鋰電池在各種不同應(yīng)用中的商用化進程已有20余載。那么，它們何以未被普及用于數(shù)據(jù)中心UPS中的電池呢?事實上，其原因在于，與所有其他的應(yīng)用一樣，鋰電池在UPS應(yīng)用中無法為UPS供應(yīng)商提供價格、能量密度、功率、安全性和可靠性方面的合理平衡。但在過去10年里，鋰離子化學(xué)成分和技術(shù)的改進已為UPS供應(yīng)商提供了可行的方案。這些改進很大程度上是源于于電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動。

閥控式鉛酸蓄電池和磷酸鐵鋰電池相比較

磷酸鐵鋰電池價格優(yōu)勢將逐步凸顯，未來儲能將是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、快速充放等方面具備明顯優(yōu)勢，更適用于儲能市場。在UPS不間斷供電系統(tǒng)中,后備蓄電池組是整個供電系統(tǒng)的最后一道供電保障防線，又是電源維護工作的重點與難點，在系統(tǒng)中斷的事故中，由電池組引發(fā)的故障所占比重較大，因此，人們對后備電池技術(shù)的變革會更加謹(jǐn)慎。

1 質(zhì)能比低、體積能量比低，電池重量大，占地面積大。

2 充放電效率低，充放電效率約為92%左右，使用一段時間后充放電效率還會下降。

3 閥控式鉛酸蓄電池壽命短，設(shè)計壽命5-8年，實際使用大多為3～5年。

4 運行環(huán)境溫度要求高，在溫度超過25度時，環(huán)境溫度每提高7～10℃時電池壽命折損一半。

5 蓄電池大量采用鉛，其開采、加工和使用過程中均容易對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

鉛酸電池

為了解決以上問題，通信行業(yè)和一些知名品牌的大功率UPS配置磷酸鐵鋰電池應(yīng)用在不斷增加，UPS市場一個新趨勢是對數(shù)據(jù)中心和UPS應(yīng)用中鋰離子電池的興趣日益增長。與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，鋰離子電池具有更長的使用壽命、更小的尺寸和重量、在更廣泛的環(huán)境中運行的能力，以及可大電流快速充放電，耐高溫性能優(yōu)越，在﹣10℃～﹢65℃情況下仍然能夠正常工作;總體擁有成本(TCO)更優(yōu)。

磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品特點

磷酸鐵鋰電池主要技術(shù)要點如下：標(biāo)稱電壓3.2V，一般充電電流為0.2~0.5C，最大充電電流為1~1.5C，充電電壓在3.65V以下時性能穩(wěn)定;一般放電電流為0.5~1C，最大放電電流為5~10C，放電終止電壓為2.0V;充電工作溫度范圍為0~55℃，放電工作溫度范圍為-20~60℃。

磷酸鐵鋰電池具有如下優(yōu)點：

1 輸出電壓高：磷酸鐵鋰電池工作電壓范圍：2.5～3.6V，平臺約3.2V;

2 安全性強：磷酸鐵鋰正極材料具有良好的電化學(xué)性能，充放電平臺十分平穩(wěn)，充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以過放電到零伏。即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性較好;

3 高溫性能好：外部溫度65℃時內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時溫度可達(dá)160℃，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好;

4 高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電(10S)可達(dá)20C;

5 高循環(huán)壽命：經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%;

6 使用方便：可快速充電;

7 環(huán)保：整個生產(chǎn)過程清潔無毒。所有原料都無毒。

8 非稀有資源：磷酸鐵鋰電池采用磷酸源、鋰源、鐵源為材料，無戰(zhàn)略資源及稀有資源。

磷酸鐵鋰電池在UPS電源供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

在目前較為成熟的儲能應(yīng)用中，磷酸鐵鋰電池分布式儲能電源，早已被廣泛運用到通信基站、用戶側(cè)削峰填谷、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，我國儲能市場累計裝機規(guī)模將超過50GW，有望為磷酸鐵鋰電池需求帶來顯著增量。

5G面臨一個相當(dāng)“不利”的發(fā)展因素——5G基站的功耗可能將數(shù)倍于4G基站，同時對電源系統(tǒng)提出了極大的擴容需求。目前鋰電池主要應(yīng)用于4G小基站，大型儲能基站仍然以鉛酸電池為主。由于5G設(shè)備的功率相比4G更大，這相應(yīng)地意味著運營商當(dāng)前幾乎所有的機房都必須對電源系統(tǒng)進行改造以保證電力供給，包括開關(guān)電源、蓄電池、電源線都得重新更換。

鉛酸電池由于污染和性能漸漸不能適應(yīng)通信基站的要求，逐步淘汰。但在選擇替代能源時，也初步出現(xiàn)了新的問題。如正在大面積使用的儲能磷酸鐵鋰電池，運營商們在白熱化競爭及技術(shù)發(fā)展中，不斷追求低成本，采購低廉鋰電池是最直接有效的降成本方式。在升級至5G后，基站系統(tǒng)中磷酸鐵鋰電池性能將大大影響網(wǎng)絡(luò)信號穩(wěn)定程度，這關(guān)系到用戶使用狀況及體驗，運營商對電池一致性、穩(wěn)定性要求也更高。針對磷酸鐵鋰電池的特性，在UPS供電系統(tǒng)設(shè)置時，只須把ups給電池組的充電電壓調(diào)整到鋰電池所需要的電壓即可。因為鋰電池即便是長期處于充電狀態(tài)下，由于自身的IBMS均衡保護功能，電池性能是不容易發(fā)生改變的。

舉例說明-數(shù)據(jù)中心UPS電池容量配置：

電池室空調(diào)啟動的環(huán)境溫度設(shè)定為25℃，UPS系統(tǒng)容量200kVA(396V/425A)，蓄電池放電時間0.5小時。經(jīng)計算，需配置396V/500Ah鉛酸電池1組，或者396V/200Ah鐵鋰電池1組。考慮同樣的機房承重條件，后者占地面積是前者的28%，后者重量是前者的16%。利用磷酸鐵鋰電池大電流放電特性，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)，從電芯到電池柜、電池柜并聯(lián)系統(tǒng)，層層保障鋰電可靠性。華為鋰電管理系統(tǒng)具備電池單體電壓、溫度檢測，單體均流管理，充放電檢測、SOC、SOH管理，告警管理、報表分析等功能。實現(xiàn)電池故障及時識別，早期預(yù)警，主動隔離。

其次，鋰電擁有業(yè)界獨有的主動均流技術(shù)，支持新舊電池柜混用，鋰電柜并柜環(huán)流可以控制在2%以下，顯著降低成本。

在硬件設(shè)計方面，鋰電池柜配有斷路器，電池管理模塊配有熔斷器、繼電器，保障出現(xiàn)故障時，快速動作，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)，電池管理與UPS管理系統(tǒng)是一套完整的系統(tǒng)。鋰電管理系統(tǒng)可以將電池信息上傳至UPS系統(tǒng)，配合華為UPS與網(wǎng)管系統(tǒng)，實現(xiàn)電池智能管理，減少檢測頻率，做到鋰電運行狀態(tài)隨時可查、可管、可控。

結(jié)束語

鋰離子電池采用率較低的原因一是初始成本較高，二是對其安全性不放心。但我們相信，隨著鋰離子電池技術(shù)的成熟和制造業(yè)產(chǎn)能的增長，更多供應(yīng)商開始進入磷酸鐵鋰電池UPS應(yīng)用領(lǐng)域，而最終用戶對數(shù)據(jù)中心全生命周期實踐的認(rèn)知，將會為鋰離子電池的部署進行越來越多的規(guī)劃和預(yù)算。數(shù)據(jù)中心的儲能變革已在進行時。