Типи акумуляторів: стартерний свинець, AGM, GEL, LiFePO4
Різниця між типами акумуляторів вимірюється не у відсотках, а в разах. Одна й та сама наліпка «100 А·год» означає від 300 до 1150 корисних ват-годин залежно від того, що всередині.
Коротка відповідь
Для резервного живлення вдома реально розглядають чотири варіанти, і вони не є сходинками однієї драбини.
- Стартерний свинцевий. Створений для короткого потужного розряду при пуску двигуна. Циклічну роботу переносить погано.
- AGM. Свинцево-кислотний із електролітом, утриманим у скловолоконному сепараторі. Герметичний, не потребує обслуговування, витримує помірне циклювання.
- GEL. Той самий свинець, але з електролітом у вигляді гелю. Краще переносить глибокий розряд і повільний струм, гірше – великий струм.
- LiFePO4. Літій-залізо-фосфат. Найдорожчий за ампер-годину і найдешевший за збережену кіловат-годину.
Стартерний свинцевий акумулятор
Це той акумулятор, що стоїть в автомобілі. Його конструкція оптимізована під одну задачу: віддати кілька сотень ампер протягом кількох секунд, а потім одразу отримати заряд від генератора.
Пластини в ньому тонкі й пористі, з великою площею поверхні. Це дає високий струм, але робить пластини крихкими: глибокий розряд руйнує активну масу механічно, і вона обсипається.
Допустима глибина розряду: 20–30%. Не тому, що батарея не розрядиться глибше, а тому, що після кількох десятків глибоких розрядів вона втратить більшу частину ємності.
Ресурс при 30% глибини: 200–400 циклів. При 80% – кілька десятків.
Саморозряд: 5–10% на місяць при кімнатній температурі.
Обслуговування. Заливні моделі потребують контролю рівня електроліту і доливання дистильованої води, а також вирівнювального заряду.
Коли має сенс. Практично ніколи, якщо мова про регулярну роботу. Виняток – одноразова аварійна ситуація, коли акумулятор уже є і його не шкода.
AGM
AGM розшифровується як absorbent glass mat: електроліт утримується у скловолоконному сепараторі між пластинами, тому батарея герметична, не проливається і працює в будь-якому положенні, крім перевернутого.
Пластини товщі, ніж у стартерної, конструкція розрахована на циклічну роботу.
Допустима глибина розряду: 50%. Це компроміс між корисною ємністю і ресурсом.
Ресурс при 50%: 400–1200 циклів залежно від якості й режиму.
Саморозряд: 1–3% на місяць.
Сильні сторони. Низький внутрішній опір, тобто добре тримає короткі великі струми. Не потребує обслуговування. Терпить роботу в приміщенні за умови вентиляції.
Слабкі сторони. Дуже чутлива до перезаряду: клапан скидає надлишковий тиск, і втрачена вода вже не повернеться. Не любить тривалого перебування в частково розрядженому стані.
Коли має сенс. Помірні задачі: ДБЖ для котла, невеликий банк, бюджет обмежений, а очікуване число глибоких циклів за сезон невелике.
GEL
Той самий свинець, але електроліт загущений до стану гелю. Гель менш рухливий, тому батарея краще переносить глибокий розряд і повільніше руйнується від нього.
Допустима глибина розряду: 50%, з кращою переносимістю разових глибших розрядів.
Ресурс при 50%: 600–1500 циклів.
Слабка сторона – великий струм. Внутрішній опір вищий, ніж у AGM, і при великих струмах у гелі утворюються порожнечі, які не заростають. Тому GEL погано підходить під потужні інвертори з різкими піками.
Заряд. Напруга заряду нижча, ніж у AGM, приблизно на 0,2–0,3 В. Зарядний пристрій із профілем AGM систематично перезаряджатиме гелеву батарею.
Коли має сенс. Тривалі повільні розряди: наприклад, живлення котла і зв'язку протягом доби без потужних пусків.
LiFePO4
Літій-залізо-фосфат – найпоширеніша літієва хімія в стаціонарних накопичувачах. Це не той самий літій, що в телефоні: у смартфонах і ноутбуках зазвичай кобальтовмісні хімії, які мають вищу питому енергію і значно нижчу термічну стабільність.
Номінальна напруга елемента – 3,2 В, тому блок «12 В» насправді складається з чотирьох елементів і має номінал 12,8 В.
Допустима глибина розряду: 80–90%, технічно можливо і 100%, але ресурс падає.
Ресурс при 80%: 3000–6000 циклів.
Саморозряд: 2–3% на місяць, плюс споживання вбудованої BMS.
Розрядна характеристика майже пласка. Напруга тримається у вузькому діапазоні протягом більшої частини розряду і різко падає лише в кінці. Для інвертора це означає стабільний струм і відсутність передчасного вимкнення за низькою напругою.
Втрата ємності при великому струмі мінімальна. Те, що у свинцю з'їдає чверть ємності, у LiFePO4 забирає кілька відсотків.
Слабкі сторони. Заряд при температурі нижче нуля заборонений: це руйнує елементи. Батарея обов'язково має BMS, і якість цієї BMS визначає надійність не менше, ніж якість елементів. Ціна за ампер-годину найвища.
Коли має сенс. Практично завжди, коли систему купують надовго і планують регулярні цикли.
Порівняльна таблиця
| Параметр | Стартерний | AGM | GEL | LiFePO4 |
|---|---|---|---|---|
| Номінальна напруга блока | 12 В | 12 В | 12 В | 12,8 В |
| Робоча глибина розряду | 20–30% | 50% | 50% | 80–90% |
| Ресурс при робочій DoD | 200–400 | 400–1200 | 600–1500 | 3000–6000 |
| Корисно з 100 А·год | 300–360 Вт·год | 600 Вт·год | 600 Вт·год | 1024–1150 Вт·год |
| Маса блока 100 А·год | 20–25 кг | 28–32 кг | 30–35 кг | 11–14 кг |
| Питома енергія | 30–40 Вт·год/кг | 30–40 Вт·год/кг | 28–35 Вт·год/кг | 90–120 Вт·год/кг |
| Саморозряд за місяць | 5–10% | 1–3% | 1–2% | 2–3% |
| Втрата ємності при струмі 1C | 35–45% | 30–40% | 35–45% | 3–6% |
| Заряд при мінусі | повільніший | повільніший | повільніший | заборонений |
| Виділення водню | так | мінімальне | мінімальне | немає |
| Потребує BMS | ні | ні | ні | так |
Найважливіший рядок тут – четвертий. Наліпка «100 А·год» на стартерній батареї і на LiFePO4 означає різницю у три з половиною рази за корисною енергією, і це ще до врахування ресурсу.
Як порівнювати чесно
Порівняння за ціною ампер-години систематично вводить в оману. Правильна одиниця – вартість однієї кіловат-години, збереженої за весь строк служби.
Сумарний оборот = Номінальна енергія × Глибина розряду × Кількість циклів
| Тип | Номінально | Корисно за цикл | Циклів | Оборот за життя |
|---|---|---|---|---|
| Стартерний 100 А·год | 1,20 кВт·год | 0,36 кВт·год | 250 | 90 кВт·год |
| AGM 100 А·год | 1,20 кВт·год | 0,60 кВт·год | 700 | 420 кВт·год |
| GEL 100 А·год | 1,20 кВт·год | 0,60 кВт·год | 1000 | 600 кВт·год |
| LiFePO4 100 А·год | 1,28 кВт·год | 1,02 кВт·год | 3500 | 3570 кВт·год |
Цін ми свідомо не наводимо: вони змінюються швидше, ніж фізика. Але сама пропорція стабільна: щоб LiFePO4 програв AGM за цим показником, він мав би коштувати у вісім разів дорожче за ампер-годину. Методику детальніше розписано у статті скільки живе акумулятор.
Чого не варто робити
- Змішувати типи в одному банку. Різні хімії мають різні напруги заряду і різний внутрішній опір. Банк працюватиме за гіршим елементом.
- Ставити нову батарею паралельно зі старою. Той самий результат за кілька місяців.
- Заряджати GEL профілем AGM. Систематичний перезаряд і швидка втрата ємності.
- Розряджати свинець «до вимкнення інвертора». Кожен такий цикл незворотно з'їдає ємність.
- Тримати свинець розрядженим. Сульфатація починається за кілька днів і стає незворотною за кілька тижнів.
- Заряджати LiFePO4 на морозі. Це не рекомендація, а заборона: акумулятор на морозі.
Що робити натомість і як налаштувати заряд під кожну хімію, описано у статті заряд, струми і BMS. Як ці числа перетворюються на ват-години – у статті ампер-години, ват-години, глибина розряду.
Часті питання про типи акумуляторів
Чи можна використати старий автомобільний акумулятор для ДБЖ?
Як тимчасове рішення в аварійній ситуації – так. Як постійне – ні. Стартерна батарея розрахована на розряд у кілька відсотків ємності, і глибокі цикли руйнують її пластини механічно. При допустимих 30% глибини від 60 А·год доступно близько 200 Вт·год, тобто менш ніж три години живлення котла, і навіть цей режим вичерпає ресурс за один сезон.
Чим AGM відрізняється від GEL простими словами?
У AGM електроліт утримується у скловолоконному сепараторі, у GEL він загущений до гелю. AGM краще віддає великі струми, GEL краще переносить глибокі й повільні розряди і має трохи більший ресурс. Заряджають їх різними напругами, і плутати профілі не можна.
Чи безпечний LiFePO4 вдома?
Це найтермічно стабільніша з поширених літієвих хімій: залізо-фосфатний катод не виділяє кисень при перегріві, на відміну від кобальтових. Але безпека забезпечується не лише хімією, а й BMS, якістю збірки і правильним заряджанням. Батарея без справної системи захисту небезпечна незалежно від хімії.
Скільки важить банк на 5 кВт·год?
У свинці, з урахуванням 50% глибини розряду, знадобиться близько 10 кВт·год номінальної ємності, тобто приблизно вісім блоків по 100 А·год і 230–260 кілограмів. У LiFePO4 при 85% глибини потрібно близько 5,9 кВт·год номінальних, тобто приблизно 460 А·год при 12,8 В і 55–70 кілограмів.
Чи є сенс у тягових свинцевих акумуляторах?
Так, для стаціонарних систем із передбачуваним циклом. Тягові батареї з товстими або трубчастими пластинами витримують глибші розряди і більше циклів, ніж AGM, але вони важчі, дорожчі за звичайний свинець і часто потребують обслуговування та вентиляції. Це розумний варіант там, де маса й обслуговування не є проблемою.
Чому LiFePO4 має 12,8 В, а не 12?
Бо номінальна напруга одного літій-залізо-фосфатного елемента – 3,2 В, а в блоці їх чотири. У свинцю номінал елемента 2 В і елементів шість, звідси 12 В. Практичний наслідок: при однаковій цифрі ампер-годин літієвий блок містить приблизно на 6,7% більше енергії ще до врахування глибини розряду.
Чи можна поставити LiFePO4 замість AGM у наявний ДБЖ?
Тільки якщо ДБЖ підтримує літієвий профіль заряду або дозволяє налаштувати напруги вручну. Профіль для свинцю з тривалою підтримувальною напругою для літію непотрібний і шкідливий. Крім того, зарядний струм ДБЖ, розрахований на свинець, для літію буде надто малим, і банк не встигатиме заряджатися.
Джерела та нормативна база
- Методологія розрахунків «Пояснений»
- IEC 61056-1. General purpose lead-acid batteries (valve-regulated types). General requirements, functional characteristics
- IEC 62619. Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes. Safety requirements for large format lithium cells
- IEC 62620. Secondary lithium cells and batteries for use in industrial applications
Числові приклади на цій сторінці розраховані редакцією за відкритою методологією. Знайшли неточність? Повідомте про виправлення.