LiFePO4 batérie: 12 V 100 Ah, články a domáce úložiská

Čo je LiFePO4 a prečo sa používa

LiFePO4 je jedna z chémií lítiovo-iónových batérií. Názov je chemický vzorec materiálu kladnej elektródy: lítium (Li), železo (Fe) a fosfát (PO4). Na trhu sa stretnete aj so skratkou LFP, s českým „lithium-železo-fosfát“ alebo s anglickým „lithium iron phosphate“. Ide o to isté.

Na LiFePO4 stojí väčšina dnešných 12 V lítiových akumulátorov do karavanu aj mnohé domáce úložiská. Hlavné dôvody:

Tepelná a chemická stabilita. Je to hlavná výhoda oproti iným lítiovým chémiám. Victron označuje LiFePO4 za najbezpečnejší z bežných typov lítiových batérií. Bezpečná však nie je sama osebe, pozri časť o bezpečnosti.
Neobsahuje kobalt ani nikel.
Znesie čiastočné nabitie. Olovená batéria, ktorá dlho nie je úplne nabitá, sa poškodzuje. LiFePO4 podľa Victronu úplné nabitie nepotrebuje.
Vyššia účinnosť a nižšia hmotnosť než pri olovenej batérii rovnakej kapacity.

Nevýhodou je, že sa do rovnakej hmotnosti zmestí menej energie než pri iných lítiových chémiách. Preto sa LiFePO4 menej používa tam, kde rozhoduje každý kilogram. V karavane, na chate ani v pivnici to zvyčajne nevadí. Ďalšou nevýhodou je vyššia vstupná cena než pri olove.

Napätie, Ah a kWh: ako prepočítať kapacitu

Na štítku batérie bývajú tri čísla. Ak im rozumiete, ľahko porovnáte rôzne ponuky.

V (volt): Napätie. Článok LiFePO4 má menovite 3,2 V. Batéria „12 V“ má štyri články v sérii, teda 12,8 V. Batéria „24 V“ má osem článkov, teda 25,6 V.
Ah (ampérhodina): Množstvo náboja. Bez napätia nehovorí, koľko energie batéria uloží.
Wh a kWh (watthodina, kilowatthodina): Uložená energia, 1 kWh = 1 000 Wh. Vypočíta sa ako napätie × Ah. Iba podľa Wh alebo kWh sa dajú porovnať batérie s rôznym napätím.

Netreba si to pliesť s kW. Kilowatt je výkon, teda koľko energie batéria alebo menič dodá v jednom okamihu. Kilowatthodina je zásoba energie.

Rovnaké Ah, veľmi rozdielna energia (menovité hodnoty)
Čo to je	Napätie	Kapacita	Energia
Jeden článok	3,2 V	100 Ah	320 Wh
Jeden článok	3,2 V	314 Ah	približne 1 kWh (1 004,8 Wh)
„12 V“ akumulátor	12,8 V	100 Ah	1 280 Wh = 1,28 kWh
„12 V“ akumulátor	12,8 V	200 Ah	2 560 Wh = 2,56 kWh
„24 V“ akumulátor	25,6 V	100 Ah	2 560 Wh = 2,56 kWh
„48 V“ batéria	51,2 V	100 Ah	5 120 Wh = 5,12 kWh
Domáce úložisko Deye SE-F16	51,2 V	314 Ah	16 kWh podľa výrobcu

„100 Ah“ teda môže znamenať 320 Wh aj vyše 5 kWh. Pri hľadaní „lifepo4 280ah“, „314ah“ či „320ah“ preto vždy zistite, či ide o jeden článok s napätím 3,2 V, alebo o hotovú batériu s vyšším napätím.

Menovitá energia sa nerovná energii, ktorú naozaj využijete. Časť kapacity si výrobca necháva ako rezervu. Deye pri SE-F16 napríklad odporúča hĺbku vybitia (DoD) 90 %, teda využívať najviac 90 % kapacity v jednom cykle. Ďalšia energia sa stratí v meniči. Ako túto rezervu počítať pri návrhu, rozoberá návod k batérii k fotovoltike.

Tri rôzne veci pod jedným názvom

Vyhľadávanie „lifepo4 batérie“ vráti holé články za pár eur, 12 V akumulátory do karavanu aj skrine s domácim úložiskom. Majú rovnakú chémiu, ale na úplne iné použitie.

Porovnanie troch kategórií LiFePO4 výrobkov
	Samostatné články	12/24 V akumulátory	Domáce úložisko k FVE
Napätie	3,2 V na článok	12,8 V alebo 25,6 V, dajú sa zapájať do sérií	napr. 51,2 V moduly alebo vysokonapäťové batérie (Solinteg E2BA-B10K3 má 345,6 V)
Čo je vnútri	Iba článok, bez ochrany a puzdra	Články v puzdre s BMS, ktorý je vstavaný alebo externý podľa modelu	Moduly s BMS, ktorý komunikuje s meničom
Typické použitie	Výroba a odborná montáž batérií	Karavan, obytné auto, chata, loď, malý ostrovný systém, záložný zdroj	Rodinný dom s fotovoltikou pripojenou do siete
Kto ho zapája	Kvalifikovaný človek s návrhom celej batérie	Používateľ alebo elektrikár podľa manuálu	Inštalačná firma podľa manuálu výrobcu meniča aj batérie
Hlavné riziko	Chýbajúca ochrana, nevyvážené články, skrat	Nevhodná nabíjačka, nabíjanie v mraze, chýbajúca poistka	Nekompatibilita s meničom, nevhodné miesto montáže

Samostatné články

Hranaté (prizmatické) články s veľkými kapacitami, napríklad 280 alebo 314 Ah, sú stavebné kamene veľkých batérií. Valcové články s označením ako 18650 alebo 32700 sú rozmerové formáty. Číslo neudáva kapacitu ani kvalitu. Hľadané značky článkov, napríklad EVE, nehodnotíme. Na to by sme potrebovali nezávislé merania, ktoré nemáme.

Samotný článok nemá ochranu. Články treba pred zostavením vyvážiť, teda nabiť na rovnakú úroveň. BMS musí strážiť, aby sa žiadny článok nevybil pod bezpečnú hranicu, inak sa nevratne poškodí. Návod na skladanie batérie z článkov nedávame. Taký projekt patrí do rúk kvalifikovaného človeka, ktorý navrhne aj istenie, prepojenie a kontrolu. Hranice svojpomocnej práce pri fotovoltike opisuje návod Fotovoltika svojpomocne.

12 V a 24 V akumulátory pre karavan, chatu a loď

Tieto batérie najčastejšie hľadáte ako „lifepo4 12v 100ah“, „12v 200ah“ či „24v“. Navonok pripomínajú olovený akumulátor a často ho aj nahrádzajú. Do sérií a paralelných zapojení sa dajú spájať iba podľa pravidiel výrobcu. Victron pri svojom rade povoľuje v sérii najviac štyri 12,8 V alebo dve 25,6 V batérie. Na 48 V systém odporúča radšej dve 24 V batérie než štyri 12 V, lebo séria z menšieho počtu batérií sa rýchlejšie vyrovnáva.

Pri karavane a chate sa okrem batérie oplatí riešiť aj spotrebu, panely a regulátor. Pozrite si fotovoltiku na chatu. Celý systém bez siete opisuje ostrovná fotovoltika. Mobilné riešenia nájdete v návode prenosné solárne panely.

Hotové domáce úložisko k fotovoltike

Domáce úložisko nie je väčší akumulátor do karavanu. Je to systém z batériových modulov, BMS a komunikácie s hybridným alebo batériovým meničom. Funguje iba v kombinácii, ktorú výrobca výslovne podporuje. Huawei napríklad mapuje kompatibilitu podľa presného modelu meniča, úložiska, riadiacich prvkov aj firmvéru. Samotná značka nestačí. Spojiť 12 V batérie z e-shopu s meničom domácej fotovoltiky pripojenej do siete je iná úloha než karavan. Bez podpory oboch výrobcov a odbornej montáže to neodporúčame.

Výber kapacity, typu a ceny domáceho úložiska rozoberáme samostatne: batéria k fotovoltike, fotovoltika s batériou a hybridné systémy a cena batérie.

Čo robí BMS

BMS (battery management system) je elektronika, ktorá stráži každý článok. Sleduje jeho napätie a teplotu, vyrovnáva rozdiely medzi článkami a pri prekročení hraníc odpojí nabíjanie alebo spotrebiče.

Ako to vyzerá v praxi, ukazuje dokumentácia Victronu. BMS pri jeho batériách dá predbežný alarm, keď článok klesne pod 3,1 V. Pod 2,8 V odpojí spotrebiče. Nabíjanie zastaví, keď článok prekročí 3,75 V alebo keď je teplota príliš vysoká či nízka. Sú to hodnoty jedného radu výrobkov, nie všeobecné nastavenie.

Pri kúpe zistite:

Je BMS vstavaný, alebo externý? Mnohé 12 V batérie majú BMS vo vnútri, napríklad produktová karta Volt 12,8 V 100 Ah. Rad Victron Lithium Battery Smart má v batérii iba sledovanie a vyrovnávanie článkov a musí byť pripojený k externému BMS.
Ako BMS ovláda nabíjačku a spotrebiče? Buď ich odpojí sám, alebo im pošle signál. V druhom prípade musia nabíjačka a menič tento signál vedieť prijať.
Pri domácom úložisku: komunikuje BMS s vaším meničom podľa zoznamu kompatibility výrobcu?

BMS je poistka, nie náhrada správne nastavenej nabíjačky. Batéria, ktorú BMS často odpája, signalizuje chybu v návrhu alebo nastavení.

Teplota a nabíjanie v mraze

Pre chaty a karavany je to najdôležitejšia časť. LiFePO4 sa v mraze dá vybíjať, ale nabíjanie výrobcovia obmedzujú. Pri batériách Victron Lithium Smart platí:

vybíjanie od −20 °C do +50 °C,
nabíjanie od +5 °C do +50 °C,
skladovanie od −45 °C do +70 °C.

Victron výslovne uvádza, že nastavenie minimálnej teploty nabíjania pod 5 °C ruší záruku. Iné výrobky môžu mať iné hranice. Niektoré majú zabudovaný ohrev. Platí vždy údaj v manuáli konkrétnej batérie.

V zime klesá aj dostupná kapacita. Batéria Victron 12,8 V 100 Ah má pri 25 °C menovite 100 Ah, pri 0 °C 80 Ah a pri −20 °C už len 50 Ah. Huawei pri domácom úložisku upozorňuje, že teplota ovplyvňuje životnosť a ohrev batérie v chlade spotrebúva uloženú energiu.

Nevykurovaná chata alebo karavan v zime: solárny regulátor môže začať nabíjať hneď ráno, keď je batéria ešte premrznutá. Overte v manuáli, či BMS nabíjanie v chlade sám zablokuje. Ak nie, treba riešenie, ktoré výrobca na nízke teploty určil. Pri dlhšom odstavení dodržte pokyny na skladovanie. Victron uvádza, že plne nabitú batériu možno pri 25 °C skladovať najviac rok.

Ako čítať údaje o cykloch a životnosti

Cyklus je jedno nabitie a vybitie. Číslo „6 000 cyklov“ samo osebe nič nehovorí. Rozhoduje, za akých podmienok ho výrobca nameral:

Hĺbka vybitia (DoD): čím plytšie cykly, tým ich batéria vydrží viac.
Koniec životnosti: koľko percent pôvodnej kapacity musí batéria na konci ešte mať.
Teplota pri skúške.

Dva údaje o cykloch, ktoré nemožno porovnať priamo
Výrobok	Údaj výrobcu	Podmienka
Victron Lithium Smart (12,8/25,6 V)	2 500 cyklov pri 80 % DoD, 3 000 pri 70 %, 5 000 pri 50 %	kapacita na konci aspoň 80 % menovitej
Deye SE-F16 (domáce úložisko)	aspoň 6 000 cyklov a 25 MWh prepracovanej energie	pri 25 ± 2 °C, koniec životnosti pri 70 % kapacity

Vyššie číslo pri Deye neznamená automaticky dlhšiu životnosť, lebo koniec životnosti je definovaný pri 70 %, nie pri 80 % kapacity. Cykly sa tiež nedajú jednoducho vydeliť 365 a vyhlásiť to za roky. Laboratórna skúška nie je záruka. Záruka je samostatný dokument s vlastnými podmienkami: roky, prepracovaná energia a zostávajúca kapacita. Podrobne to rozoberá návod životnosť a záruka batérie.

Bezpečnosť

Stabilnejšia chémia neznamená, že s batériou netreba zaobchádzať opatrne. Hlavné riziká sú elektrické a mechanické:

Veľké prúdy pri skrate. Victron vyžaduje istiť každé pripojenie batérie. Poistka sa dáva na kladný pól každej paralelnej batérie, každej série aj hlavného vodiča. Jej hodnota sa riadi najslabším prvkom: káblom, batériou alebo systémom.
Montáž podľa manuálu. Batérie Victron patria do suchého vnútorného priestoru s voľným miestom 20 mm okolo, nesmú stáť pólmi nadol a nedvíhajú sa za póly ani káble. Domáce úložisko Huawei LUNA2000-S1 potrebuje nosnú nehorľavú stenu alebo podklad, priestor na vetranie a odstup od horľavín. Jeden modul váži 68 kg.
Prostredie. Produktová karta Volt pripúšťa použitie na lodi iba v hermetickom puzdre. Podmienky pre vlhko, vibrácie a priame slnko hľadajte v manuáli.
Poškodená batéria sa nerozoberá ani ďalej nenabíja. Riešte ju s predajcom alebo servisom.

Pri výbere sa pozrite, podľa akých noriem sú články a batéria skúšané. Victron napríklad uvádza pri článkoch normy UL1973 a IEC 62619. Certifikát článku však neznamená schválenie celej inštalácie. Kam úložisko v dome umiestniť, rozoberá návod umiestnenie a bezpečnosť batérie.

Náhrada olovenej batérie za LiFePO4

V karavane, na chate či na lodi je to najčastejší dôvod kúpy. Victron uvádza tieto rozdiely:

Olovená batéria sa predčasne ničí sulfatáciou, ak je dlho podbitá alebo ostane čiastočne či úplne vybitá, napríklad cez zimu v karavane. LiFePO4 úplné nabitie nepotrebuje.
Účinnosť celého cyklu, teda nabitia aj vybitia, je pri priemernej olovenej batérii 80 % a pri LFP 92 %.
Výrobca uvádza úsporu až 70 % miesta a hmotnosti.
LFP je pri kúpe drahšia. Výrobca tvrdí, že v náročnom použití sa to vráti dlhšou životnosťou a účinnosťou. Pri občasnom použití to treba zvážiť.

Samotná výmena batérie nestačí. Skontrolujte všetko, čo batériu nabíja alebo z nej odoberá:

Nabíjačku zo siete a solárny regulátor: musia mať profil, ktorý výrobca batérie povoľuje. Nastavenie pre olovo môže mať iné napätia a režimy. Ani označenie „lítium“ nezaručuje správne hodnoty pre vašu batériu.
Nabíjanie z alternátora vozidla: riaďte sa manuálom batérie aj výrobcu vozidla alebo nabíjacieho prvku.
Menič a ďalšie spotrebiče: napätie, pri ktorom vypínajú, by malo zodpovedať batérii.
Prepojenie s BMS: Victron pri samostatnom nabíjaní lítiových batérií vyžaduje nabíjačku riadenú BMS.
Kombinovanie batérií: nemiešajte rôzne batérie v jednej sérii. Victron vyžaduje v sérii rovnakú kapacitu aj typové číslo a rozdiel veku najviac 3 roky.

Nabíjanie v skratke

Univerzálne nastavenie pre všetky LiFePO4 batérie neexistuje. Výrobca v datasheete uvádza rozsah nabíjacieho napätia, odporúčanú hodnotu, prípadné udržiavacie napätie, maximálny a odporúčaný prúd a teploty nabíjania. Tieto hodnoty treba preniesť do nabíjačky alebo regulátora a overiť, či ich BMS dokáže ovládať. Ak manuál niektorý údaj neuvádza, pýtajte sa výrobcu alebo predajcu, nie fóra.

Profily nabíjačiek, vyrovnávanie článkov a stav nabitia rozoberá návod nabíjanie LiFePO4 batérií a kompatibilita.

Časté otázky

Koľko energie má LiFePO4 12 V 100 Ah?

Menovite 12,8 V × 100 Ah = 1 280 Wh, teda 1,28 kWh. Príklad: spotrebič s príkonom 50 W, ktorý beží 10 hodín, spotrebuje 500 Wh. Celú menovitú energiu však nevyužijete. Časť je rezerva, časť sa stratí v meniči a v zime je kapacita nižšia.

Môžem nabíjať LiFePO4 v mraze?

Väčšinou nie bez ochrany. Victron pri svojich batériách povoľuje nabíjanie od +5 °C. Pri iných batériách platí údaj v ich manuáli, prípadne funkcia ohrevu, ak ju výrobok má.

Môžem spojiť dve 12 V batérie na 24 V alebo štyri na 48 V?

Iba ak to výrobca dovoľuje, a podľa jeho pravidiel. Väčšinou to musia byť rovnaké batérie, plne nabité a podobne staré. Victron pre 48 V odporúča radšej dve 24 V batérie než štyri 12 V.

Dá sa 12 V LiFePO4 pripojiť k meniču domácej fotovoltiky?

Domáce hybridné meniče spolupracujú len s úložiskami zo zoznamu kompatibility svojho výrobcu a často pracujú s iným napätím. Pri fotovoltike pripojenej do siete rozhoduje dokumentácia meniča, nie označenie batérie.

Je lacnejšie poskladať si batériu z článkov?

Cena článkov na kWh nezahŕňa BMS, puzdro, istenie, prepojenie, prácu ani záruku na celok. Návod na skladanie nedávame. Bez kvalifikovaného návrhu a kontroly je to riziko požiaru aj straty peňazí.

Ako porovnať ceny LiFePO4 batérií?

Prepočítajte cenu na kWh menovitej energie pri rovnakom napätí. Pripočítajte všetko, čo k batérii potrebujete, napríklad externý BMS, nabíjačku či montáž. Ceny konkrétnych výrobkov neuvádzame, lebo nemáme overený a datovaný prehľad.

LiFePO4 batérie: chémia, články a hotové úložiská