探讨磷酸铁锂电池组在UPS电源中的应用

磷酸铁锂电池组在UPS电源中的应用探讨。磷酸铁锂电池UPS电源在储能特性、循环寿命、高温适应能力、绿色环保等方面,都显示了无可比拟的优势，数据中心供配电系统广泛使用磷酸铁锂电池组作为UPS电池后备电源的设备，

 

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电池亦是首选。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，对解决铅酸蓄电池存在的许多问题就更加迫切。

 

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，UPS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配置磷酸铁锂电池组应用在不断增加，锂电池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，磷酸铁锂电池组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。

 

锂电池体积更小、重量更轻、循环寿命长、安全环保等特点，已经成为储能电源的改革重点，也代表了UPS电源行业的改革步伐，与UPS主机息息相关。磷酸铁锂电池能减少UPS系统的尺寸和重量，以便更有效地利用空间，锂电池的长寿命设计将大大降低更换电池的成本和维护的负担。

 

锂电池作为UPS系统的重要组成部分，市场上的UPS电源厂商多数都在将蓄电池淘汰，使用新型的锂电池，锂电池UPS在储能电源系统、数据中心、工业领域、通信基站、航空航天等多个领域得到了广泛而深入的应用。现今随着我国锂电池领域的迅猛发展，锂电池UPS电源逐渐受到了关注，其应用领域在不断拓宽，通信行业则已捷足先登。

 

磷酸铁锂电池组在UPS中的实际应用：

 

某局10楼UPS动力机房由于机房称重和面积不够,停电后要求必须满足4h的不间断供电时间,无法安装阀控密封铅酸蓄电池组,根据放电时间要求,使用了一组384V/400Ah磷酸铁锂电池,电池组由120块3.2V/400Ah的电池模块串联组成,其中400Ah的电池模块由4个单体容量为100Ah的电芯并联组成的,120块400Ah的电池模块串联组成一个384V/400Ah的电池组,如图所示。

 

 

所以磷酸铁锂电池组在UPS供电系统应用时,只须把UPS对电池组的充电电压调整到磷酸铁锂电池所需要的电压即可。

 

磷酸铁锂电池UPS具有如下优点：

 

1、输出电压高：磷酸铁锂电池UPS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℃，锂电池放电结束时温度可达160℃，锂电池的结构安全、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。

 

磷酸铁锂电池组在UPS电源供电系统中的应用：

 

针对磷酸铁锂电池组的特性，在UPS供电系统设置时，只须把锂电池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均衡保护功能，电池性能是不容易发生改变的。

 

例如，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铁锂电池组。考虑同样的机房承重条件，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UPS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。

 

在运维管理方面，华为锂电UPS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。华为锂电管理系统可以将电池信息上传至UPS系统，配合华为UPS与网管系统，实现磷酸铁电池智能管理，减少检测频率，做到磷酸铁锂电池UPS运行状态随时可查、可管、可控。

 

锂电池的分类：

 

锂电池

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。

 

①锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

 

②锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

 

我们相信，随着锂电池组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，可以预计，磷酸铁锂电池UPS的各项优势将会体现的越来越明显，其缺点也将随着技术的进步而逐渐减少，将广泛应用到数据中心、机房、通信、工业、航空等领域。在液态锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。形成的钝化层膜能有效地阻止电解液分子的通过，但Li+却可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，具有固体电解质的特征，因此这层钝化膜被称为SEI。SEI膜并非一成不变，在充放电过程中会有少许的变化，主要是部分有机物会发生可逆的变化。磷酸铁锂电池包过度放电后使得SEI膜发生可逆性破环，保护负极材料的SEI破坏后使得负极材料崩塌，从而形成鼓包现象。

 

锂电池鼓包可能是磷酸铁锂电池包制造水平的问题，电极涂层不均匀，生产工艺比较粗糙。

 

四.磷酸铁锂电池包长时间不用也会发生鼓包的现象，因为空气在一定程度上是导电的，因此，放的时间过长就相当于电池的正负极直接接触，进行了慢性的短路。