探討磷酸鐵鋰電池在UPS的應用

電池在各種不同應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據中心UPS中的電池呢?事實上,其原因在于,與所有其他的應用一樣,鋰電池在UPS應用中無法為UPS供應商提供價格、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,鋰離子化學成分和技術的改進已為UPS供應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業發展的推動。

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勢將逐步凸顯,未來儲能將是磷酸鐵鋰重要的潛在市場。

據悉,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勢,更適用于儲能市場。在UPS不間斷供電系統中,后備蓄電池組是整個供電系統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,在系統中斷的事故中,由電池組引發的故障所占比重較大,因此,人們對后備電池技術的變革會更加謹慎。

1 質能比低、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,設計壽命5-8年,實際使用大多為3~5年。

4 運行環境溫度要求高,在溫度超過25度時,環境溫度每提高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境造成嚴重污染。

UPS 蓄電池

鉛酸電池

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

磷酸鐵鋰電池產品特點

磷酸鐵鋰電池主要技術要點如下:標稱電壓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性能,充放電平臺十分平穩,充放電過程中結構穩定,可以過放電到零伏。即使電池內部或外部受到傷害,電池不燃燒、不爆炸、安全性較好;

3 高溫性能好:外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃,電池放電結束時溫度可達160℃,電池的結構安全、完好;

4 高效率輸出:標準放電為2~5C、連續高電流放電可達10C,瞬間脈沖放電(10S)可達20C;

5 高循環壽命:經500次循環,其放電容量仍大于95%;

6 使用方便:可快速充電;

7 環保:整個生產過程清潔無毒。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,無戰略資源及稀有資源。

磷酸鐵鋰電池在UPS電源供電系統中的應用

在目前較為成熟的儲能應用中,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、用戶側削峰填谷、離網電站、微電網、軌道交通、UPS甚至家庭儲能等多個場景。預計到2020年,我國儲能市場累計裝機規模將超過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“不利”的發展因素——5G基站的功耗可能將數倍于4G基站,同時對電源系統提出了極大的擴容需求。目前鋰電池主要應用于4G小基站,大型儲能基站仍然以鉛酸電池為主。由于5G設備的功率相比4G更大,這相應地意味著運營商當前幾乎所有的機房都必須對電源系統進行改造以保證電力供給,包括開關電源、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發展中,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,基站系統中磷酸鐵鋰電池性能將大大影響網絡信號穩定程度,這關系到用戶使用狀況及體驗,運營商對電池一致性、穩定性要求也更高。針對磷酸鐵鋰電池的特性,在UPS供電系統設置時,只須把ups給電池組的充電電壓調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下,由于自身的IBMS均衡保護功能,電池性能是不容易發生改變的。

舉例說明-數據中心UPS電池容量配置:

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