Третья часть темы развития автономного питания дома. Как уже писал во второй части, для работы инвертора на 48В слепил батарею из всего, что было в доме. Попутно с NKON были заказаны LiFePO4-ячейки и вот они доехали.

Всего было заказано 4 коробки аккумуляторов EVE 280 A*h категории “А-“. На тот момент цена ощутимо отличалась от обычного “А”, поэтому решил попробовать – на разницу между категориями можно было взять еще одну коробку и почти 300$ на дороге не валяются. Одна коробка выходила около 230 евро, в итоге весь заказ – около 1000$. Не намного выше, чем собранная полтора года назад батарея на 5 КВт*ч, но тут емкость почти в 3 раза выше. Даже если окажется не 280 А*ч, а немного меньше, то не настолько принципиально на таком объеме за такие деньги, решил рискнуть.

Добиралось долго, около пары месяцев был только предзаказ, потом дорога, но в итоге все приехало. Упаковано отлично, повреждений нет, геометрия идеальная. В комплекте пакетики с шинами и гайками. Стоит отметить, что параллельно через меня заказывались еще комплекты тех же Eve 280, но “А”-категории. Там тоже все получилось хорошо, геометрия отличная, шины в комплекте гибкие. И как-то ко мне обратились для сборки батареи, там были купленные заранее ячейки тоже с Nkon’а и тоже Eve “А-“, но на 304 А*ч. И вот там с геометрией не повезло, были заметно вздутые.

По документации вес одной ячейки – 5,45 кг, т.е., для 16 штук – это чуть больше 87 кг. Под такое уже требовалась основательная и прочная корзинка, но при этом хотелось, чтобы все было плюс-минус компактно и хотя бы с возможностью перемещения с места на место в рамках помещения. Корзинку спроектировал; в итоге, так как комплектов было куплено на нескольких человек, отдали “на аутсорс” (просто знакомому) изготовить одну такую для не-моего комплекта. Тот сделал – не совсем по изначальному плану, но это были уже личные договоренности с владельцем тех батарей. Колеса разместили по узкой стороне (в итоге поднять конструкцию тяжело); поджим – в одной точке.

Однако делать еще он не захотел. Вариантов особо не было, буду делать сам. Попутно поразглядывал сделанный образец, отметил для себя некоторые моменты и занялся изготовлением.

В моем случае использовал стальной уголок 25х25х3, купленный когда-то для солнечных панелей – у меня до сих пор осталось пару 6-метровых кусков. Себе делал по своему изначальному плану, но с поправкой: изначально хотелось заводить батареи с узкого конца, а для упоров прижима ячеек использовать стальную полосу неподалеку от этого “окна” с приваренными туда гайками. В первом образце от этого момента отступили и просто сделали корзинку длиннее – можно было заводить батареи сбоку по всей длине, а вот углы сделаны из того же уголка, что и везде. Это было проще, так я сделал и у себя: чуть больший габарит, но зато гораздо легче в изготовлении и сборке, в изначальном варианте получился оверинжиниринг с моей стороны.

В целом, конструкция достаточно простая в изготовлении: 10 отрезков по 65 см, 10 по 18,5 см (5 мм не принципиально, у себя сделал так. Можно и 18). Длинные – это и “ноги” конструкции (4), и продольные линии: пол 1-го этажа, пол 2-го и “крыша” – с двух сторон. Соответственно, короткие – это по 3 поперечных перемычки с двух сторон (т.е., 6 всего) + 4 прижима ячеек. Прижимы сначала думал делать крестообразной формы, как-то вырезать и варить в плоскости, которая потом будет упираться в доску, но решил не искать себе лишней работы и сделал их отдельными элементами – лишь сделал небольшие пропилы по краям для удобства монтажа (см. фото ниже). Расстояние между ярусами корзинки – по 30 см, в итоге еще 5 см остается с одной стороны – это будут ноги конструкции. Чтобы торец уголка не давил на пол почти сотней килограмм – наварил туда тоже уголки – т.е., это еще 2 куска по ~20 см (они выходят чуть шире, чем остальные используемые) к расходам, но вполне можно использовать и полосу – в общем, все, что есть под руками. На этом моменте можно чуть-чуть скорректировать неровность конструкции, чтобы не шаталась, стоя на полу.

Самое главное при сварке – выдержать прямые углы во всех плоскостях. Сначала варим “боковушки” из длинных уголков, потом соединяем 2 получившихся боковушки перемычками. Поперечные перемычки с продольными сначала хотел сваривать в торец, сделав зарезы болгаркой под 45 градусов, но в итоге упростил себе задачу: делается небольшой срез у торца длинных уголков, а короткий просто заводится снизу и потом приваривается, служа как бы дополнительной опорой для длинного.

Внутренний стык двух уголков проваривать не обязательно – или сделать это максимально аккуратно. Все равно зачищать швы будет проблематично, а наплывы, выходящие за плоскость уголка, будут потом мешать.

И последней деталью в сварочных работах стали 2 дополнительных небольших уголка, на которых должны крепиться колеса (размер не особо принципиален, я вырезал сантиметров по 4-5). В своем варианте колеса делал вдоль одной из длинных сторон – так можно при наклоне конструкции перенести центр тяжести на них, при этом не нагружая особо руки (отдельную ручку я все же решил не делать). В качестве колес использовались колесики поддержки для детского велосипеда. В итоге для установки ставим всю конструкцию на ровный пол, дальше ставим сбоку колеса, чтобы они тоже касались пола и в районе оси располагаем середину уголка. А уже после сварки сверлим там отверстие под ось. В случае с колесами от велосипеда на оси был уступ между гладкой частью и резьбой – он-то и упирается в уголок.

А далее – разметка отверстий перед покраской. В качестве основы для полок, “потолка” и боковой панели использовал подаренные мне 2 полоски ламината – такие же, как на фото выше. Их как раз хватает для этой задачи: одна уходит на полки, а вторая – на верхнюю и боковую панели. Пазы у ламината для полок срезаются в тех местах, где он не влазит в посадочное место; панели сделал немного уже, чтобы ступенька не бросалась в глаза. Правда, не сообразил сразу: стоило сделать перекрытие панелей на стыке верхней и боковой. Я же делал их отдельными элементами исключительно в границах каждой из сторон – в итоге на стыке виден уголок конструкции.

Так или иначе, после нарезки панелей они прижимаются струбциной к своим посадочным местам и через заранее просверленные в уголках отверстия вдоль каждой из сторон делается разметка и в ламинате (я просто сверлил ламинат напрямую через уголок). В полке второго этажа сделал несколько отверстий с того конца, где будет делаться поджим ячеек – через них будет пропущен провод между этажами.

Ну и напоследок – отверстия для винтов поджима. Размер ячеек по высоте 20 см, с учетом установки на лист ламината отступил поначалу по 3-4 см сверху и снизу. Однако на нижнем этаже работе с винтом будет мешать колесо, поэтому перенес его еще на 3 см выше. В свою очередь, пластину прижима на верхнем этаже (а на нижнем уже делал просто по образцу) пришлось располагать на расстоянии от ламината, иначе начинала перекрывать отверстия для проводов. В итоге пришлось сместить нижние отверстия и на втором этаже (пересверливал уже в собранной конструкции); в результате расстояние между прижимами вышло около 11 см.

После окончания всех сверлильно-сварочных работ – покраска! Обычным баллончиком черной краски:

Да! Дополнительно сделал еще отверстия для планки поддержки батарей во время перевозки с места на место – чтобы они не выпали со своих мест. На всякий случай сделал с двух сторон, но по факту использую только с той, где колеса. Сначала думал использовать что-то вроде дерева, но на той толщине, что получалась, дерево не было бы прочным. В итоге в ход пошла полоса металла, купленная в свое время – 2 отрезка примерно по 65 см.

После покраски занялся панелями. На боковой – “лицевой” – разместил купленные к тому времени на Али клеммы – они как раз вписались в промежутки между верхом аккумуляторов и следующим этажом или “потолком”. Немного ниже верхней клеммы решил разместить кнопку включения BMS от JK. Возможно, делай сейчас все с нуля – разместил бы иначе. На тот момент размещать кнопку сверху вроде смысла не было, а сбоку – получилось бы некрасиво. Сделал ниже, но пришлось делать вырез в пластине прижима для проводов, которые идут от кнопки. Но самое главное – позже я решил добавить экран. И вот с двумя элементами уже гораздо проще было бы все делать по бокам от клеммы, а не сверху и снизу. Но – уж как сделал – так сделал. Под нижней клеммой разместил купленный задолго до того DC-автомат на 250А от TOMZN. Да, на тот момент был куплен черно-синий, полярный, но уж что было. Собственно, это единственное место, где его можно было адекватно разместить и при этом иметь поблизости вводы для проводов для подключения к остальной части схемы.

На верхней панели разместил деревянные проставки для установки там BMS. На самой BMS есть отверстия, которые можно было использовать, но для удобства монтажа пришлось сделать туда лепестки из жести (использовал банку от собачьих консервов). Позже там же разместился и самодельный контроллер для подключения к умному дому и для работы дисплея:

После размещения всех элементов на боковой панели закрепил ее на корзинке. Для этого активно использовал заклепочник с заклепками 4x12mm. Дальше были изготовлены проставки между передней панелью и ячейками. Использовал тонкое дерево, которое было под рукой, а в качестве “лицевой” стороны к ячейке – ДВП от старой мебели. Скрепил все степлером, а чтобы скобы случайно не повредили изоляцию ячейки – дополнительно проложил вспененный полиэтилен. Как уже говорил, в верхней проставке сделал дополнительно пропил под провода кнопки:

Тем же заклепочником закрепил полосы боковой поддержки батарей, дальше наклеил там объемный скотч и сверху – толстый вспененный полиэтилен. Все готово, теперь можно заниматься сборкой батареи. На верхнем этаже ячейки укладываются исходя из расположения “батарейного” провода BMS – они достаточно короткие, поэтому возможен только один вариант размещения. Между ячейками разместил нарезанные прокладки 20×17 см из чего-то вроде мебельного шпона.

Когда все ячейки были уложены – разместил еще одну прокладку из ДВП (чтобы избежать впрессовывания возможных неровностей доски в ячейку), а снаружи – кусок доски 17х17х3 см. В уголок корзинки закручиваются болты (я использовал M6 длиной где-то 35 мм), изнутри – гайки. Вообще планировалось, что винт будет распираться между уголком прижима с одной стороны и гайкой в уголок корзинки с другой и потенциально даже не будет закручиваться до конца. На деле получилось так, что при той длине винтов, что были в хозяйстве, при полностью закрученном винте как раз обеспечился хороший прижим.

Для того, чтобы ячейки не двигались в нижней части – в оставшуюся щель проложил полоски из дерева (что-то типа дранки) – фактически, там можно использовать любой жесткий материал: гетинакс, полоску ламината, дерево и т.п. Теперь при наклоне корзинки набок для перевозки батареи упираются в 2 точки – металлическую полосу сверху и деревянную проставку снизу.

Когда все установлено – начинается сборка электрической части: сначала распаиваем наконечники для контрольно-балансировочных хвостов у BMS, попутно готовим силовые перемычки.

С хвостами получилось 2 некрасивых момента:

• Провода верхнего этажа отрезал все по максимальной нужной длине – а надо было по расстоянию до конкретных точек подключения. В итоге излишки части проводов пришлось размещать на жгуте.
• Провода на нижний этаж пришлось наращивать, в итоге получились достаточно длинные линии. Фактически, единственный вариант избежать этого было создание какого-то дополнительного канала (но при этом без потери прочности!) в пластине-проставке между передней панелью и ячейками, что, скажем так, не сильно удобно делать.
  С другой стороны, длина линий мало на что влияет. Фактически, линии используются только для контроля баланса и самой балансировки. Контроль – просто измерение напряжения, лишние полметра погоды не сделают. Сама же балансировка – в таких масштабах присутствует чисто номинально и это весьма длительный процесс. Емкость каждой ячейки около 900 Вт*ч, емкость батареи в целом – 14,3 КВт*ч. И при этом балансировочный ток у JK (в максимальном варианте) – всего 2А, что дает 3,2*2 = 6,4 Вт балансировочную мощность. При более-менее серьезном разбалансе ячеек счет времени идет на десятки часов лишь для одной ячейки – а JK вливает за раз энергию только в одну ячейку! Даже если взять какой-то более продвинутый балансир от Daly на 5А, который балансирует все сразу – ок, это аж целых 16 Вт балансировки. На 14 КВт*ч батарее. Да, что-то когда-то отбалансируется, но весьма не быстро. А раз так – о лишнем куске провода для дальних ячеек можно не беспокоиться: реалтайма все равно нет, а “когда-то” оно и через длинный провод отбалансирует

В целом, по данным BMS сопротивление проводов получилось 0.055 мОм для верхнего этажа и до 0.08 для нижнего. Терпимо.

Силовые перемычки сначала планировал делать максимально толстыми, между этажами вообще брать 2 по 25 мм^2, но после осознания того, что у BMS провода все равно тонкие, да и пару сотен ампер от батареи все равно никто тянуть не будет – остановился на одиночном 25 мм^2 везде.

Наконечники, взятые с Али, помимо обжимки еще и пропаивал. Изгибы проводов делать лучше до пропайки, потом становятся дубовые и ничего исправить уже нельзя. В ход активно идут наконечники как 25х6, так и 25х8. В наборе их немного, в итоге пришлось заказывать второй набор.

Всего перемычек 4: между этажами, от плюса батареи на автомат, от автомата на выходную клемму и между половинками автомата. Последняя нужна потому, что черный TOMZN – полярный: у автомата есть плюс и минус. Но батарея – это и потребитель энергии при заряде, и источник при ее разряде, в итоге направление тока в автомате может не соответствовать тому, под которое он рассчитан. Чтобы этого избежать – включаем половинки встречно: плюс одной к плюсу другой (или минус к минусу – не принципиально), а оставшиеся 2 конца – уже в разрыв нашей цепи. В итоге или одна, или другая половинка работает “как надо”, да и скорость разрыва цепи увеличивается.

Как уже писал выше, под конец мне пришла в голову идея дополнить контроллер для интеграции батареи в Home Assistant еще и дисплеем, чтобы батарея была более-менее самодостаточная. В итоге окошко под индикатор (взял имевшийся OLED с разрешением 128х32 – больший бы было б сложно разместить) пилил уже на собранной конструкции: сначала сверлами по периметру, потом высверливал лишнее в центре, потом лобзик и финальная доводка – напильником. Не обошлось без косяка – сколол покрытие ламината в одном месте. Надо будет подкрасить краской в тон.

Так как ламинат достаточно толстый, а индикатор по размерам меньше той платы, к которой он подключен гибким шлейфом – сам индикатор отклеил от платы и окно пилил под его размер, а сама плата находится с внутренней стороны батареи. Шлейфа хватает впритык и с приклеиванием индикатора на силикон пришлось повозиться.

Прошивку для контроллера использовал аналогичную той, что уже была сделана для “франкенштейна” ранее с поправкой на использование дисплея сейчас. Из всех возможных параметров решил использовать только 4 (изначально планировал 6, но места маловато): мощность (заряд/разряд) и уровень заряда как основные, а также температуру и состояние балансировки как дополнительные.

После всех монтажных работ и подключения клемм BMS на свои точки (да, провода очень короткие и приходится повозиться с закручиванием гаек) – можно ставить верхнюю панель на свое место и крепить ее заклепочником. Фактически, батарея на этом закончена:

Общий вес конструкции вышел 109 кг. Вес корзинки на момент покраски – 8,3 кг.

После сборки “франкенштейн” был убран и эта батарея была подключена к инвертору. Честно говоря, поведение меня поначалу озадачило. Начал работать балансировщик, но, несмотря на все его усилия, напряжение на тех ячейках, где оно было просажено, продолжало падать, а напряжение на  ячейках с повышенным – расти еще больше. На тот момент подумал, что из-за пересортицы в “А-” с nkon’a попались коробки с сильно разными ячейками, надо будет как-то кооперироваться с остальными заказчиками и подбирать более-менее одинаковые комплекты. Так как напряжение на тех ячейках, где оно было завышено, вырастало до некрасивых значений (в BMS был выставлен порог 3,6 В) – снизил на ночь все до более безопасных значений (около 3,5). Разница чуть снизилась (BMS не включалась, пока напряжение на ячейках не снизилось до порога, что приблизило их к “полке” в ВАХ ячеек), но оставалась на уровне 0.1+ В. Но за ночь все выровнялось и наутро я увидел батарею с идеально одинаковым напряжением на ячейках.

Честно говоря, я до сих пор так и не протестировал ни емкость отдельных ячеек, ни батареи в целом. При емкости ячейки в 900 Вт*ч гонять все через DL24 и лабораторные БП весьма долго. Хотя за то время, что прошло от момента получения до окончательной сборки комплект можно было и протестировать. Но поначалу были планы тестировать все 3 комплекта сразу – все вместе зарядить, потом соединить последовательно и разрядить через специально сделанный DC-измеритель на базе PZEM-017. Хотел слить основной объем энергии куда-нибудь на чайник, периодически следя вручную за разбалансом, а остаток уже отгонять на DL24. Но поначалу у меня было только 2 комплекта, только успел зарядить – не мой забрали. Потом было не до того; немного позже уже решил дождаться свою BMS’ку, чтобы не заниматься акробатикой с ручным отслеживанием – в итоге решил, что уже будь что будет и буду собирать как есть. Батарея подключена, отбалансировалась – на сейчас даже отключений пока не было и она так и стоит наготове с учтенной емкостью в BMS на уровне лишь 1 А*ч.

В целом, получилось вполне неплохо. Внушительный “powerbank для дома” примерно за 1200$ на 14,3 КВт*ч, чего вполне достаточно для того, чтобы несколько дней себе ни в чем не отказывать при обычном расходе или жить до недели в эконом-режиме даже при отсутствии солнечной выработки. Если же она есть в достаточных количествах, то вполне можно постоянно жить автономно, не пользуясь внешней сетью.

Конструкция получилась прочной – вполне выдерживала вместе с батареями и меня сверху. Из недочетов в результате разве что:

• Стык боковой и верхней панели ламината – можно было сделать нахлест.
• Длинные хвосты BMS для нижнего этажа
• Случайно слишком углубился сверлом в ламинат верхней панели, когда зенковал отверстие под винты проставок для BMS. Не просверлил насквозь, но надо будет чем-то заделать.
• Изготовление окна индикатора “вдогонку” на собранной батарее, из-за чего, в том числе, вышло не сильно аккуратно. При планировании заранее можно было бы использовать в том числе индикаторы большего разрешения (т.е., выводить больше информации) или ЖКИ (не будет вопроса износа).

Как вариант – можно добавить декоративную панель с одной из сторон: когда в готовой конструкции пересверливал отверстия для винтов прижима ячеек, то использовал неодимовые магниты для сборки стружки. Еще тогда подумалось, что можно было бы сделать рамку с магнитами и цеплять ее для прикрытия внутренностей. Но пока стоит как есть.

Update: в Mastodon’е упомянули/спросили общую стоимость. Ну ок, считаем:

• 4*230 = 920 евро комплект аккумуляторов “A-” на 14,3 КВт*ч. 951$ по курсу сейчас. Последний заказ (2 недели назад) эти же ячейки были по 224,37€ коробка – т.е., менее 900 евро в сумме или 929$
• JK BMS, 2A балансировка, 8-20S, 200А: на распродаже по $75.62, цена на сейчас $94.87
• Силовые клеммы: куплено за 5.65$ за пару, одиночный комплект сейчас $8.03
• Автомат на 250А от TOMZN: брал за $31.88, сейчас $38.44. На деле достаточно взять однополюсный белый (неполярный) за $21.92. Двухполюсный стоит $37.20 – т.е., даже дешевле полярного.
• Наконечники – силовые и для хвоста BMS: бралось коробками, где идут десятками/сотнями разных размеров, использовалась только малая часть. Ок, пусть будет по 5$ за коробку. 10$ всего.
• Контроллер-самоделка. Пара баксов за ESP32 C3, бакс за БП, бакс за OLED-дисплей. Ок, пусть 5$ в сумме.
• Силовые провода – 150 грн / метр за 25 мм^2, ушло ровно полтора метра – т.е., где-то 5,5$.
• Стальной уголок. Всего примерно 9 метров. Бралось давно, но ок, первые ссылки в гугле – 45-65 грн за метр. Пусть 55 – т.е. 11,7$. Для круглого счета – 12$.
• Колесики, крепеж, заклепки, доски – то, что нашлось дома, стоит копейки.
• Ламинат подарен, как считать – не знаю. В “Эпицентрах” всяких приводят цену за 1 м^2 (если это такой), цена за ту пару полосок должна выходить около 5$.

Вышло примерно 1102$ по моим ценам или 1092$ если купить батареи сейчас, но остальные товары без акций и с белым однополюсным автоматом.