鋰電池在UPS電源中的應(yīng)用

鋰電池已經(jīng)在各種應(yīng)用中商業(yè)化了20多年。那么，為什么它們沒有**用于數(shù)據(jù)中心UPS的電池呢？事實上，原因是，與所有其他應(yīng)用一樣，鋰電池?zé)o法在價格、能量密度、功率、安全性和可靠性方面為UPS供應(yīng)商提供合理的平衡。但近10年來，鋰離子化學(xué)成分和技術(shù)的提升為UPS供應(yīng)商提供了可行的解決方案。這些改善很大程度上得益于電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動。

2021-09-21 05:20:31

科華UPS不間斷電源近年來在鋰電池的應(yīng)該用已經(jīng)有個長足的進(jìn)步，直到*近兩年鋰電池才有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，逐步被市場做接受，那么為什么鋰電池的發(fā)展如此緩慢呢？**我們就來簡單刨析一下鋰電池的應(yīng)用始末。

鋰電池已經(jīng)在各種應(yīng)用中商業(yè)化了多年。那么，為什么它們沒有**用于數(shù)據(jù)中心UPS的電池呢？事實上，原因是，與所有其他應(yīng)用一樣，鋰電池?zé)o法在價格、能量密度、功率、安全性和可靠性方面為UPS供應(yīng)商提供合理的平衡。但近10年來，鋰離子化學(xué)成分和技術(shù)的提升為UPS供應(yīng)商提供了可行的解決方案。這些改善很大程度上得益于電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動。

VRLA電池與磷酸鐵鋰電池的比較。
磷酸鐵鋰電池價格優(yōu)勢將逐漸凸顯，儲能將是未來磷酸鐵鋰重要的潛在市場。
據(jù)悉，與三元路線相比，磷酸鐵鋰在使用壽命、安全性、快速充放電等方面優(yōu)勢明顯，更適合儲能市場。在UPS不間斷電源系統(tǒng)中，備用電池是整個供電系統(tǒng)供電保護的**一道防線，也是供電維護的重點和難點。在系統(tǒng)中斷事故中，電池引起的故障占很大比例，因此人們對備用電池技術(shù)的變化會更加謹(jǐn)慎。
1.質(zhì)量能量比低，體積能量比低，電池重量大，占地面積大。
2.充放電效率較低，約為92%。使用一段時間后，充電和放電效率會降低。
VRLA電池壽命短，設(shè)計壽命5-8年，實際使用多為3-5年。
4.工作環(huán)境要求高溫。當(dāng)溫度超過25時，環(huán)境溫度升高7 ~ 10，電池壽命將損失一半。
鉛**用于蓄電池，在開采、加工和使用過程中容易對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。
不間斷電源蓄電池
鉛酸電池
為了解決上述問題，磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)大功率UPS和一些**品牌中的應(yīng)用日益增多。不間斷電源市場的一個新趨勢是人們對數(shù)據(jù)中心和不間斷電源應(yīng)用中的鋰離子電池越來越感興趣。與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，鋰離子電池的使用壽命更長，體積和重量更小，能夠在更寬的環(huán)境下工作，并且可以在大電流下快速充放電，具有優(yōu)越的耐高溫性能，在 10 ~ ﹢ 65仍能正常工作；總擁有成本(TCO)更好。
磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品的特點
磷酸鐵鋰電池的主要技術(shù)要點是：標(biāo)稱電壓為3.2V，一般充電電流為0.2~0.5C，**充電電流為1~1.5C，充電電壓低于3.65V時性能穩(wěn)定；一般放電電流為0.5~1C，**放電電流為5~10C，放電終止電壓為2.0V充電溫度范圍為0~55，放電溫度范圍為-20~60。磷酸鐵鋰電池具有以下優(yōu)點：
1.輸出電壓高：磷酸鐵鋰電池的工作電壓范圍為2.5~3.6V，平臺約為3.2V
2.安全性強：磷酸鐵鋰正極材料電化學(xué)性能好，充放電平臺穩(wěn)定，充放電時結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可過放電至零伏即使電池內(nèi)部或外部受損，電池也不會燃燒或**，安全性更好。
3.高溫性能好：外部溫度為65時，內(nèi)部溫度高達(dá)95，電池放電時，溫度可達(dá)160，因此電池結(jié)構(gòu)安全完好；
4高效輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2 ~ 5c，連續(xù)大電流放電可達(dá)10C，瞬時脈沖放電(10S)可達(dá)20C
5 高循環(huán)壽命：500次循環(huán)后，其放電容量仍大于95%；
6.使用方便：快速充電；
7環(huán)保：整個生產(chǎn)過程清潔無毒。所有原料均無毒。
8非稀有資源：磷酸鐵鋰電池以磷酸源、鋰源、鐵源為原料，無戰(zhàn)略資源和稀有資源。
在成熟的儲能應(yīng)用中，磷酸鐵鋰電池分布式儲能電源已**應(yīng)用于通信基站、用戶側(cè)調(diào)峰填谷、離網(wǎng)電站、微電網(wǎng)、軌道交通、UPS甚至家庭儲能等多個場景。預(yù)計到2020年，中國儲能市場累計裝機容量將超過50GW，預(yù)計將帶來磷酸鐵鋰電池需求的大幅增長
5G面臨著相當(dāng)“不利”的發(fā)展因素，——5G基站的功耗可能比4G基站高出數(shù)倍，同時對供電系統(tǒng)的擴容提出了很大的需求。目前4G小基站主要采用鋰電池，而大型儲能基站仍以鉛酸電池為主。由于5G設(shè)備的功率大于4G，相應(yīng)的也就意味著運營商幾乎所有機房都必須對供電系統(tǒng)進(jìn)行改造，以保證供電，包括開關(guān)電源、蓄電池、電源線。
鉛酸電池由于污染和性能逐漸不能滿足通信基站的要求，逐漸被淘汰。然而，在選擇替代能源時，出現(xiàn)了一些新的問題。例如，儲能磷酸鐵鋰電池正在大面積使用。運營商在激烈的競爭和技術(shù)發(fā)展中不斷追求低成本。購買低成本鋰電池是降低成本*直接有效的方法。升級到5G后，基站系統(tǒng)中磷酸鐵鋰電池的性能會極大影響網(wǎng)絡(luò)信號的穩(wěn)定性，關(guān)系到用戶的使用和體驗。運營商對電池的一致性和穩(wěn)定性也有更高的要求。根據(jù)磷酸鐵鋰電池的特點，在設(shè)置ups電源系統(tǒng)時，只需將UPS的充電電壓調(diào)整到鋰電池所需的電壓即可。因為即使鋰電池長時間處于充電狀態(tài)，由于其IBMS均衡保護功能，電池性能也不容易發(fā)生變化。示例-數(shù)據(jù)中心的不間斷電源電池容量配置：
電池室內(nèi)啟動空調(diào)的環(huán)境溫度設(shè)定為25，UPS系統(tǒng)容量為200kVA(396V/425A)，電池放電時間為0.5小時。根據(jù)計算，需要配置一套396v/500 ah 鉛酸電池或一套396V/200Ah鐵鋰電池?？紤]到機房相同的承重條件，后者占前者的28%，后者占前者的16%。利用磷酸鐵鋰電池的大電流放電特性，降低機房面積和承重要求，更容易實現(xiàn)分散供電。
鋰電采用三層電池管理系統(tǒng)，從電池芯到電池柜和電池柜的并聯(lián)系統(tǒng)，保證了鋰電一層一層的可靠性。華為管理系統(tǒng)具有電池單體電壓和溫度檢測、單體均流管理、充放電檢測、SOC和SOH管理、報警管理、報表分析等功能。實現(xiàn)電池故障的及時識別、預(yù)警和主動隔離。
其次，鋰電擁有業(yè)內(nèi)****的主動均流技術(shù)，支持新舊電池柜混用。鋰電柜的平行循環(huán)可控制在2%以下，**降低成本。
在硬件設(shè)計方面，鋰電柜配備了斷路器，電池管理模塊配備了保險絲和繼電器，以確?？焖賱幼鳎⒃诔霈F(xiàn)故障時保護電池。
在運維管理方面，鋰電管理系統(tǒng)可以集成到UPS管理系統(tǒng)中，電池管理和UPS管理系統(tǒng)是一個完整的系統(tǒng)。鋰電管理系統(tǒng)可將電池信息上傳至UPS系統(tǒng)，并配合華為UPS及網(wǎng)管系統(tǒng)實現(xiàn)智能電池管理，降低檢測頻率，確保鋰電運行狀態(tài)隨時可查、可管、可控。
結(jié)束語
鋰離子電池采用率低的原因是初始成本高，對其安全性缺乏信心。但我們相信，隨著鋰離子電池技術(shù)的成熟和制造能力的增長，更多的供應(yīng)商將開始進(jìn)入鋰電磷酸鐵池UPS的應(yīng)用領(lǐng)域，終端用戶對數(shù)據(jù)中心全生命周期實踐的認(rèn)知將為鋰離子電池的部署制定越來越多的計劃和預(yù)算。數(shù)據(jù)中心的儲能轉(zhuǎn)型已經(jīng)在進(jìn)行中。

雖然基站電源領(lǐng)域是鉛蓄電池的傳統(tǒng)需求側(cè)，但由于國家政策的定向轉(zhuǎn)型，該領(lǐng)域的增速將向鋰電梯級利用轉(zhuǎn)變.

科華UPS不間斷電源的全系列鋰電池產(chǎn)品已經(jīng)上線，擁有眾多**技術(shù)，安全可靠：**覆蓋的變量監(jiān)控與智能評估，針對鋰電BMS 和UPS 保護特性打造三級保護控制策略，為系統(tǒng)提供可靠保障。
減少運維：充放電循環(huán)次數(shù)高達(dá) 5000 次，使用壽命高達(dá) 10 年，系統(tǒng)全生命周期無需更換電池，減少維護時間，降低設(shè)備維護成本。
降低投入：能量密度高，占地面積小，重量輕，相同功率密度下，重量及體積約為鉛酸電池的 1/3，占地面積與承重可節(jié)省 2/3，有效降低設(shè)備空間成本投入。
節(jié)能環(huán)保：備電系統(tǒng)采用非浮充設(shè)計，節(jié)約電能，鋰電池采用清潔無污染材料，綠色環(huán)保。

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