UPS'de lityum demir fosfat pil uygulamasını tartışın
Lityum piller, 20 yıldan fazla bir süredir çeşitli uygulamalarda satılmaktadır. Öyleyse neden veri merkezi UPS'lerinde pillerde yaygın olarak kullanılmıyorlar? Aslında nedeni, diğer tüm uygulamalar gibi, lityum pillerin UPS tedarikçilerine UPS uygulamalarında fiyat, enerji yoğunluğu, güç ve güç sağlayamamasıdır. Güvenlik ve güvenilirlik arasında makul bir denge. Ancak son 10 yılda lityum iyon kimyası ve teknolojisindeki gelişmeler UPS tedarikçilerine uygun çözümler sağladı. Bu gelişmeler, büyük ölçüde elektrikli araç endüstrisinin gelişiminden kaynaklanmaktadır.
UPS kesintisiz güç kaynağı sisteminde, yedek pil paketi, tüm güç kaynağı sistemi için son savunma hattıdır.Aynı zamanda güç kaynağı bakımının odak noktası ve zorluğudur.Sistem kesintisi kazasında, pil paketinin neden olduğu arıza daha büyük bir orana sahiptir Bu nedenle, insanlar yedek pil teknolojisindeki değişiklikler konusunda daha dikkatli olacaklar.
Valf regülasyonlu kurşun-asit aküler, onlarca yıllık geliştirmelerin ardından birçok endüstride yaygın olarak kullanılmıştır Benzer şekilde, UPS veri merkezleri, iletişim ve çeşitli bilgisayar odalarında ilk tercihtir. Bununla birlikte, bilgi teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, insanlar güç kaynağı sisteminin güvenilirliği için daha yüksek gereksinimlere ve yeşil çevre korumasına ulaşma konusunda daha güçlü bir farkındalığa sahip oluyorlar.Bu nedenle, valf regülasyonlu kurşun-asit pillerin birçok sorununu çözmek daha acil hale geliyor.
Valf ayarlı kurşun asitli piller ile lityum demir fosfat pillerin karşılaştırması
1. Düşük kütle-enerji oranı, düşük hacim-enerji oranı, büyük pil ağırlığı ve geniş taban alanı.
2. Şarj etme ve boşaltma verimliliği düşüktür, şarj etme ve boşaltma verimliliği yaklaşık% 92'dir ve şarj etme ve boşaltma verimliliği bir kullanım süresinden sonra azalacaktır.
3. Valf regülasyonlu kurşun asitli akü, 5-8 yıllık tasarım ömrü ile kısa bir ömre sahiptir ve en pratik kullanım 3 ila 5 yıldır.
4. Çalışma ortamı yüksek sıcaklık gerektirir Sıcaklık 25 dereceyi aştığında, ortam sıcaklığı 7 ila 10 derece arttığında pil ömrü yarı yarıya azalacaktır.
5. Depolama bataryası, madencilik, işleme ve kullanım sırasında çevre için ciddi kirliliğe neden olabilecek büyük miktarda kurşun kullanır.
Yukarıdaki sorunları çözmek için, iletişim endüstrisinde lityum demir fosfat bataryalı yüksek güçlü UPS uygulamaları ve bazı tanınmış markalar artmaktadır UPS pazarındaki yeni bir trend, veri merkezlerinde ve UPS uygulamalarında lityum-iyon bataryalara artan ilgidir. Geleneksel kurşun asitli pillerle karşılaştırıldığında, lityum iyon piller daha uzun hizmet ömrüne, daha küçük boyuta ve ağırlığa, daha geniş bir ortam aralığında çalışabilme özelliğine sahiptir ve büyük akımlarla hızlı bir şekilde şarj edilip boşaltılabilir ve üstün yüksek sıcaklık direncine sahiptir. 10 65 , yine de normal şekilde çalışabilir; toplam sahip olma maliyeti (TCO) daha iyidir.
Lityum demir fosfat pilin iç yapısı ve çalışma prensibi
Lityum demir fosfat pilin iç yapısı Şekil 1'de gösterildiği gibi plakalar, ayırıcılar, elektrolit, kabuk, emniyet valfi, terminaller vb. Olarak ayrılabilir.
Şekil 1 LiFePO4 pilin iç yapısı
Solda pilin pozitif ucuna alüminyum folyo ile bağlanan pilin pozitif elektrodu olivin yapılı LiFePO4, sağda ise pilin negatif kutbuna bakır folyo ile bağlanan karbondan (grafit) oluşan pilin negatif elektrodu ve ortada ayırıcı yer almaktadır. Negatif elektrot ayrılır, ancak lityum iyon Li + geçebilir ancak elektron e- geçemez Pilin üst ve alt uçları arasında lityum iyonlarının hareketi için bir taşıma ortamı sağlayan pilin elektroliti bulunur.
LiFePO4 pil şarj edildiğinde, harici akım negatif elektrottan pozitif elektrota akar, bu da pozitif elektrottaki lityum iyon Li + 'nın lityum demir fosfat gibi geçiş metal oksitlerinin kafesinden kaçmasına ve diyaframdan negatif elektrota geçmek için sıvı elektrolit köprüsünden geçmesine neden olur Karbon malzeme negatif elektrodunun katmanlı yapısında. Pozitif elektrot malzemesinin hacmi lityum iyonlarının uzaklaştırılmasına bağlı olarak değişir, ancak iskelet yapısı değişmeden kalır.
LiFePO4 pil boşaldığında, negatif elektrottaki lityum iyon Li + karbon malzeme katmanından salınır, sıvı elektrolitin köprüsünden geçer, ayırıcıdan pozitif elektroda geçer ve pozitif elektrot malzemesinin kristal kafesine gömülür ve akım pozitif elektrottan harici yük aracılığıyla akar. Negatif elektroda akış.
Lityum demir fosfat malzemesi, stabil bir kristal yapıya sahip olivin tipi bir fosfat lityum interkalasyon malzemesidir ve yükleme ve boşaltma sırasında kolayca deforme olmaz veya hasar görmez. Benzer şekilde, lityum iyonlarının tekrar tekrar eklenmesi ve ekstraksiyonu, yalnızca negatif elektrot malzemesinin katman aralığında değişikliklere neden olacak ve malzemenin kristal yapısına zarar vermeyecektir. Lityum iyon pillere sallanan koltuk pilleri de denir. Lityum demir fosfatın kristal yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir.
Şekil 2 LiFePO4 kristal yapısı
Lityum demir fosfat pilin özellikleri
Lityum demir fosfat pillerin ana teknik noktaları şu şekildedir: nominal voltaj 3.2V, genel şarj akımı 0.2 ~ 0.5C, maksimum şarj akımı 1 ~ 1.5C, şarj voltajı 3.65V'nin altında olduğunda kararlı performans; genel deşarj akımı 0.5 ~ 1C'dir. , Maksimum deşarj akımı 5 ~ 10C, son deşarj voltajı 2.0V; şarj çalışma sıcaklığı aralığı 0 ~ 55 ve boşaltma çalışma sıcaklığı aralığı -20 ~ 60 .
Lityum demir fosfat pil aşağıdaki avantajlara sahiptir:
1. Yüksek çıkış voltajı: lityum demir fosfat pilin çalışma voltajı aralığı: 2.5 3.6V, platform yaklaşık 3.2V;
2. Güçlü güvenlik: Lityum demir fosfat katot malzemesi iyi elektrokimyasal performansa sahiptir, şarj ve boşaltma platformu çok kararlıdır, yapı şarj ve deşarj işlemi sırasında stabildir ve sıfır volta kadar aşırı deşarj edilebilir. Pil içeride veya dışarıda hasar görse bile, pil yanmaz veya patlamaz ve güvenlik iyidir;
3. İyi yüksek sıcaklık performansı: Dış sıcaklık 65 olduğunda, iç sıcaklık 95 kadar yüksektir ve akü boşaldığında sıcaklık 160 'a ulaşabilir.Pil yapısı güvenli ve sağlamdır;
4. Yüksek verimli çıktı: standart deşarj 2 5C'dir, sürekli yüksek akım deşarjı 10C'ye ulaşabilir, anlık darbe deşarjı (10S) 20C'ye ulaşabilir;
5. Yüksek çevrim ömrü: 500 döngüden sonra, boşaltma kapasitesi hala% 95'in üzerindedir;
6. Kolay kullanım: hızlı şarj;
7. Çevre koruma: tüm üretim süreci temiz ve toksik değildir. Tüm hammaddeler toksik değildir.
8 Nadir olmayan kaynaklar: Lityum demir fosfat piller malzeme olarak fosforik asit, lityum ve demir kaynaklarını kullanır ve stratejik veya nadir kaynaklar yoktur.
Lityum demir fosfat ve diğer lityum iyonları arasındaki performans karşılaştırması
Lityum kobalt oksit (LiCoO2), lityum nikel oksit (LiNiO2), lityum manganat (LiMn2O4) ve lityum demir fosfatın (LiFePO4) performans karşılaştırması Tablo 1'de gösterilmektedir.
Tablo 1 Lityum demir fosfat pil ürünlerinin testi
Sanayi ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı Kalite Kontrol Merkezinin denetim raporuna göre 19 test göstergesinin tamamı nitelikli olup, ana göstergeleri Tablo 2'de gösterilmiştir.
Tablo 2 (700Ah) lityum demir fosfat pil inceleme raporu
Lityum demir fosfat ve valf regülasyonlu kurşun asit bataryalar arasındaki performans karşılaştırması (bkz.Tablo 3)
Tablo 3 Lityum demir fosfat pil ve kurşun asit pilin performans karşılaştırması
UPS'de lityum demir fosfat akü Güç kaynağı sisteminde uygulama
Lityum demir fosfat pillerin özellikleri göz önüne alındığında, UPS güç kaynağı sistemi kurulduğunda, yalnızca UPS'in pil takımına şarj voltajını lityum pilin gerektirdiği voltaja ayarlamak gerekir. Çünkü lityum pil uzun süre şarj edilmiş olsa bile, kendi IBMS denge koruma işlevi sayesinde pil performansının değiştirilmesi kolay değildir.
Akıllı aralıklı şarj ve deşarj yönetimi, şekilde gösterildiği gibi aşağıdaki iki adıma bölünmüştür: Sabit akım-sabit voltaj şarj aşaması: Pil paketi şarj devresi, her bir pilin voltajına göre şarj kontrolü gerçekleştirir ve şarj gereksinimlerini karşılamak için pil hücrelerinin ve pil paketlerinin şarj voltajını kontrol eder. Tüm piller tamamen şarj olana kadar voltaj gereksinimlerini sınırlayın (şarj sınır voltajı: pil hücresi 3.7V);
Aralıklı yeniden şarj aşaması: Pil paketi, tüm sabit akım sabit voltaj şarj sürecini tamamladıktan sonra, kapasite pil paketinin şarj sınır voltajının başlangıç kapasitesinin SOC'sine düşürülene kadar (X'in 75 değerini alması durumunda) açık devre durma durumuna girmek için pil paketi BMS tarafından kontrol edilir. 95), pil paketi ek şarj durumuna yeniden girmek için BMS tarafından kontrol edilir ve ek şarj yöntemi de sabit akım sabit voltaj şarj yöntemini takip eder; açık devre statik durumunda, AC gücü kesilirse, BMS pil paketini gecikmeden kontrol edebilmelidir. Deşarj durumunu girin (bkz. Şekil 4).
Şekil 4 Batarya paketi aralıklı şarj ve deşarj yönetiminin şematik diyagramı
T1 ve T3 şarj sürecidir, T1 sabit akım-sabit voltaj şarj fazıdır, T3 aralıklı şarj fazıdır; T2 pil paketinin açık devre statik fazıdır; T4 pil paketini boşaltma sürecidir.
Güç kaynağı Uygulama şeması ve lityum demir fosfat yatırımı ve sızdırmaz valf kontrol pil paketi ile karşılaştırıldığında
Örnek-Veri merkezi UPS pil kapasitesi yapılandırması:
Akü odası klimasının ortam sıcaklığı 25 , UPS sistem kapasitesi 200 kVA (396V / 425A) ve akü boşalma süresi 0,5 saattir. Hesaplamadan sonra bir set 396V / 500Ah kurşun-asit batarya veya bir set 396V / 200Ah demir-lityum batarya gereklidir. Makine dairesinin aynı yük taşıma koşulları göz önüne alındığında, ikincisi birincisinin% 28'ini kaplar ve ikincisi birincisinin% 16'sını kaplar. Lityum demir fosfat pillerin yüksek akım deşarj özelliklerinden yararlanarak, bilgisayar odasının alan ve yük taşıma gereksinimlerini azaltarak, dağıtılmış güç kaynağına ulaşmak daha kolaydır.
Lityum pil, lityum pil katmanının güvenilirliğini sağlamak için pil hücresinden pil dolabına kadar üç katmanlı bir pil yönetim sistemi ve pil dolabı paralel sistemi kullanır. Huawei'in lityum pil yönetim sistemi, pil hücresi voltajı ve sıcaklık algılama, hücre akımı paylaşım yönetimi, şarj ve deşarj algılama, SOC, SOH yönetimi, alarm yönetimi ve rapor analizi gibi işlevlere sahiptir. Batarya arızalarının zamanında tespitini, erken uyarı ve aktif izolasyonu gerçekleştirin.
İkincisi, lityum pil, yeni ve eski pil kabinlerinin karıştırılmasını destekleyen endüstrinin benzersiz aktif akım paylaşım teknolojisine sahiptir.Lityum pil kabinlerinin dolaşım akımı% 2'nin altında kontrol edilebilir, bu da Capex'i önemli ölçüde azaltır.
Donanım tasarımı açısından, lityum pil kabini bir devre kesici ile donatılmıştır ve pil yönetim modülü, bir arıza meydana geldiğinde hızlı eylemi sağlamak ve pili korumak için bir sigorta ve bir röle ile donatılmıştır.
İşletim ve bakım yönetimi açısından, lityum pil yönetim sistemi UPS yönetim sistemine entegre edilebilir ve pil yönetimi ve UPS yönetim sistemi tam bir sistemdir. Lityum pil yönetim sistemi, pil bilgilerini UPS sistemine yükleyebilir ve akıllı pil yönetimi sağlamak, algılama sıklığını azaltmak ve lityum pil çalışma durumunu herhangi bir zamanda kontrol edilebilir, yönetilebilir ve kontrol edilebilir hale getirmek için Huawei UPS ve ağ yönetim sistemi ile işbirliği yapabilir.
son sözler
Lityum iyon pillerin düşük benimsenme oranının nedeni, başlangıç maliyetinin yüksek olması ve güvenliğin garanti edilmemesidir. Bununla birlikte, lityum iyon pil teknolojisinin olgunlaşması ve üretim kapasitesinin artmasıyla birlikte, daha fazla tedarikçinin lityum demir fosfat pil UPS uygulamaları alanına girmeye başladığını ve son kullanıcıların veri merkezlerinin tam yaşam döngüsü uygulamasını anlayacağına inanıyoruz. Lityum iyon pillerin kullanımı, artan planlama ve bütçelemeye tabidir. Veri merkezlerindeki enerji depolama devrimi halihazırda devam ediyor.
