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施耐德电气: 做好UPS锂电池四大安全考量 迎接新能源革命

导读: 全球能效管理和自动化领域数字化转型的领导者施耐德电气则预计,未来3年UPS用锂电池的年均增速都将超过100%。

作为数据中心供电系统的“最后一道屏障”,新的电池技术正引发一场巨大的新能源革命。根据2017年Uptime的全球数据中心调研数据显示,10%的数据中心已经采用了锂离子电池(以下简称锂电池)作为UPS电源的储能设备。全球能效管理和自动化领域数字化转型的领导者施耐德电气则预计,未来3年UPS用锂电池的年均增速都将超过100%。

与铅酸电池相比,锂电池具有无可匹敌的技术优势:数倍于铅酸电池的能量密度让锂电池的占地空间减少了60%以上;重量减少了70%以上;对高温适应能力更强;放电后能快速回充,循环次数4倍于铅酸电池;10-15年的长寿命设计和高循环次数,使得锂电池在UPS的10年生命周期内都无需更换,降低了维护和更换成本,最终帮助用户降低TCO,获得最大的商业价值。

施耐德电气:从四个角度考量锂电池的安全性

在中国,UPS改用锂电池的趋势将更加迅猛。作为数据中心基础设施解决方案和服务的全球领导者,施耐德电气通过对市场的精准定位及调查发现,除了采购价格因素外,目前中国客户在选择UPS锂电池的关注点主要集中在安全方面。作为数据中心里面最大的储能部件,锂电池的安全很大程度上取决于以下四点,施耐德电气提醒广大用户在选型时应重点关注:

1. 高质量的电芯生产和质量管控

目前全球顶级的锂电池制造商都已经采用了先进的自动化生产线,只有通过高质量的生产工艺管控才能保证电芯的高品质和高度一致性。锂电芯生产完毕后,需要再将多只电芯通过串并联组成电池模组(俗称Module),这一过程中需要将电池的正负极端子进行连接,大厂商通常采用的是激光焊接机进行端子的焊接,以减少接触电阻,保证端子连接的可靠性。而小厂商则普遍采用手动螺栓螺母压接的方式,难以保证端子的可靠连接,可能给将来的长期运行带来隐患。

由于锂电池的严格质量管控,加上自身循环寿命相比铅酸电池有了很大的提升,因此在数据中心领域,很多大品牌的锂电池可以做到10年质保。

2. 完善的BMS设计

BMS(电池管理系统)是整个锂电池系统安全的核心技术所在。当电池发生任何过压充电、过流放电、电池短路等故障时,通过BMS可以迅速切断故障电流,防止电池发生热失控风险。施耐德电气认为锂电池BMS不仅要实时监测每个电芯的电压电流温度等状态,提供电池健康趋势分析,更重要的是它可以主动平衡电芯的充放电,最终改善各个电芯的一致性,避免因为木桶短板效应导致的整组电池失效。目前国际一线品牌的锂电池厂商都是自己设计生产BMS,以确保自己电芯和BMS的性能匹配和充放电安全。

3. 锂电池的化学材料

对于数据中心UPS而言,由于其短时间大电流放电、放电功率大、长期备电浮充等应用特点,比较适合的是磷酸铁锂、锰酸锂、NCM三元锂技术。

中国市场上主要是三元锂和磷酸铁锂,虽然两者在能量密度及安全性方面的争论不休,但不可否认的是,这些争论只是局限在了锂电池正极材料理论性能的一个方面。施耐德电气认为,锂电池系统的安全,需要综合考虑负极材料、电解液、隔膜材料、电芯外壳封装、电池模块成组、BMS、熔丝保护、直流断路器、生产制造工艺水平、质量管控等众多因素。由于锂电池正极材料而产生的问题还不到所有锂电池系统问题的10%。施耐德电气建议,用户应该针对UPS锂电池的安全性、能量密度、成本进行综合权衡,选择大品牌公司的锂电池系统才能得到可靠的质量保障。

4. 锂电池与UPS的兼容性测试

与铅酸电池不同,锂电池是自带BMS的,是一种智能型电池,具备自我管控能力,并与UPS主机进行通讯。当锂电池充满电后它会自动从UPS充电器上脱开,传统的UPS软件设计可能会认为这是电池故障而发出告警。更重要的是,不同材质的锂电池充放电电压、电流,截止电压等都不相同,例如磷酸铁锂电芯的额定电压是3.2V,而三元锂则是3.8V。因此,在使用锂电池前UPS需要与之进行严格的匹配测试才可以,并需要针对这款锂电池对UPS更新固件。

值得一提的是,施耐德电气公司近年来上市的UPS都已经具备了锂电池的兼容性。UPS采用的高倍率锂电池可以进行短时间大电流充放电,与此对应的是UPS充电器设计也需要适应这一变化。施耐德电气新型Galaxy V系列UPS充电功率可达UPS输出额定功率的40%(传统的仅为10~15%),如此强大的充电器理论上可在30分钟~1小时内将锂电池快速充满。

随着锂电池技术的成熟完善和成本日益优化,数据中心UPS将快速地完成从铅酸电池向锂电池的转换。自2012全球第一个锂电池数据中心投入使用起,施耐德电气在推动锂电池技术在数据中心领域的应用方面始终作为领军人物,凭借强大的品牌与技术革新力量,始终走在这场数据中心新能源技术改革的前沿,带领整个行业不断前行。

施耐德电气: 做好UPS锂电池四大安全考量 迎接新能源革命

(可兼容多种前瞻储能技术,包括锂电池的施耐德电气Galaxy VX UPS)

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