен рабочий диапазон 44,8–57,6 В; верхняя граница относится к заряду и не подходит как постоянная расчетная точка разряда.

Для оценки можно сравнить 53,6, 51,2, 48 и 44,8 В. Последнее значение здесь показывает нижнюю паспортную границу, а не рекомендуемую уставку отключения. Рабочий минимум выбирают по документации, SOC, температуре и поведению батареи под нагрузкой. Определять точный SOC LiFePO4 только по напряжению ненадежно.

При разряде DC-напряжение поступает от батареи. Инвертор преобразует его в переменное напряжение нагрузки. Его «230 В на выходе» нельзя умножать на 100 А батарейного тока. Для расчета преобразования берем напряжение на батарейных клеммах инвертора: оно может быть ниже напряжения АКБ из-за потерь в кабеле.

КПД и потери: что принять в расчете

Потери 6–7% соответствуют КПД 93–94%. Это допустимое оценочное допущение, но не универсальная характеристика инверторов. Например, Victron для батарейных инверторов MultiPlus-II 230 В указывает максимальный КПД 95–96% в зависимости от модели. Реальное значение меняется с нагрузкой и напряжением.

В этой статье используем η = 94% для единого примера. Это не измеренный КПД приведенных Deye или Dyness. Указанные в солнечном дата-листе максимальный КПД и эффективность MPPT нельзя автоматически принимать за КПД «АКБ → AC» во всех режимах.

Расчет ниже не выделяет отдельно собственное потребление инвертора и кабельные потери. В рабочем проекте используют измеренный сквозной КПД или учитывают эти потери отдельно, не вычитая их дважды. Особенно заметно собственное потребление при малой нагрузке.

Таблица показывает электрическую оценку при неизменных 100 А. Фактическая BMS может снизить разрешенный ток раньше. При рекомендуемых для DL5.0C 50 А значения мощности будут вдвое меньше.

При постоянной мощности нагрузки ток растет

Бытовая нагрузка обычно требует определенную мощность, поэтому батарейный ток не остается постоянным. Для 6 кВт AC при том же КПД понадобятся:

I_DC ≈ P_AC / (U_DC × η)

• при 51,2 В: 124,7 А;
• при 48 В: 133,0 А;
• при 44,8 В: 142,5 А.

Одна DL5.0C с максимальным разрядом 100 А такую длительную нагрузку не обеспечивает. Ее пик 110 А на 15 секунд тоже не решает задачу.

PowerBrick: 200 А длительно и 300 А кратковременно

У Dyness PowerBrick номинальные 51,2 В, 280 А·ч и 14,336 кВт·ч. Его дата-лист разделяет рекомендуемые 140 А, максимальные длительные 200 А и пиковые 300 А до двух минут при +25 °C.

При 51,2 В и 200 А батарея отдает 10,24 кВт DC; после преобразования с η = 94% получаем около 9,63 кВт AC. При 48 В оценка снижается до 9,02 кВт AC. Таким образом, даже крупный накопитель на 14,336 кВт·ч не гарантирует постоянные 10 кВт AC во всем диапазоне разряда.

Теоретические 14,44 кВт AC при 51,2 В и 300 А относятся только к разрешенному пиковому режиму батареи. Инвертор, кабели, соединения и защита также должны поддерживать соответствующий ток и длительность. Инвертор с лимитом 210 А не сможет использовать все 300 А батареи.

Источник: дата-лист PowerBrick, страница 2, версия 20250701 (PDF).

Инвертор 6 кВт: почему разумно начинать с двух батарей

Для Deye SUN-6K-SG04LP1-EU-SM2 или Dyness D6.0K-LS две совместимые DL5.0C дают 10,24 кВт·ч энергии. При параллельном подключении напряжение остается прежним, а доступные емкость и ток в расчетной оценке складываются.

Для нагрузки 6 кВт при 48 В и η = 94% нужен общий ток около 133 А. При равномерном распределении это 66,5 А на каждую из двух батарей: меньше максимальных 100 А, но больше рекомендуемых 50 А. Чтобы при этих условиях держаться в пределах 50 А на модуль, нужны три батареи.

Например, в дата-листе указанного Deye 6 кВт предельный ток разряда составляет 135 А. При 48 В это дает расчетные 6,09 кВт AC и позволяет достичь номинальных 6 кВт. При 44,8 В тот же предел дает только около 5,69 кВт AC. Добавление третьей батареи не отменяет токовый предел инвертора.

Deye 10 кВт: когда нужны три или четыре батареи

Рассмотрим Deye SUN-10K-SG02LP1-EU-AM3 и одинаковые DL5.0C. Для 10 кВт AC при 51,2 В и η = 94% нужен ток примерно 207,8 А.

Четыре батареи — обоснованный выбор для более емкого комплекта, но не обязательный минимум для получения 10 кВт. Три уже проходят по максимальному току при заданных условиях. Если принципиально не превышать рекомендуемые 50 А на модуль даже на полной мощности, по этому расчету нужны пять модулей.

На карточке Deye 10 кВт указан максимальный разряд 210 А, а в более поздней документации производителя для этой модели встречаются 220 А. Для примера берем более строгие 210 А; при подборе сверяем паспорт и аппаратную ревизию поставляемого устройства.

• 51,2 В × 210 А × 0,94 = 10,11 кВт: номинальные 10 кВт достижимы по расчету.
• 48 В × 210 А × 0,94 = 9,48 кВт: появляется ограничение батарейного входа.
• Для 10 кВт при 48 В потребовалось бы 221,6 А: больше 210 А и немного больше 220 А.

При лимите 210 А и расчетном КПД 94% напряжение для 10 кВт должно быть не ниже примерно 50,66 В. Ни четыре, ни большее количество параллельных батарей не гарантируют 10 кВт после снижения напряжения ниже этой точки. Дополнительные модули увеличивают автономию и уменьшают просадку под нагрузкой, но не повышают номинальное напряжение параллельного банка.

Высоковольтные батареи: важны и вольты, и амперы

В высоковольтной батарейной башне последовательное добавление модулей увеличивает напряжение. Ток всей цепочки при этом не складывается: через последовательно соединенные модули проходит один и тот же ток. Ограничение задают батарея, управляющий блок и HV-вход инвертора.

Чтобы получить 10 кВт при 30 А и η = 94%, нужно не менее примерно 355 В под нагрузкой. Одновременно должны выполняться минимальное и максимальное напряжения HV-входа, допустимое число модулей и совместимость BMS. Обычные 48-вольтовые DL5.0C нельзя превращать в HV-башню последовательным соединением: они предназначены для разрешенной производителем параллельной конфигурации.

Как определить предел всей системы

При параллельном подключении распределение тока не бывает идеально одинаковым: влияют SOC, температура, сопротивления кабелей и состояние модулей. Применяют предусмотренную изготовителем схему коммутации и связь BMS. При отключении одной батареи разрешенная мощность оставшегося банка уменьшается.

Сколько кВт·ч нужно: ориентир 1–1,2 часа

Для сбалансированного домашнего комплекта Liosun предлагает начинать подбор с запаса энергии не менее 1 кВт·ч на каждый 1 кВт номинала инвертора, предпочтительно от 1,2 кВт·ч на 1 кВт. Корректно записать этот ориентир так:

E_ном ≈ P_{инвертора} × 1–1,2 ч

Это начальный ориентир для емкости, а не гарантия полной мощности или часа реальной автономии. Разные батареи одной емкости имеют разные токи. Для одного часа на полной нагрузке при 90% используемой энергии и η = 94% потребуется около 1,18 кВт·ч номинальной энергии на каждый 1 кВт, еще без запаса на старение и прочие потери.

• Для 6 кВт: ориентир 6–7,2 кВт·ч; две DL5.0C дают 10,24 кВт·ч и одновременно решают вопрос батарейного тока в рассмотренном режиме.
• Для 10 кВт: ориентир 10–12 кВт·ч, но две DL5.0C не обеспечивают 10 кВт при 51,2 В и η = 94%. Три дают 15,36 кВт·ч; четыре дают 20,48 кВт·ч и дополнительную автономию.

Время работы оценивают по фактической средней нагрузке, а не обязательно по номиналу инвертора:

t ≈ E_ном × доля используемой энергии × η / P_{средняя}

Порядок расчета перед покупкой

1. Определите длительную мощность необходимых потребителей и пусковые нагрузки. Для двигателей проверьте также ВА, коэффициент мощности и перегрузочную способность инвертора.
2. Выберите рабочее минимальное напряжение батареи под нагрузкой и реалистичный КПД.
3. Посчитайте требуемый ток: I = P / (U × η).
4. Подберите количество модулей по длительному току; отдельно проверьте рекомендуемый режим и кратковременные пики.
5. Сверьте ток, напряжение и мощность батарейного входа инвертора, настройки и ограничения BMS.
6. Рассчитайте запас энергии на нужное время работы и предусмотрите резерв для условий эксплуатации.

Все расчеты мощности выше относятся к питанию только от аккумуляторов. Работа с сетью, генератором или солнечной подпиткой может дать другой результат. Проверку резервного режима проводят для условий, когда этих источников нет.

Частые вопросы

Почему инвертор 6 кВт отключается с одной батареей?

При высокой нагрузке он может запросить ток выше разрешенного BMS. Возможны также просадка напряжения, низкий заряд или ограничение кабельной линии. Проверяют журнал событий, параметры BMS и фактический DC-ток.

Можно ли использовать пиковый ток постоянно?

Нет. Для DL5.0C 110 А разрешены на 15 секунд, для указанного PowerBrick 300 А разрешены до двух минут при +25 °C. Пиковое значение нельзя закладывать как длительный режим.

Достаточно ли четырех батарей для любого инвертора 10 кВт?

Количество само по себе ничего не гарантирует. Для четырех DL5.0C остается проверка рабочего напряжения, токового лимита инвертора, BMS и схемы подключения. У других батарей и высоковольтных систем расчет будет иным.