Статья · выбор батареи

Вес литиевой батареи против свинцовой

Сравнивать батареи по ампер-часам бессмысленно: свинцовая отдаёт половину ёмкости, литиевая — почти всю. При равной полезной энергии разница в весе выходит в пять раз.

Откуда берётся вес батареи

Вес любой батареи определяется тем, сколько энергии она может отдать и какой удельной энергией обладает её химия. Удельная энергия — это количество энергии, которое помещается в один килограмм готовой сборки (корпус + плата защиты). Формула расчёта проста:

Вес (кг) = Энергия (Вт·ч) ÷ Удельная энергия (Вт·ч/кг)

Для готовых сборок у нас есть три значения из фактуры:

• LiFePO4 — 115 Вт·ч/кг
• Li-ion — 165 Вт·ч/кг
• AGM (свинцово-кислотная) — 40 Вт·ч/кг

Эти цифры уже включают массу корпуса, соединителей и платы защиты (BMS). У голой ячейки удельная энергия будет выше, потому что в неё не входит «вес упаковки». Поэтому при планировании собственного пакета важно использовать именно указанные значения, иначе получим завышенные ожидания по массе.

Пример расчёта для типичной полезной энергии 12 В × 100 А·ч = 1280 Вт·ч:

Для LiFePO4 получаем около 11,1 кг, а для AGM — 57,6 кг. Разница объясняется тем, что у свинцово-кислотных батарей удельная энергия почти в три раза ниже.

Если требуется больше энергии, вес растёт пропорционально. В фактуре указаны ещё два примера:

Здесь также используется простая пропорция: удвоив энергию, удвоили и вес.

Глубина разряда (глубина использования энергии) меняет реальную доступную часть энергии. Для LiFePO4 глубина разряда = 0,9, то есть можно взять 90 % от полной ёмкости, а для AGM = 0,5, то есть только половину. При расчёте «полезного» веса следует учитывать этот коэффициент, умножая требуемую энергию на 1 ÷ глубина разряда, а затем делить на удельную энергию.

Итого, вес батареи — это прямая функция требуемой энергии и удельной энергии выбранной химии, а указанные в фактуре цифры уже учитывают массу упаковки и защиты, что делает расчёт более реалистичным для готовых сборок.

Почему сравнивать надо по полезной энергии, а не по ампер-часам

Ампер-час (А·ч) показывает лишь количество заряда, которое может отдать батарея при заданном напряжении. Полезная энергия — это то, что действительно можно использовать, и она рассчитывается так:

• Энергия (Вт·ч) = напряжение (В) × ёмкость (А·ч) × глубина разряда (DOD)

Глубина разряда (DOD) у разных технологий различается. По фактуре:

• LiFePO4 — DOD = 0,9 (90 % от полной ёмкости)
• AGM (свинцово-кислотная) — DOD = 0,5 (50 % от полной ёмкости)

Возьмём типичный набор — 12 В, 100 А·ч. Полная энергия без учёта DOD равна 12 В × 100 А·ч = 1200 Вт·ч (в фактуре указано 1280 Вт·ч, что соответствует номинальному напряжению 12,8 В). Полезная энергия будет:

• LiFePO4: 1200 Вт·ч × 0,9 ≈ 1080 Вт·ч
• AGM: 1200 Вт·ч × 0,5 = 600 Вт·ч

То есть при одинаковых 100 А·ч литиевая батарея отдаёт почти вдвое больше энергии (коэффициент ≈ 1,8). Сравнение «100 А·ч против 100 А·ч» вводит в заблуждение, потому что не учитывает, сколько из этой ёмкости реально доступно.

Чтобы сравнить вес, берём полезную энергию и делим её на удельную энергию (Вт·ч/кг), указанную в фактуре:

• LiFePO4 — 115 Вт·ч/кг
• AGM — 40 Вт·ч/кг

Для той же полезной энергии 1280 Вт·ч (12 В × 100 А·ч × DOD≈1,28 кВт·ч) получаем:

Если же сравнивать по одинаковой ёмкости 100 А·ч, то полезная энергия у AGM будет лишь 600 Вт·ч, а вес при той же удельной энергии составит 600 Вт·ч ÷ 40 Вт·ч/кг ≈ 15 кг. Чтобы достичь той же 1080 Вт·ч, что даёт LiFePO4, AGM потребует почти вдвое больше ячеек, что увеличивает вес до ≈ 27 кг.

Таким образом, сравнивая батареи по ампер-часам, мы игнорируем их DOD и удельную энергию. Только сравнение по полезной энергии (Вт·ч) показывает реальную эффективность и позволяет корректно оценить вес и габариты системы.

Таблица: литий против свинца при одинаковой полезной энергии

Чтобы сравнить вес аккумулятора из LiFePO4 и свинцово-кислотного AGM, сначала определяем полезную энергию батареи. Полезная энергия считается как произведение номинального напряжения, ёмкости в ампер-часах и коэффициента глубины разряда (DOD):

• Для LiFePO4 DOD = 0,9 (можно использовать 90 % от полной ёмкости).
• Для AGM DOD = 0,5 (половина полной ёмкости).

Формула словами: «Полезная энергия = напряжение × ёмкость × коэффициент разряда». Затем вес находится делением полезной энергии на удельную энергию материала (Вт·ч / кг):

• LiFePO4 — 115 Вт·ч/кг.
• AGM — 40 Вт·ч/кг.

То есть Вес = Полезная энергия / Удельная энергия. Подставляем числа из фактуры, получаем те же результаты, что указаны в расчётах готовой сборки.

Полученные веса являются приближенными: они зависят от точного значения удельной энергии конкретных ячеек, от реального DOD, который может изменяться в зависимости от режима эксплуатации, и от дополнительных компонентов (корпус, система защиты), которые входят в готовую сборку.

Важное отличие — ресурс циклов. По данным фактуры LiFePO4 выдерживает 3000—6000 полных заряд-разрядных циклов, тогда как AGM ограничен 300—500 циклами. Это значит, что при одинаковой полезной энергии литиевая сборка будет сохранять ёмкость в течение гораздо большего срока эксплуатации.