避免UPS設(shè)計人員在升級到鋰電池時遇到的3大問題

與傳統(tǒng) VRLA 設(shè)計相比，為電信或數(shù)據(jù)中心應(yīng)用設(shè)計基于鋰的電池備份系統(tǒng)提出了新的不同挑戰(zhàn)。平衡進出電池組的能量流是一個關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)。設(shè)計人員必須確保在所有條件下都可用，同時優(yōu)化電池的性能。設(shè)計人員在設(shè)計基于鋰電池的系統(tǒng)時會遇到 3 個主要問題。

本文介紹了設(shè)計人員在轉(zhuǎn)向鋰電池時面臨的 3 個常見問題，以及 Green Cubes 如何開發(fā)一項正在申請專利的能量平衡技術(shù) (EBT) 來解決這些挑戰(zhàn)、降低成本并優(yōu)化鋰離子電池在 UPS 應(yīng)用中的使用。

最近，電信和數(shù)據(jù)中心的設(shè)計人員開始強烈考慮將鋰電池用于他們的新裝置，并改造他們現(xiàn)有的UPS 裝置。使用鋰電池有許多關(guān)鍵優(yōu)勢，特別是成本、壽命、節(jié)省空間和提高性能。為電信機架、數(shù)據(jù)中心或其他 IT 基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計基于鋰電池的備用電源系統(tǒng)與傳統(tǒng)的 VRLA 系統(tǒng)設(shè)計大不相同。

為了充分體驗鋰的優(yōu)勢，設(shè)計人員必須考慮到它們的運行方式與傳統(tǒng) VRLA 系統(tǒng)略有不同。Green Cubes Technologies 遇到了 3 個主要問題。為了解決這些問題，Green Cubes 在其電信和數(shù)據(jù)中心電源和 UPS 系統(tǒng)中開發(fā)并部署了正在申請專利的能量平衡技術(shù) (EBT)。了解這些問題是什么，以及 EBT 如何幫助解決這些問題。

1. 使用電纜長度和母線加大尺寸以確保所有電池的電流消耗相等

當多個電池并聯(lián)放置時，設(shè)計人員必須努力控制在放電事件期間從每個電池組汲取的電流。在正常操作下，整流器控制直流總線上的電壓，但在放電事件期間，總線上的電壓會下降。這種電壓降稱為壓降，會導致設(shè)備過早關(guān)閉。電壓降與電流直接相關(guān)，因為電壓等于電流乘以電阻 (V=I*R)。從電池系統(tǒng)汲取的電流可以從數(shù)十安培到數(shù)千安培不等。為了將電流平均分配到每個電池組，設(shè)計人員通常使用等長的電纜來確保電阻，因此理論上從每個電池組到匯流條的壓降是相等的。在實踐中，每個電池組都有一個內(nèi)阻，該內(nèi)阻受許多因素的影響，例如溫度、老化和循環(huán)次數(shù)。每組的內(nèi)阻不相等，并且會導致在放電事件期間來自每組的電流不相等。

在鋰電池系統(tǒng)中，在電池組之間平均分配電流更為重要。鋰電池組都包含一個電池管理系統(tǒng) (BMS)，可監(jiān)控電池的關(guān)鍵參數(shù)，包括電流、電壓、溫度等。當測量到的參數(shù)超過安全限值時，BMS 將禁用電池的輸出，直到故障被清除。在電流沒有平均分配給電池組中的鋰電池的情況下，一包可能會超過安全電流放電限制，電池將禁用輸出。然后，這會將電流轉(zhuǎn)移到其他電池，可能會導致電池由于過流限制而關(guān)閉其輸出的級聯(lián)效應(yīng)。這可能會導致整個鋰電池組出現(xiàn)故障，進而導致系統(tǒng)在發(fā)生嚴重放電事件時出現(xiàn)故障。

Green Cubes 在所有用于 UPS 電源系統(tǒng)的鋰電池組中開發(fā)了正在申請專利的能量平衡技術(shù)。該技術(shù)在所有電池之間進行通信，并自動均衡所有電池的放電電流。這種電流分布在每個電池上得到主動管理，并自動補償不等的電池電纜長度、不同的電池內(nèi)阻和負載電流的變化。該技術(shù)還可以補償整個 UPS 的不同充電狀態(tài) (SOC) 和健康狀態(tài) (SOH)。此外，該技術(shù)消除了級聯(lián)過電流故障的可能性，因為電池只會提供最大電流，然后在不斷開連接的情況下自動限制其電流。

2. 未能控制每個包的充電，防止過度充電

在傳統(tǒng)的 VRLA 電池組中，充電器會定期進行均衡充電，以確保所有電池處于相同的 SOC。這是通過在短時間內(nèi)對 VRLA 進行過度充電來實現(xiàn)的，旨在去除鉛板上的硫酸鹽晶體。這可以清潔板并允許酸和鉛之間更好的相互作用。

鋰電池過度充電會造成嚴重損壞。過度充電會導致不可逆轉(zhuǎn)的損壞、過熱、內(nèi)部短路、電池排氣和熱失控。這些是所有鋰電池都需要 BMS 的主要原因。BMS 將監(jiān)控進入電池的電壓和電流并防止過度充電。如果電流或電壓超過安全水平，在過充電事件中，BMS 將禁用電池輸出并斷開電池與系統(tǒng)的連接。

在大型電池安裝中，電纜長度的差異，加上每個電池的不同內(nèi)阻（來自不同的 SOC、溫度或 SOH）將導致充電期間提供給每個電池的電流和電壓不同。某些電池會先于其他電池充滿電，從而導致其 BMS 斷開電池組與系統(tǒng)的連接。這可能會導致其他電池在臨界錐形充電期間接收過量電流。此外，內(nèi)阻較低的電池會比內(nèi)阻較高的電池接收更多的電流，從而導致額外的充電不平衡、發(fā)熱和老化效應(yīng)。

Green Cubes 能量平衡技術(shù)還控制進入每個電池的電流，優(yōu)化每個電池的充電并實現(xiàn)電池到電池的平衡。通過與其他電池和系統(tǒng)控制器的通信，每個電池都可以精確控制正確的電流和電壓量，以最有效地充電，并在充滿電時準確停止充電。由于每個電池都可以調(diào)節(jié)自己的充電電流，因此系統(tǒng)運行更高效、更安全，并優(yōu)化了電池的使用壽命。

3. 嘗試集成來自不同供應(yīng)商的包、整流器、控制器和管理軟件

在技術(shù)世界中，標準接口是司空見慣的。API、標準化連接器和工業(yè)貿(mào)易集團標準允許各種不同的設(shè)備相互通信和良好工作。對于鋰電池和 UPS 系統(tǒng)，情況并非如此（但還沒有！）。市場上有多種不同的電力系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，各有優(yōu)缺點。通常，設(shè)計人員希望在他們的系統(tǒng)中使用不同的組件，并通過軟件和硬件將它們集成以創(chuàng)建最佳解決方案。有時這是非常直接的，但通常集成這些組件是非常困難的，如果不是不可能的話。不同的協(xié)議、實現(xiàn)、數(shù)據(jù)集和連接器需要定制才能使其協(xié)同工作。這可能需要大量的時間和資源來解決。

Green Cubes 提供完整的 UPS 電源系統(tǒng)。EBT 已開發(fā)用于整個電力系統(tǒng)。這包括電源整流器、鋰電池組和智能系統(tǒng)控制器。所有這些組件都可以從一個位置進行控制，可以在 UPS 本地進行控制，也可以通過 SNMP v3 或我們的遠程控制軟件進行遠程控制。Green Cubes 的獨特之處在于，所有組件均由同一個工程團隊設(shè)計和測試，并且可以無縫協(xié)作。這消除了安裝過程中的集成工作，并使您的 IT 專業(yè)人員能夠?qū)Ｗ⒂谥匾氖虑椋罕M可能運行最好的電信、數(shù)據(jù)中心或 IT 基礎(chǔ)設(shè)施。

這些是設(shè)計人員在設(shè)計新的基于鋰的 UPS 系統(tǒng)時遇到的常見問題。Green Cubes 能量平衡技術(shù)旨在消除問題并提高鋰電池 UPS 系統(tǒng)的性能。

審核編輯：郭婷