Чому реальний час роботи станції менший за паспортний

Ділити ємність на потужність вчить кожен другий огляд в інтернеті. Ця арифметика завищує результат на 20% при великому навантаженні і на 60% при малому. Ось точна ціна кожного джерела втрат.

Зарядні станціїОновлено 9 вересня 20267 хв читання

Коротка відповідь

Наївна формула години = ємність ÷ потужність не враховує чотирьох речей. Правильна виглядає так:

Години = (ємність × глибина розряду) ÷ (навантаження ÷ ККД інвертора + власне споживання)

Для типової станції на 1024 Вт·год це означає мінус 20% при навантаженні 400–800 Вт і мінус 60% при навантаженні 10 Вт.

Головна таблиця

Розрахунок зроблено для станції номіналом 1024 Вт·год з LiFePO4, чистою синусоїдою, інвертором на 1000 Вт, доступною глибиною розряду 90% і власним споживанням 5 Вт. ККД інвертора взято залежним від навантаження, як це і буває насправді.

Крива втрат має характерну форму ванни: величезна на дуже малому навантаженні, мінімальна в середині діапазону, трохи зростає на максимумі. Пояснення нижче.

Джерело втрат перше: глибина розряду

Батарею не розряджають до нуля. Літій-залізо-фосфатна комірка, доведена до повного розряду, втрачає ресурс і може піти в глибокий розряд, з якого BMS її вже не підніме. Тому система керування зупиняє віддачу раніше і залишає резерв унизу, а іноді ще й угорі.

Для побутових станцій із LiFePO4 доступний діапазон – зазвичай 85–95% номіналу. Ми беремо 90% як середнє.

Ця втрата постійна у відсотках: 10% при будь-якому навантаженні. Із 1024 Вт·год ви можете відібрати приблизно 922 Вт·год, і не більше.

Джерело втрат друге: ККД інвертора

Батарея зберігає постійний струм при напрузі кілька десятків вольтів. Розетці потрібні змінні 220 В із частотою 50 Гц. Перетворення виконує інвертор, і частина енергії при цьому неминуче йде в тепло.

Типовий ККД інвертора з чистою синусоїдою – 85–92%. Це означає, що для видачі 100 Вт у навантаження інвертор бере з батареї 109–118 Вт.

Ключове: ККД не є константою. Втрати інвертора складаються з двох частин. Одна пропорційна струму (нагрів транзисторів і дротів), друга постійна (живлення схеми керування, перемагнічування трансформатора). Постійна частина не зникає при малому навантаженні, і саме вона руйнує ККД унизу діапазону.

Джерело втрат третє: власне споживання

Станція витрачає енергію на себе навіть тоді, коли нічого не живить. Це дисплей, плата керування, схема балансування комірок, датчики і вентилятор. Разом виходить від 5 до 20 Вт залежно від моделі, увімкненого екрана і того, чи крутиться вентилятор.

Ця втрата постійна в абсолютних величинах, і саме тому вона так по-різному виглядає у відсотках:

• при навантаженні 500 Вт п'ять ватів – це 1% відбору;
• при навантаженні 50 Вт – це вже 8%;
• при навантаженні 10 Вт – це третина всього відбору.

Практичний наслідок: тримати велику станцію ввімкненою заради роутера на 10 Вт неефективно. Той самий роутер від маленького павербанка з виходом 12 В проживе довше, бо в ланцюжку не буде ані інвертора, ані дисплея.

Джерело втрат четверте: ефект малого навантаження

Це не окрема втрата, а результат накладання двох попередніх. Коли навантаження мале, ККД інвертора вже низький, і на нього ще накладається постійне власне споживання. Дві погані речі множаться.

Що ще з'їдає години в реальному житті

Чотири джерела вище працюють завжди. До них додаються ситуативні.

Температура. На морозі доступна ємність падає: близько 0 °C це приблизно мінус 10–20%, при глибшому мінусі більше. Втрата тимчасова, у теплі ємність повертається. Докладніше: зберігання і робота на морозі.

Вік батареї. Після кількох сотень або тисяч циклів ємність падає. Стандартна межа життя – 80% початкової ємності, тобто станція наприкінці ресурсу тримає на п'яту частину менше, ніж нова.

Пікові навантаження. Кожен старт компресора коротко просаджує напругу і збільшує втрати. Холодильник із десятком стартів за годину «з'їдає» трохи більше, ніж дає його середня потужність.

Реактивне навантаження. Двигуни і трансформатори мають коефіцієнт потужності менший за одиницю. Інвертор змушений прокачувати струм, який не виконує корисної роботи, і гріється сильніше.

Форма напруги. Модифікована синусоїда змушує двигуни й трансформатори працювати з додатковими втратами всередині самого приладу. Це не втрата станції, а втрата приладу, але години вона все одно вкорочує. Механізм описано в матеріалі про чисту синусоїду.

Як рахувати правильно

Якщо після цього розрахунку виявиться, що потрібної автономії не досягти навіть із великою станцією, порівняйте варіанти в матеріалі станція чи генератор. Точні числа для свого списку приладів зручно рахувати в калькуляторі часу автономії, а таблиця споживання побутової техніки є в розділі «Споживання».

Заряджання має ті самі втрати

Дзеркальна історія стосується і заряду. Щоб покласти в батарею 900 Вт·год, з розетки треба взяти приблизно 980 Вт·год: ККД зарядного тракту 90–95%. Плюс остання чверть заряду завжди йде повільніше, бо струм примусово зменшується для збереження ресурсу комірок.

Тому «час заряду до 80%» у характеристиках і реальний час до повних 100% відрізняються майже вдвічі. Це не обман: до 80% станція справді заряджається швидко.