Бидирекциональный перевод ёмкости аккумулятора в А·ч в энергию в Вт·ч и обратно с учётом напряжения банки и глубины разряда (DoD). Свинец AGM/GEL — 50%, LiFePO4 — 80%, Li-ion — 90%. По ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013 и ГОСТ Р 58593-2019.
Типовые сочетания ёмкость / энергия
| C, А·ч | U, В | E номин., Вт·ч | E полез. AGM 50% | E полез. LiFePO4 80% |
|---|---|---|---|---|
| 40 | 12 | 480 | 240 | 384 |
| 60 | 12 | 720 | 360 | 576 |
| 100 | 12 | 1200 | 600 | 960 |
| 200 | 12 | 2400 | 1200 | 1920 |
| 100 | 24 | 2400 | 1200 | 1920 |
| 200 | 48 | 9600 | 4800 | 7680 |
Полезная энергия — то, что реально снимается с банки без ускоренной деградации. При AGM/GEL DoD выше 50% циклы падают в 2–4 раза.
Частые вопросы
Почему свинец и LiFePO4 при одинаковой паспортной ёмкости дают разную полезную энергию?
Свинцово-кислотные АКБ (AGM, гель) теряют ёмкость экспоненциально с глубиной разряда. При DoD 50% они проходят 400–600 циклов, при 80% — 200–300, при 100% — около 50. Поэтому в проектировании ИБП и автономных СЭС полезной считается половина паспортной ёмкости. LiFePO4 допускает регулярный DoD 80% и держит 3000–6000 циклов, ячейки Grade-A — 5000+ при 80% DoD. По стоимости киловатт-часа за весь срок службы LiFePO4 при банке 1–10 кВт·ч выходит в 1,5–2 раза дешевле свинца, несмотря на 2,5–3-кратную начальную цену.
Глубина разряда и срок службы — как связаны?
DoD (depth of discharge) — доля паспортной ёмкости, которая разряжается за один цикл. Чем глубже разряд, тем сильнее деформируется активная масса электродов и тем быстрее теряется доступная ёмкость. Для свинца AGM: при DoD 30% — 1200–1500 циклов до потери 20% ёмкости, при DoD 50% — 400–600, при DoD 80% — 200–300. Для LiFePO4 деградация в этом диапазоне почти линейна и многократно медленнее: при DoD 80% получается 3000–5000+ циклов, при DoD 10% — до 14 000. Для ИБП с редким сбросом электричества свинец на DoD 30% оправдан; для ежедневной автономии (СЭС, off-grid) экономика LiFePO4 на DoD 80% всегда выигрывает.
Последовательное и параллельное подключение — что меняется в формуле?
Последовательное (с плюса одной на минус следующей) — складываются напряжения, ёмкость в А·ч остаётся как у одной батареи. Два АКБ 12 В × 100 А·ч последовательно дают 24 В × 100 А·ч = 2400 Вт·ч. Параллельное (плюс к плюсу, минус к минусу) — складываются ёмкости в А·ч, напряжение остаётся как у одной. Те же две АКБ параллельно дают 12 В × 200 А·ч = 2400 Вт·ч. Энергия одинаковая, но рабочее напряжение разное: на 24 В инверторе ток вдвое меньше при той же мощности нагрузки, кабели и предохранители — тоньше. Для банков от 1 кВт·ч предпочтительно собирать на 24 или 48 В, а не на 12 В с десятью параллельными ветками.
Циклы заряд-разряда — что такое и от чего зависят?
Один цикл — заряд от номинала до близкого к 100% и разряд обратно к выбранному порогу (например, 50% для свинца, 20% для LiFePO4). Производитель указывает циклы при конкретном DoD и температуре 20–25 °C. Реальный ресурс зависит от глубины каждого разряда, тока заряда, температуры и времени простоя в заряженном или разряженном состоянии. Свинец на простое разряжается на 3–5% в месяц саморазрядом — заряд каждые 2–3 месяца обязателен; иначе сульфатация, ёмкость падает безвозвратно. LiFePO4 саморазряжается на 1–3% в месяц, переносит длительный простой в полу-разряженном состоянии. Жара выше 35 °C ускоряет деградацию обоих типов в 2–3 раза.
Стартерная автомобильная АКБ — можно использовать для ИБП или СЭС?
Не рекомендуется. Стартерная АКБ рассчитана на короткий разряд большим током (250–600 А на 1–3 секунды) и постоянный подзаряд от генератора. Глубокий разряд 50%, типовой для ИБП, для неё нештатный режим — после 10–20 таких циклов начинается сульфатация, ёмкость падает безвозвратно. Если другого выхода нет, ограничивают DoD до 30% и берут паспортную ёмкость в 1,5–2 раза выше расчётной; ресурс всё равно сократится до 1–2 лет. Для стационарных задач — AGM, гель или LiFePO4 deep cycle (тяговые или энергонакопительные); они и рассчитываются по ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013 на разряд в течение 8–20 часов, что соответствует режиму ИБП.
Калькулятор переводит ёмкость аккумулятора в А·ч в запас энергии в Вт·ч и обратно. Базовая формула — E (Вт·ч) = C (А·ч) × U (В). Дополнительно показывается полезная энергия с учётом допустимой глубины разряда (DoD): свинец AGM/GEL — 50%, LiFePO4 — 80%, Li-ion — 90%. Полезная цифра — то, что реально снимается с банки без ускоренной деградации; именно она идёт в расчёт автономии ИБП и солнечной электростанции.
Пример: банк 100 А·ч / 12 В под газовый котёл
- Номинальная энергия: E = 100 × 12 = 1200 Вт·ч.
- Тип АКБ — AGM (типовой выбор для ИБП на котёл), DoD 50%.
- Полезная энергия: 1200 × 0,5 = 600 Вт·ч.
- При нагрузке котла 280 Вт автономия составит 600 / 280 ≈ 2,1 часа.
- Чтобы получить 4 часа автономии, нужна полезная энергия 1120 Вт·ч — это банк AGM 100 А·ч × 24 В или LiFePO4 100 А·ч × 12 В. Подбор серийной АКБ — в калькуляторе ИБП для дома.
Пример: обратное направление — банк под СЭС
- Дому в гибридной системе на сутки автономии нужно 8 кВт·ч полезной энергии (300 кВт·ч в месяц / 30 дней × отказ-факт). По расчёту панелей в калькуляторе солнечных панелей.
- Тип АКБ — LiFePO4, DoD 80%. Номинальная энергия: 8000 / 0,8 = 10 000 Вт·ч.
- Банк собирается на 48 В (стандарт для инверторов от 3 кВт): C = 10 000 / 48 = 208,3 А·ч.
- Серийный номинал — 16 призматических ячеек LiFePO4 по 200–230 А·ч в одну цепочку 48 В.
- Для проверки сечения кабеля от банка к инвертору при токе разряда — калькулятор сечения кабеля; для тока в линии 230 В после инвертора — конвертер кВт в амперы.
Что такое DoD и почему он попадает в формулу
Depth of discharge — доля паспортной ёмкости, разряжаемая за один цикл. Производитель указывает циклы при конкретном DoD. Для свинцовых АКБ AGM/GEL ресурс падает экспоненциально: при DoD 30% — 1200–1500 циклов, при 50% — 400–600, при 80% — 200–300, при 100% — около 50. Поэтому в инженерных расчётах ИБП и автономных СЭС полезной считают только половину паспортной ёмкости. Для LiFePO4 деградация многократно медленнее и более линейна: при DoD 80% — 3000–6000 циклов (Grade-A ячейки — 5000+), при DoD 10% — до 14 000.
Свинцовые стационарные АКБ испытывают по ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013 «Батареи свинцово-кислотные стационарные. Часть 21. Типы с регулирующим клапаном. Методы испытаний» — режимы разряда 8–20 часов, что соответствует работе в ИБП. Литий-железофосфатные ячейки и системы накопления энергии — по ГОСТ Р 58593-2019. Стартерная автомобильная АКБ не рассчитана на разряд 50% — её цикл это короткий пиковый ток на 1–3 секунды с постоянным подзарядом; в ИБП на DoD 50% она «убивается» за 10–20 циклов.
Когда переходить на банк 24 или 48 В
Чем выше напряжение банка, тем меньше ток при той же мощности нагрузки и тем тоньше кабели. Для инвертора 3 кВт на банке 12 В ток разряда достигает 250–300 А — это жила 50–70 мм², серьёзные потери и риск контактного нагрева. На банке 48 В тот же инвертор работает с током 60–75 А, сечение падает до 16 мм², потери ниже. Поэтому правило: для банков ниже 1 кВт·ч и инверторов до 1 кВт — 12 В; 1–3 кВт·ч и инверторы 1–3 кВт — 24 В; от 3 кВт·ч и от 3 кВт — 48 В. Для солнечной электростанции с массивом от 3 кВт-пик 48 В практически безальтернативен.
Типовые сочетания ёмкость и энергия
| Конфигурация | Номинал, Вт·ч | Полезно AGM 50% | Полезно LiFePO4 80% |
|---|---|---|---|
| 100 А·ч / 12 В | 1200 | 600 | 960 |
| 200 А·ч / 12 В | 2400 | 1200 | 1920 |
| 100 А·ч / 24 В | 2400 | 1200 | 1920 |
| 200 А·ч / 48 В | 9600 | 4800 | 7680 |
Частые ошибки
- Берут номинальную энергию вместо полезной. Заказывают банк AGM на 2400 Вт·ч под 4-часовую автономию нагрузки 600 Вт — фактически получают 2 часа, потому что полезных только 1200 Вт·ч.
- Считают AGM по логике LiFePO4 (DoD 80%). Через 200 циклов банк теряет половину ёмкости — автономия из часов падает до десятков минут.
- Игнорируют КПД инвертора. Полезная энергия банки не равна энергии на выходе ИБП: КПД инвертора 0,85–0,95, поэтому при подборе автономии полезные Вт·ч АКБ делят ещё на η_инв.
- Собирают большой банк на 12 В. Десять АКБ параллельно на 12 В вместо двух последовательно-параллельных групп на 24 В — кабели толщиной с палец, ток разряда 300 А, контактные потери на каждой клемме.