施耐德電氣：從四個(gè)角度考量鋰電池的安全性

作為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的“最后一道屏障”，新的電池技術(shù)正引發(fā)一場(chǎng)巨大的新能源革命。根據(jù)2017年Uptime的全球數(shù)據(jù)中心調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，10%的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)采用了鋰離子電池（以下簡(jiǎn)稱鋰電池）作為UPS電源的儲(chǔ)能設(shè)備。全球能效管理和自動(dòng)化領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的領(lǐng)導(dǎo)者施耐德電氣則預(yù)計(jì)，未來3年UPS用鋰電池的年均增速都將超過100%。

與鉛酸電池相比，鋰電池具有無(wú)可匹敵的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：數(shù)倍于鉛酸電池的能量密度讓鋰電池的占地空間減少了60%以上；重量減少了70%以上；對(duì)高溫適應(yīng)能力更強(qiáng)；放電后能快速回充，循環(huán)次數(shù)4倍于鉛酸電池；10-15年的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)和高循環(huán)次數(shù)，使得鋰電池在UPS的10年生命周期內(nèi)都無(wú)需更換，降低了維護(hù)和更換成本，最終幫助用戶降低TCO，獲得最大的商業(yè)價(jià)值。

施耐德電氣：從四個(gè)角度考量鋰電池的安全性

在中國(guó)，UPS改用鋰電池的趨勢(shì)將更加迅猛。作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施解決方案和服務(wù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，施耐德電氣通過對(duì)市場(chǎng)的精準(zhǔn)定位及調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除了采購(gòu)價(jià)格因素外，目前中國(guó)客戶在選擇UPS鋰電池的關(guān)注點(diǎn)主要集中在安全方面。作為數(shù)據(jù)中心里面最大的儲(chǔ)能部件，鋰電池的安全很大程度上取決于以下四點(diǎn)，施耐德電氣提醒廣大用戶在選型時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：

1. 高質(zhì)量的電芯生產(chǎn)和質(zhì)量管控

目前全球頂級(jí)的鋰電池制造商都已經(jīng)采用了先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，只有通過高質(zhì)量的生產(chǎn)工藝管控才能保證電芯的高品質(zhì)和高度一致性。鋰電芯生產(chǎn)完畢后，需要再將多只電芯通過串并聯(lián)組成電池模組（俗稱Module），這一過程中需要將電池的正負(fù)極端子進(jìn)行連接，大廠商通常采用的是激光焊接機(jī)進(jìn)行端子的焊接，以減少接觸電阻，保證端子連接的可靠性。而小廠商則普遍采用手動(dòng)螺栓螺母壓接的方式，難以保證端子的可靠連接，可能給將來的長(zhǎng)期運(yùn)行帶來隱患。

由于鋰電池的嚴(yán)格質(zhì)量管控，加上自身循環(huán)壽命相比鉛酸電池有了很大的提升，因此在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，很多大品牌的鋰電池可以做到10年質(zhì)保。

2. 完善的BMS設(shè)計(jì)

BMS（電池管理系統(tǒng)）是整個(gè)鋰電池系統(tǒng)安全的核心技術(shù)所在。當(dāng)電池發(fā)生任何過壓充電、過流放電、電池短路等故障時(shí)，通過BMS可以迅速切斷故障電流，防止電池發(fā)生熱失控風(fēng)險(xiǎn)。施耐德電氣認(rèn)為鋰電池BMS不僅要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)電芯的電壓電流溫度等狀態(tài)，提供電池健康趨勢(shì)分析，更重要的是它可以主動(dòng)平衡電芯的充放電，最終改善各個(gè)電芯的一致性，避免因?yàn)槟就岸贪逍?yīng)導(dǎo)致的整組電池失效。目前國(guó)際一線品牌的鋰電池廠商都是自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)BMS，以確保自己電芯和BMS的性能匹配和充放電安全。

3. 鋰電池的化學(xué)材料

對(duì)于數(shù)據(jù)中心UPS而言，由于其短時(shí)間大電流放電、放電功率大、長(zhǎng)期備電浮充等應(yīng)用特點(diǎn)，比較適合的是磷酸鐵鋰、錳酸鋰、NCM三元鋰技術(shù)。

中國(guó)市場(chǎng)上主要是三元鋰和磷酸鐵鋰，雖然兩者在能量密度及安全性方面的爭(zhēng)論不休，但不可否認(rèn)的是，這些爭(zhēng)論只是局限在了鋰電池正極材料理論性能的一個(gè)方面。施耐德電氣認(rèn)為，鋰電池系統(tǒng)的安全，需要綜合考慮負(fù)極材料、電解液、隔膜材料、電芯外殼封裝、電池模塊成組、BMS、熔絲保護(hù)、直流斷路器、生產(chǎn)制造工藝水平、質(zhì)量管控等眾多因素。由于鋰電池正極材料而產(chǎn)生的問題還不到所有鋰電池系統(tǒng)問題的10%。施耐德電氣建議，用戶應(yīng)該針對(duì)UPS鋰電池的安全性、能量密度、成本進(jìn)行綜合權(quán)衡，選擇大品牌公司的鋰電池系統(tǒng)才能得到可靠的質(zhì)量保障。

4. 鋰電池與UPS的兼容性測(cè)試

與鉛酸電池不同，鋰電池是自帶BMS的，是一種智能型電池，具備自我管控能力，并與UPS主機(jī)進(jìn)行通訊。當(dāng)鋰電池充滿電后它會(huì)自動(dòng)從UPS充電器上脫開，傳統(tǒng)的UPS軟件設(shè)計(jì)可能會(huì)認(rèn)為這是電池故障而發(fā)出告警。更重要的是，不同材質(zhì)的鋰電池充放電電壓、電流，截止電壓等都不相同，例如磷酸鐵鋰電芯的額定電壓是3.2V，而三元鋰則是3.8V。因此，在使用鋰電池前UPS需要與之進(jìn)行嚴(yán)格的匹配測(cè)試才可以，并需要針對(duì)這款鋰電池對(duì)UPS更新固件。

值得一提的是，施耐德電氣公司近年來上市的UPS都已經(jīng)具備了鋰電池的兼容性。UPS采用的高倍率鋰電池可以進(jìn)行短時(shí)間大電流充放電，與此對(duì)應(yīng)的是UPS充電器設(shè)計(jì)也需要適應(yīng)這一變化。施耐德電氣新型Galaxy V系列UPS充電功率可達(dá)UPS輸出額定功率的40%（傳統(tǒng)的僅為10~15%），如此強(qiáng)大的充電器理論上可在30分鐘~1小時(shí)內(nèi)將鋰電池快速充滿。

隨著鋰電池技術(shù)的成熟完善和成本日益優(yōu)化，數(shù)據(jù)中心UPS將快速地完成從鉛酸電池向鋰電池的轉(zhuǎn)換。自2012全球第一個(gè)鋰電池?cái)?shù)據(jù)中心投入使用起，施耐德電氣在推動(dòng)鋰電池技術(shù)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用方面始終作為領(lǐng)軍人物，憑借強(qiáng)大的品牌與技術(shù)革新力量，始終走在這場(chǎng)數(shù)據(jù)中心新能源技術(shù)改革的前沿，帶領(lǐng)整個(gè)行業(yè)不斷前行。

（可兼容多種前瞻儲(chǔ)能技術(shù)，包括鋰電池的施耐德電氣Galaxy VX UPS）