Почему процент заряда LFP-батареи «прыгает»: плато напряжения, счёт тока и калибровка SOC

У LFP-ячейки напряжение почти не меняется на широкой середине заряда, поэтому BMS не может определить процент по вольтметру и считает его по току: складывает ампер-часы на заряде и вычитает на разряде. Ошибка этого счёта накапливается, и в момент полного заряда счётчик «перескакивает» на 100 %. Небольшие скачки — нормальная особенность химии, а вот отключение на 30 % уже повод разобраться.

Почему вольтметр не годится для оценки заряда LFP

У свинцовой батареи напряжение заметно падает по мере разряда, и по нему можно прикинуть остаток. У литий-железо-фосфатной ячейки (номинал 3,2 В) кривая напряжения на большей части ёмкости почти плоская: в широкой середине заряда напряжение меняется на десятки милливольт. Точные кривые приводятся в паспорте ячейки и зависят от тока и температуры. Резко напряжение меняется только у краёв: при почти полном заряде оно идёт вверх, при почти пустой батарее падает вниз.

Для пакета из 16 ячеек (51,2 В номинально) это значит: разница между 40 % и 70 % заряда может укладываться в доли вольта, и такая же разница создаётся просто током нагрузки или температурой. Поэтому по напряжению можно честно сказать только «почти полная» или «почти пустая», но не «сейчас 55 %».

Как BMS на самом деле считает SOC

Основной способ — интеграл тока, иногда называют счётом кулонов. BMS измеряет ток через шунт или датчик, умножает на время и складывает ампер-часы. Если батарея 100 А·ч, а за час прошло 10 А на заряде, добавляется 10 % ёмкости. Плюс к этому BMS использует напряжение как подсказку на краях диапазона и вводит поправки на температуру и на старение ёмкости (SOH).

Метод точный на коротком интервале, но у него нет «якоря»: любая мелкая ошибка измерения тока накапливается. Единственное, что исправляет накопленную ошибку, — калибровка по известным точкам.

Расчёт: как копится ошибка

Возьмём условный худший случай. Датчик тока имеет погрешность 1 %. При токе 50 А это 0,5 А. Если батарея работает под током по 5 часов в сутки и так 10 дней, получается 5 × 10 = 50 часов под током. Накопленная ошибка: 0,5 А × 50 ч = 25 А·ч. Для модуля 100 А·ч это 25 % ёмкости.

Оговорка: это худший условный случай, когда ошибка всегда имеет один знак. В реальности часть погрешности компенсируется (заряд и разряд идут в разные стороны), да и погрешность датчика в паспорте может быть меньше. Но порядок величины понятен: без калибровки процент может уехать на десятки пунктов за неделю-две работы, и тогда батарея «вдруг» выключается на 30 % или показывает 100 % при недозаряде.

Точки калибровки

Симптомы и что с ними делать

СимптомПричинаЧто настроить или сделать
Скачок с 92 % до 100 % в конце зарядаНакопленная ошибка счёта сброшена по полному зарядуНичего: это нормальная калибровка; скачки на несколько процентов не дефект
Батарея отключается «на 30 %»Один из ячеек дошёл до нижней границы, а счётчик показывает большеДовести заряд до 100 % и выдержать до конца; проверить балансировку
Заряд останавливается на 98 %Одна ячейка раньше других вышла на верхнее напряжениеДать время на балансировку; подробно в материале о балансировке
Процент сильно расходится с показаниями инвертораИнвертор берёт SOC по связи BMS или считает сам по напряжениюПроверить режим связи по CAN или RS485 и выбранный тип батареи в настройках инвертора
Процент зимой «плывёт» сильнееМеньше солнца, полный заряд не достигается неделямиПериодически доводить до 100 % от сети или генератора
Показания скачут при резком включении нагрузкиПросадка напряжения и влияние тока на оценку по подсказкамЭто временная реакция, сравнивайте через несколько минут после снятия нагрузки

Что делать регулярно

Раз в одну-две недели давайте батарее дойти до полного заряда и немного побыть на верхней границе, чтобы BMS сбросила накопленную ошибку. Осенью и зимой, когда солнца мало, для этого может потребоваться зарядить батарею от сети. Конкретные пороги и режимы — в инструкции изготовителя.

Почему «довести до 100 %» особенно важно осенью и зимой

Летом солнца хватает, батарея регулярно доходит до верхней границы, и ошибка сбрасывается сама. В ноябре и декабре выработка падает в разы: в Минске, например, с 1 кВт панелей в декабре получается порядка 19 кВт·ч, а в июне около 134 кВт·ч (данные PVGIS для оптимального угла). Батарея месяцами ходит в диапазоне 20–80 % и до полного заряда не доходит. Счёт тока копит ошибку, и в какой-то момент процент перестаёт соответствовать действительности. Если вы заметили, что система стала отключаться раньше, чем ожидалось, сначала проверьте, когда в последний раз батарея доходила до 100 %.

Связь с балансировкой

SOC и балансировка — разные вещи, но связанные. Если ячейки разошлись по напряжению, BMS по самой слабой ячейке останавливает заряд или разряд, а общий процент показывает среднее. Это даёт отключение на 98 % при заряде и на «живых» 30 % при разряде. Механизм подробно разобран в материале «Балансировка ячеек: почему батарея отключается на 98 %». Оценить различие между 15S и 16S пакетом, которое влияет на настройку напряжений в инверторе, помогает материал «15S или 16S».

Если же проблема в том, что батарея разряжается ниже заданного резерва, причин может быть несколько, и SOC — только одна из них. Последствия разобраны в материале «Батарея разряжается ниже резерва: семь причин»; здесь описан механизм, там — перечень следствий. Кто в системе за что отвечает, показано в разборе «EMS и BMS», а общие свойства химии — в статье «LFP-технология».

Когда это действительно проблема

В этих случаях нужна диагностика через приложение производителя или сервис. Вскрывать батарею и менять настройки BMS без инструкции изготовителя нельзя: это опасно и обычно лишает гарантии.

Частые вопросы

Нормально ли, что процент скачет на несколько пунктов?

Да. Это следствие счёта по току и калибровки по краю диапазона. Тревожными являются скачки в десятки пунктов и отключения при достаточном заряде.

Можно ли определять заряд мультиметром?

Приблизительно, и только у краёв диапазона. В середине напряжение LFP слишком плоское, а нагрузка и температура искажают результат сильнее, чем меняется сам заряд.

Как часто нужна калибровка?

Достаточно того, чтобы батарея регулярно доходила до полного заряда. Летом это происходит само, зимой иногда требуется зарядка от сети. Точную периодичность изготовитель указывает в инструкции.

Влияет ли калибровка на ресурс?

Выход на верхнюю границу в штатном режиме ресурс не сокращает: так BMS работает по замыслу. Принудительный глубокий разряд опаснее, и без указания в инструкции его делать не стоит.

Короткий вывод

Процент заряда LFP не измеряется, а вычисляется, и вычисляется с накопленной ошибкой. Главный способ держать его честным — регулярно доводить батарею до полного заряда, особенно в тёмные месяцы. Небольшие скачки при этом нормальны; стабильные отключения при высоком проценте — сигнал проверить балансировку и настройки связи.

Telegram