溫度對UPS鋰電池選擇有什么影響？

2022年07月27日 10:42:45人氣：228來源：河南泰圖信息技術(shù)有限公司

　　機(jī)架式不間斷電源(UPS)主要用于數(shù)據(jù)中心或企業(yè)的機(jī)房,可以在市電中斷時(shí)為服務(wù)器和交換機(jī)等IT設(shè)備提供備用電源UPS通常采用的是鉛酸蓄電池。隨著開源計(jì)算項(xiàng)目(OCP)計(jì)劃和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的推出,鋰離子電池正在搶占鉛酸電池在UPS電源市場份額。

　　UPS采用的兩種鋰電池對于UPS電源供應(yīng)商來說,通常會(huì)采用兩種流行的鋰離子電池。鋰鎳錳鈷三元鋰離子電池(NMC)是常見的鋰電池,這種電池以往用于筆記本電腦和手機(jī)等消費(fèi)類應(yīng)用場景。磷酸鐵鋰電池(LFP)在消費(fèi)類應(yīng)用場景中不太常見,但用于充放電次數(shù)更高或高功率應(yīng)用場合,例如電鉆或工業(yè)電動(dòng)汽車。雖然這兩種電池都基于鋰離子交換的工作原理,但它們具有一些顯著不同的性能和特征。

　　NMC電池與LFP電池相比具有更高的重量和體積能量/密度比。因此,NMC電池具有更高的能量密度和更低的成本使其成為大多數(shù)低功耗應(yīng)用佳的電池產(chǎn)品。這意味著,如果給UPS給這種電池留出一定的空間安裝,采用NMC電池的UPS將提供比同等空間的采用LFP電池的UPS有著更長的運(yùn)行時(shí)間。

　　三個(gè)主要因素影響鋰離子電池的工作壽命——充放電循環(huán)次數(shù)、使用時(shí)間和電池的平均溫度。行業(yè)的規(guī)范通過比較實(shí)際容量與電池的原始容量來衡量電池的有效性。LFP電池至少可以進(jìn)行2000～3000次的充電/放電循環(huán),才能降到其原始容量的80%。而NMC電池可以在達(dá)到其原始容量的80%之前提供500～1000次**充電/放電循環(huán)。這意味著LFP電池的充放電循環(huán)壽命是典型NMC電池的兩到三倍。NMC電池的工作壽命為三到四年,而LFP電池的工作壽命通常**八年。影響鋰離子電池壽命的大因素是電池的平均溫度,其次是放電深度。

　　安全性

　　LFP電池具有比NMC電池更安全的陰極材料,并且不會(huì)在更高的溫度下退化。實(shí)際上,LFP電池提供了佳的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,因此比NMC電池具有更高的安全性。LFP電池只會(huì)在195℃時(shí)進(jìn)入熱失控狀態(tài),并在熱失控期間釋放少的能量。典型的NMC電池可以進(jìn)入低至170℃的熱失控狀態(tài),將會(huì)釋放更多能量并有可能起火燃燒。雖然各種鋰離子電池都是安全的,但LFP電池是安全的鋰離子電池產(chǎn)品之一。

　　溫度和排放

　　一般來說,UPS有兩種典型的使用模型。一種應(yīng)用是當(dāng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商計(jì)劃在5到10分鐘的時(shí)間間隔內(nèi)使用UPS電源時(shí),特別是從斷電到備用發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的過渡時(shí)期。在這種情況下,UPS以非常高的速率提供所有可用能量。另一種應(yīng)用是當(dāng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商計(jì)劃使用UPS提供1到8小時(shí)的放電,并希望避免啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)。

　　LFP電池的內(nèi)部阻抗非常低,能夠以非常高的速率放電而不會(huì)產(chǎn)生太多熱量。NMC電池的內(nèi)部阻抗比LFP電池高約10倍,并且在以與LFP電池相同的速率放電時(shí)會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生更多熱量。例如,48V、50A的NMC電池(2400Wh)可以提供約50～100A的放電電流,而類似尺寸的LFP電池可以提供約500～1000A的放電電流。電力輸送是UPS電源中的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。為了提供特定的電流曲線,可能需要并聯(lián)多塊NMC電池才能達(dá)到所需的電流,而一塊LFP電池*可能提供所需的電流?？紤]到特定的空間,這意味著NMC電池更適合可以在較長的放電期間(即1h50A)內(nèi)承受較低電流傳輸?shù)膽?yīng)用,而LFP電池還可以在較短的時(shí)間內(nèi)提供較高的電流傳輸放電時(shí)間(即10min內(nèi)300A)。UPS運(yùn)行時(shí)間的預(yù)期是選擇電池的關(guān)鍵因素。

　　被動(dòng)或主動(dòng)冷卻

　　在機(jī)架式UPS市場中,UPS的熱管理有多種選擇,從被動(dòng)冷卻(無風(fēng)扇)到主動(dòng)冷卻(持續(xù)運(yùn)行的風(fēng)扇)再到動(dòng)態(tài)主動(dòng)冷卻(變速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng))來管理電池溫度。影響鋰離子電池壽命的第三個(gè)因素是環(huán)境溫度。鋰離子電池可以在-20℃至60℃安全運(yùn)行,但大限度延長電池壽命的佳溫度范圍是10℃到30℃。大電流放電會(huì)在電池內(nèi)部產(chǎn)生熱量,但穩(wěn)定的溫度環(huán)境可以大限度地延長電池的壽命。

　　需要注意的是,基于NMC電池的化學(xué)成分和更高的阻抗,與LFP電池相比,它們在放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的熱量。鑒于冷卻散熱是數(shù)據(jù)中心內(nèi)的一個(gè)關(guān)鍵問題,LFP電池的化學(xué)成分確實(shí)使其在氣候控制環(huán)境中具有優(yōu)勢。

　　主動(dòng)冷卻的優(yōu)勢

　　在通常情況下,通過引入風(fēng)扇和熱調(diào)節(jié)來增加產(chǎn)品的復(fù)雜性可被視為缺點(diǎn),但也有一些優(yōu)點(diǎn)。在沒有氣候控制的應(yīng)用中,機(jī)柜的溫度范圍可以從非常寒冷和干燥到非常溫暖和潮濕。電池體積很大并且很重。在采用被動(dòng)冷卻措施的電池中,在熱失控事件中,電池的內(nèi)部溫度比外部上升得更快,從而產(chǎn)生熱點(diǎn)可用的放電電流量。這也會(huì)使電池組的電池過早老化。在放電或充電事件期間,主動(dòng)冷卻電池可以更好地去除電池?zé)崃俊Ｅc等效的被動(dòng)冷卻電池相比,主動(dòng)冷卻技術(shù)還可以支持電池更高的充電電池和放電電流。

　　這也可能帶來冷凝的挑戰(zhàn)。在早上,來自環(huán)境的潮濕空氣可能會(huì)進(jìn)入機(jī)柜并接觸到電池。由于溫差,這種潮濕的空氣可能會(huì)將水冷凝到電池內(nèi)部的敏感電子設(shè)備上。隨著時(shí)間的推移,電子設(shè)備上的冷凝可能會(huì)改變電池的功能或損壞電池組件。主動(dòng)冷卻還具有保持電子設(shè)備溫度與空氣溫度相同的優(yōu)點(diǎn),從而防止冷凝。

　　總之,市場上有許多機(jī)架式UPS。在選擇UPS制造商或型號之前,應(yīng)該了解這些設(shè)備的功率,以評估在電力中斷期間維持運(yùn)行所需的功率、所需的運(yùn)行時(shí)間、確定將要運(yùn)行的環(huán)境以及確定熱量起到的作用有了這些數(shù)據(jù),可以評估鋰離子電池化學(xué)特性、被動(dòng)和主動(dòng)冷卻特性以及可用解決方案提供的關(guān)鍵特性。一旦將這些功能納入選擇標(biāo)準(zhǔn),UPS生產(chǎn)商將確保其UPS產(chǎn)品在停電期間提供所需的電源。

　　河南泰圖，專注ups電源，機(jī)房空調(diào)及機(jī)房建設(shè)，20年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，60余人技術(shù)團(tuán)隊(duì)，歡迎咨詢.

關(guān)鍵詞：不間斷電源 UPS 鉛酸蓄電池 ups電源

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