新型锂电池储能系统在数据中心的应用-第2页-北极星储能网

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锂电池的生产线都是高度自动化的，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。目前全球顶级的锂电池制造商如韩国的三星/LG，日本的松下/东芝，都已经采用了先进的自动化产线，年产能都已超过10GWh。

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。

完善的BMS设计是锂电池系统安全的核心技术

铅酸电池厂商通常都不生产BMS（电池管理系统），BMS在铅酸电池时代属于一个豪华配置，只有银行之类的高端客户才会舍得花费蓄电池额外10~20%的成本来加装BMS，当然这对于用户实时了解铅酸电池的健康状况是非常重要的，但缺点是铅酸电池BMS只能看而不能控制。

所有的锂电池都是标配BMS的。目前国际一线品牌的锂电池厂商例如三星/LG等都是自己设计生产BMS，以确保自己电芯和BMS的性能匹配和充放电安全。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。可以说BMS才是整个锂电池系统安全的核心技术所在。

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。而这些都是铅酸电池BMS所不具备的。下表中列出了铅酸电池BMS和锂电池BMS的比较：

锂电池的化学材料

锂电池有很多流派，例如钛酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元锂（NCM）、镍钴铝三元锂（NCA）等，这些指的都是锂电池的正极材料，每种化学材料都有其适合的应用场景。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。

纵观全球锂电池市场，日韩系主要是以三元锂和锰酸锂为主。而中国市场由于专利技术和政府引导等因素，多数厂商是以磷酸铁锂开始起步的。但近几年由于中国政府对电动汽车补贴门槛的提高，加上磷酸铁锂的能量密度已经很难再向上突破，因此绝大多数厂商都已经逐步转向三元锂技术，2017年中国电动乘用车市场上三元锂已达到76%市场占有率。

在铅酸电池时代，UPS所使用的铅酸电池占了整个行业的近20%；但进入锂电池时代后，UPS所使用的锂电池只占整个锂电池行业的2%都不到。锂电池的使用大户依然是IT电子消费品、电动汽车和ESS储能为主，因此这些行业的锂电池技术走向就直接决定了UPS锂电池的方向。

市场上关于三元锂和磷酸铁锂的能量密度及安全性争论不休，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。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%。对于UPS锂电池的选择是应该是安全性、能量密度、成本的综合权衡，选择大品牌公司的锂电池系统才能得到可靠的质量保障。

锂电池与UPS的兼容性测试

UPS可以采用各种品牌的铅酸电池，但对锂电池则不可以，因为锂电池是自带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。

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。因此我们绝对不可以简单地说UPS可以适用锂电池，而只能说是适用某个品牌的某款锂电池。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（Firmware）。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。传统UPS充电器功率仅为UPS输出额定功率的10~15%，但施耐德电气新型Galaxy V系列UPS充电功率可达UPS输出额定功率的40%，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。

锂电池在数据中心的应用瞻望

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，这将让数据中心管理者重新规划灰区和白区布局。未来锂电池将不仅仅是作为UPS短时间后备延时，其强大的循环放电性能将会延伸出更多应用，例如借助UPS+锂电池实现削峰填谷和峰谷电价差盈利，甚至不排除通过储能式集装箱来部分取代柴油发电机组，让我们拭目以待这场新能源为数据中心带来的技术革命。

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原标题：新型锂电池储能系统在数据中心的应用

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