当前位置:老钱庄娱乐场 ? UPS&电源资讯 ? 探讨磷酸铁锂电池在UPS的应用

探讨磷酸铁锂电池在UPS的应用

来源:机房360 作者:武亚波 王波?? 更新时间:2018/12/14 16:02:37

老钱庄娱乐场 www.m6c9q.com.cn

摘要:锂电池在各种不同应用中的商用化进程已有 20 余载 。那么,它们何以未被普及用于 数据中心 UPS 中的电池呢?

  锂电池在各种不同应用中的商用化进程已有 20 余载 。那么,它们何以未被普及用于 数据中心 UPS 中的电池呢?事实上,其原因在于,与所有其他的应用一样,锂 电池 在UPS 应用中无法为 UPS 供应商提供价格、能量密度、功率、安全性和可 靠性方面的合理平衡。但在过去 10 年里,锂离子化学成分和技术的改进已为 UPS 供应 商提供了可行的方案。这些改进很大程度上是源于于电动汽车产业发展的推动。

  在UPS不间断供电系统中,后备蓄电池组是整个供电系统的最后一道供电保障防线,又是电源维护工作的重点与难点,在系统中断的事故中,由电池组引发的故障所占比重较大,因此,人们对后备电池技术的变革会更加谨慎。

  阀控式铅酸蓄电池经过几十年的发展已经被众多行业广泛应用,同样,在数据中心、通信及各类机房UPS亦是首选。然而,随着信息技术的发展,人们对供电系统的可靠性要求更高,对实现绿色环保的意识更强,为此,对解决阀控式铅酸蓄电池存在的许多问题就更加迫切。

  1、阀控式铅酸蓄电池和磷酸铁锂电池相比较

  (1)质能比低、体积能量比低,电池重量大,占地面积大。

  (2)充放电效率低,充放电效率约为92%左右,使用一段时间后充放电效率还会下降。

  (3)阀控式铅酸蓄电池寿命短,设计寿命5-8年,实际使用大多为3~5年。

  (4)运行环境温度要求高,在温度超过25度时,环境温度每提高7~10℃时电池寿命折损一半。

  (5)蓄电池大量采用铅,其开采、加工和使用过程中均容易对环境造成严重污染。

  为了解决以上问题,通信行业和一些知名品牌的大功率UPS配置磷酸铁锂电池应用在不断增加,UPS市场一个新趋势是对数据中心和UPS应用中锂离子电池的兴趣日益增长。与传统的铅酸蓄电池相比,锂离子电池具有更长的使用寿命、更小的尺寸和重量、在更广泛的环境中运行的能力,以及可大电流快速充放电,耐高温性能优越,在﹣10℃~﹢65℃情况下仍然能够正常工作;总体拥有成本(TCO)更优。

  2、磷酸铁锂电池内部结构及工作原理

  磷酸铁锂电池内部结构可分为极板、隔板、电解液、外壳、安全阀、端子等,详见图1。


图1 LiFePO4电池内部结构

  左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极,由铝箔与电池正极端子连接,右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极端子连接,中间是隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过,电池的上下端之间是电池的电解质,为锂离子运动提供运输介质。

  LiFePO4电池在充电时,外界电流从负极流向正极,导致正极中的锂离子Li+从磷酸铁锂等过度金属氧化物的晶格中脱出,经过液态电解质这一桥梁,通过隔膜向负极迁移,并嵌入碳素材料负极的层状结构中。正极材料的体积因锂离子的移出而发生变化,但本身的骨架结构维持不变。

  LiFePO4电池在放电时,负极中的锂离子Li+从碳素材料层间脱出,经过液态电解质这一桥梁,通过隔膜向正极迁移,并嵌入正极材料的晶格中,相应地电流从正极经外界负载流向负极。

  磷酸铁锂材料为橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料,晶体结构稳定,充放电过程中不易发生变形或破坏。同样,锂离子反复的嵌入和脱出只会引起负极材料的层间距变化,也不会引起材料晶体结构的破坏。锂离子电池也称为摇椅式电池。磷酸铁锂晶体结构详见图2。


图2 LiFePO4晶体结构

  3、 磷酸铁锂电池产品特点

  磷酸铁锂电池主要技术要点如下:标称电压3.2V,一般充电电流为0.2~0.5C,最大充电电流为1~1.5C,充电电压在3.65V以下时性能稳定;一般放电电流为0.5~1C,最大放电电流为5~10C,放电终止电压为2.0V;充电工作温度范围为0~55℃,放电工作温度范围为-20~60℃。

  磷酸铁锂电池具有如下优点:(1)输出电压高:磷酸铁锂电池工作电压范围:2.5~3.6V,平台约3.2V;(2)安全性强:磷酸铁锂正极材料具有良好的电化学性能,充放电平台十分平稳,充放电过程中结构稳定,可以过放电到零伏。即使电池内部或外部受到伤害,电池不燃烧、不爆炸、安全性较好;(3)高温性能好:外部温度65℃时内部温度则高达95℃,电池放电结束时温度可达160℃,电池的结构安全、完好;(4)高效率输出:标准放电为2~5C、连续高电流放电可达10C,瞬间脉冲放电(10S)可达20C;(5)高循环寿命:经500次循环,其放电容量仍大于95%;(6)使用方便:可快速充电;(7)环保:整个生产过程清洁无毒。所有原料都无毒。(8)非稀有资源:磷酸铁锂电池采用磷酸源、锂源、铁源为材料,无战略资源及稀有资源。

  4、磷酸铁锂与其它锂离子性能比较

  钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)等正极材料的性能比较详见表1。

  表1


  5、磷酸铁锂电池产品检测

  根据工信产部质检中心的检验报告,19项测试指标均合格,其中主要指标详见表2


表2(700Ah)磷酸铁锂电池检验报告

  6、磷酸铁锂和阀控式铅酸电池的性能比较

  (见表3)


表3磷酸铁锂电池和铅酸电池性能比较

  7、磷酸铁锂电池在UPS电源供电系统中的应用

  针对磷酸铁锂电池的特性,在UPS供电系统设置时,只须把ups给电池组的充电电压调整到锂电池所需要的电压即可。因为锂电池即便是长期处于充电状态下,由于自身的IBMS均衡?;すδ?,电池性能是不容易发生改变的。

  智能间歇式充放电管理分以下两个步骤,如图:恒流-恒压充电阶段:电池组充电电路根据各单体电池的电压进行充电控制,控制电池单体和电池组的充电电压满足充电限制电压要求(充电限制电压:电池单体3.7V,),直到所有电池都充满电;

  间歇式补充电阶段:电池组完成整个恒流-恒压充电过程后,电池组由BMS控制进入开路静置状态,直至容量减少到电池组充电限制电压初始容量的SOC(其中X取值在75~95之间)时,由BMS控制电池组重新进入补充电状态,补充电方式也遵循恒流-恒压充电方式;在开路静置状态时,若交流电停电,BMS应能控制电池组无延迟进入放电状态(见图4)。


图4 电池组间歇式充放电管理示意图

  T1和T3为充电过程,T1为恒流-恒压充电阶段,T3为间歇式补充电阶段;T2为电池组开路静置阶段;T4为电池组放电过程。

  8、UPS与磷酸铁锂和密封阀控电池组应用方案及投资比较

  举例说明-数据中心UPS电池容量配置:

  电池室空调启动的环境温度设定为25℃,UPS系统容量200kVA(396V/425A),蓄电池放电时间0.5小时。经计算,需配置396V/500Ah铅酸电池1组, 或者396V/200Ah铁锂电池1组??悸峭幕砍兄靥跫?,后者占地面积是前者的28%,后者重量是前者的16%。利用磷酸铁锂电池大电流放电特性,降低机房面积和承重要求,更容易实现分散供电。


  华为锂电采用三层电池管理系统,从电芯到电池柜、电池柜并联系统,层层保障锂电可靠性?;绻芾硐低尘弑傅绯氐ヌ宓缪?、温度检测,单体均流管理,充放电检测、SOC、SOH管理,告警管理、报表分析等功能。实现电池故障及时识别,早期预警,主动隔离。

  其次,华为锂电拥有业界独有的主动均流技术,支持新旧电池柜混用,锂电柜并柜环流可以控制在2%以下,显著降低Capex。

  在硬件设计方面,锂电池柜配有断路器,电池管理??榕溆腥鄱掀?、继电器,保障出现故障时,快速动作,?;さ绯?。

  在运维管理方面,华为锂电管理系统可以集成到UPS管理系统,电池管理与UPS管理系统是一套完整的系统?;绻芾硐低晨梢越绯匦畔⑸洗罸PS系统,配合华为UPS与网管系统,实现电池智能管理,减少检测频率,做到锂电运行状态随时可查、可管、可控。

  结语

  锂离子电池采用率较低的原因一是初始成本较高,二是对其安全性不放心。但我们相信,随着锂离子电池技术的成熟和制造业产能的增长,更多供应商开始进入磷酸铁锂电池UPS应用领域,而最终用户对数据中心全生命周期实践的认知,将会为锂离子电池的部署进行越来越多的规划和预算。数据中心的储能变革已在进行时。

  作者:武亚波 联通河北公司 电源工程师

  王波 华为数据中心 UPS解决方案营销总监

  责任编辑:DJ编辑

机房360微信公众号订阅
扫一扫,订阅更多数据中心资讯

本文地址://www.m6c9q.com.cn/news/20181214/n2594114200.html 网友评论:阅读次数:
版权声明:凡本站原创文章,未经授权,禁止转载,否则追究法律责任。
相关评论
正在加载评论列表...
评论表单加载中...
  • 我要分享
推荐图片
  • 偶遇范冰冰及父母为范丞丞庆生聚餐 打扮低调朴素 2019-03-23
  • 云阳神秘迷宫9月迎客 2019-03-22
  • 紫光阁中共中央国家机关工作委员会 2019-03-22
  • 美国已经获得了,美国期望的金融开放,其他的美国已经不在乎了。本人早就断定,中美合作奢谈共赢。美国需要的是进入和控制中国,中国需要的是出口创汇。 2019-03-22
  • 只有资本主义会关门,社会主义,有无穷的爆发力 2019-03-21
  • 苹果国外地图服务出现问题:目前正在维修 2019-03-21
  • 藏族作家阿来的“等待” 2019-03-21
  • 回复@老老保老张工:吃个早餐还要让人批准?就这点出息啊? 2019-03-21
  • 来自井下580米的呼唤文章中国国家地理网 2019-03-20
  • 捷克总统烧红内裤羞辱记者:抱歉把你们弄得像白痴 2019-03-20
  • 国家开发银行获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-03-20
  • 黄坤明会见澳门新闻界高层访京团 2019-03-20
  • 中央第四环保督察组向江西移交953件信访问题线索 2019-03-19
  • 【北京睿通伟业车型报价】北京睿通伟业综合店车型价格 2019-03-19
  • 在现时代,无论中国还是西方发达国家都是社会财富公有制和私有制并存的社会,由于仍旧存在社会财富私有制,所以必然存在贫富差别,离开私有制来谈“贫”和“富”... 2019-03-19
  • 739| 739| 997| 863| 923| 617| 305| 383| 405| 299|