Аккумулятор 48 В для базовой станции: расчёт ёмкости и выбор модели

Сколько ампер-часов нужно для резерва: формула расчёта ёмкости

Расчёт ёмкости аккумуляторов для базовой станции ведут по формуле C = P × t / (U × DoD × η). Здесь C - ёмкость в ампер-часах, P - нагрузка в ваттах, t - требуемое время резерва в часах, U - номинальное напряжение шины (48 В), DoD - допустимая глубина разряда, η - коэффициент потерь в кабелях и преобразовании, обычно 0,95.

Глубину разряда берут по химии. Для литиевых и натриевых модулей в расчёте используют 90 %, для свинцово-кислотных - 50 %: глубокий разряд быстро вырабатывает ресурс свинца. Те же допущения заложены в наш калькулятор стоимости владения.

К результату добавляют два запаса. Первый - на старение: к концу срока службы батарея отдаёт меньше паспортной ёмкости, поэтому расчёт обычно ведут на 80 % остаточной ёмкости. Второй - на холод, если батарейный отсек не отапливается. Перед расчётом соберите исходные данные:

• нагрузка площадки по показаниям ЭПУ, Вт, с учётом планируемого оборудования;
• требуемое время резерва, ч, и частота отключений сети;
• минимальная и максимальная температура в шкафу или аппаратной;
• свободное место в стойке, глубина шкафа и допустимая масса на полку.

Пример расчёта: нагрузка 2 кВт и 4 часа резерва

Энергия на нагрузку: 2 000 Вт × 4 ч = 8 000 Вт·ч. Для литиевого модуля: 8 000 / (48 × 0,9 × 0,95) ≈ 195 А·ч. С запасом на старение (деление на 0,8) получается около 244 А·ч. Ближайшие комплекты - три модуля 48 В / 100 А·ч или два модуля 48 В / 150 А·ч, в обоих случаях 300 А·ч и 14,4 кВт·ч.

Для свинца та же задача даёт 8 000 / (48 × 0,5 × 0,95) ≈ 351 А·ч ещё до запаса на старение. На практике это 16 блоков по 12 В массой около 30 кг каждый, почти 480 кг. Три литиевых модуля 48 В / 100 А·ч весят 123 кг.

Расчёт ориентировочный: точное число модулей зависит от профиля нагрузки, уставок ЭПУ и температуры. Для проекта заполните опросный лист по площадке, и мы вернём подбор с расчётом.

LFP или натрий NFPP: выбор химии по площадке

Литий-железо-фосфат (LFP, LiFePO4) - основная химия для резерва в тёплой аппаратной. Модуль 48 В / 100 А·ч рассчитан не менее чем на 6 000 циклов при DOD 80 %, заряжается при 0...+45 °C и разряжается при -20...+60 °C. Модуль 48 В / 150 А·ч даёт 7 200 Вт·ч в корпусе 5U и подходит, когда нужна большая автономия в той же стойке.

Натрий NFPP выбирают для уличных шкафов, площадок без надёжного подогрева и объектов с ежедневными отключениями. Модуль NFPP 48 В / 100 А·ч заряжается от -20 °C, разряжается при -40...+60 °C без подогрева, ресурс - 8 000+ циклов по паспорту модуля. У натрия выше цена за киловатт-час, а модуль тяжелее литиевого той же ёмкости: 55 кг против 41 кг. Как подобрать модель по задаче:

• тёплая аппаратная, редкие отключения - LFP 48 В / 100 А·ч;
• тесный шкаф - компактный LFP 48 В / 100 А·ч в корпусе 440 × 400 × 132 мм;
• большая автономия в той же стойке - LFP 48 В / 150 А·ч;
• уличный шкаф, мороз, нет подогрева - NFPP 48 В / 100 А·ч;
• ежедневные отключения и жара - NFPP, 8 000+ циклов по паспорту модуля.

Климат площадки: как мороз и жара меняют расчёт

Литиевую батарею нельзя заряжать ниже 0 °C без подогрева: после ночного отключения на морозе она не восстановит заряд к следующему. Свинцово-кислотная АКБ при -20 °C отдаёт около 40 % ёмкости, поэтому ради той же автономии ставят вдвое больший комплект. Натрий NFPP сохраняет 93 % ёмкости при -20 °C и 80 % при -40 °C без подогрева (данные производителя ячеек).

Отсюда правило: для неотапливаемого шкафа расчётную ёмкость делят на долю, доступную при минимальной температуре площадки. Для натрия в нашем калькуляторе заложен запас 15 %. Жара тоже влияет: каждые 10 градусов выше +25 °C примерно вдвое сокращают срок службы свинца, а LFP и свинец выше +55...+60 °C уходят в защитное отключение. Подробности - на странице базовые станции в мороз.

Корпус, BMS и мониторинг: стойка 19 дюймов, CAN и RS485

Модули 48 В ставятся в стандартную стойку 19 дюймов. Литиевый модуль 100 А·ч занимает 3U (442 × 440 × 132 мм), модуль 150 А·ч - 5U (442 × 540 × 178 мм). Перед выбором проверьте глубину шкафа, нагрузку на полки и доступ для обслуживания.

BMS модуля передаёт контроллеру ЭПУ напряжение, ток, степень заряда, температуру и аварии по CAN или RS485, а дальше данные уходят в систему мониторинга оператора по SNMP, Modbus или сухим контактам. У свинца остаточную ёмкость узнают только при отключении сети, а состояние литиевого и натриевого модуля видно удалённо. Протокол обмена и уставки отключения нагрузки (BLVD) согласуются с ЭПУ оператора до поставки.

Модули 48 В соединяются параллельно, ёмкости складываются. Натриевый модуль 100 А·ч допускает до 32 модулей в параллели; предел для каждой модели указан в листе данных. Начать можно с меньшего числа модулей и добавлять их по мере роста нагрузки.

Защита от кражи и замена свинцово-кислотных батарей

С удалённых площадок батареи крадут, и ущерб складывается из стоимости комплекта и простоя станции. Литиевый модуль 48 В / 100 А·ч имеет функцию защиты от кражи. Натриевый модуль 100 А·ч оснащён программной блокировкой BMS, датчиком смещения (гироскопом) и GPS: без авторизации он не включается вне системы, а после извлечения сообщает местоположение. Подробнее - в разделе защита от краж.

Замену свинца ведут поэтапно: литиевый модуль 48 В ставится в ту же стойку вместо четырёх блоков по 12 В и работает с действующей ЭПУ. Площадки переводят по мере выработки старых батарей, без остановки связи. Свинцово-кислотная АКБ служит 3-5 лет в аппаратной и 1,5-2 года при частых отключениях, поэтому затраты сравнивают по стоимости владения за 10 лет, а не по цене покупки. Порядок работ - на странице замена свинцово-кислотных батарей.