锂电池负载数据中心使用锂电池的优缺点|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

数据中心使用锂电池的优缺点

阀控型铅酸(VRLA)蓄电池常用于不间断电源（UPS）系统的三相来源。由于其重量与尺寸的缘故，数据中心需具备强化的承载结构。VRLA电池的性能特性也会受温度影响，进而增加空调系统的负载。VRLA电池并非特别耐用且需定时更换，这也造成营运成本的增加。

由于VRLA电池没有经济可行的替代方式，因此设计工程师必须忍受其缺点。不过，近年来锂电池的情况有所改变。直到目前为止，由于在价格、能源、容量、安全与可靠性之间未达到合理平衡，因此数据中心的不间断电源系统并没有使用的可行性。

但由于电动车技术的进步，此问题已获得解决。第一部由锂电池供电的不间断电源系统已于2016年上市。现在所有的主要大厂皆使用锂电池，此方向已公认为最有希望的选择。根据BloombergNewEnergyFinance报导，截至2025年，锂电池解决方案将占数据中心使用UPS市场的40%。

锂电池的优缺点

消费电子公司通常使用锂钴电池，该电池容量可达多个安培时，这些不间断电源系统均搭载矩形的锂锰电池。而其安装容量为60安培时，并搭载更长的使用寿命与多种程度的故障防护。

有时个别模块，甚至个别电池需负责监控重要性能参数，如温度、电压和电流。有时电源机柜或甚至整部系统都可负责此监控流程。必须实施监控才能完全掌控充电与放电流程，避免发生临界加热与不可逆的化学程序。锂电池也具备更高的能量密度(Wh/kg)与更高的输出功率密度(W/kg)。拥有与铅酸电池相似的能量储存容量，而重量则是铅酸电池的三分之一不到，此优点有助于降低系统的总质量达60-80%。

近年来，数据中心因空间限制与更高效率营运的需求而皆以增加其功率密度为主要目标。更有效率的可用空间俨然是数据中心拥有者最重要的工作之一。体积小巧的锂电池能减少在不间断电源系统中的占用空间达50-80%。

此类电池的充电时间更少且自行放电的速率更佳，当发生频繁的运行中断时可扮演重要的角色。闲置时，锂电池每月会损失约1-2%的电量。最重要的优势为其长效的使用寿命。铅酸电池的使用寿命极短，只有3至6年。

而另一方面，锂电池则能持续使用约10年。根据不同的化学、技术与温度，锂电池的充电效率可长达5,000次生命周期且免维护，而铅酸电池的平均充电效率则只有700次生命周期。

锂电池的整体拥有成本为期10年（数据中心UPS的平均使用寿命），相较之下铅酸电池少了39%。尽管此为乐观预估值，但至少能保证节省10%。锂电池唯一一个严重的缺点就是初期投资明显更高。

这也是为何大型数据中心早已成为导入新型解决方案的先驱。此设施更重要的目的在于降低整体拥有成本，而非短期获利，即便在此情况下积少成多的节省成本仍相当可观。另外，小型电池的好处能更有效的利用可用空间，同时可靠的监控系统也能确保更优异的安全及稳定的性能。

锂电池可在比VRLA更高温度下运行，而不会损失容量，并可降低冷却系统的负荷。当然，甚至还有配备锂电池的单相UPS。各种应用模型都是从最大数据中心开始、其次为工业应用，最后于小型服务器室或甚至个别机架结束。

方便更换

所有客户最后都会自问的最重要问题是：目前是否是将不间断电源系统升级为锂电池的适当时机？ 若要回答此问题，首先要考虑的是技术容量的可用性。新电池无法适用于所有UPS机型，因此可能需要重大的硬件与嵌入式软件升级。即使在相同的标称电压下，电池充电与放电的特性也会有不同。

在数据中心中一般UPS系统的预期寿命通常为10-15年。铅酸电池可使用3-6年，而锂电池可使用长达10年或甚至更久。在UPS系统（低于5年）的使用初期，大量更换为铅酸电池可证明其实用性。

不过换成锂电池后，极可能到UPS系统使用寿命结束时锂电池还能使用。若您的不间断电源系统使用寿命接近中期，电池使用寿命可能更长，因此在大多数情况下更换电池根本毫无意义。在其使用寿命结束时，应考虑将您整套的UPS系统换为全新的锂电池解决方案。不过，即便对老旧的UPS系统而言，安装昂贵的电池仍十分方便。您应考虑其价格不断下降，以及老旧系统维护成本与完全更换成本的比率。

预测及展望

尽管由锂电池供电的UPS系统能持续降低营运成本及整体拥有成本，但大部分的客户仍采用历经时间检验的VRLA解决方案。首先可通过使用锂电池只有长期优势的观点解释此现象。

不过，这确实会大幅增加资金成本。在任何情况下，客户在创新的投资部分每年都持续成长且只涨不跌。对大型数据中心而言，节省的数量会十分庞大，因此锂电池供电系统将会在企业部门逐渐增加。锂离子化学也持续在进步中。新解决方案和技术将随时间出现，而锂电池的价格将进一步下降。

干货锂电池最经典的14问是什么？

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干货丨如何设计提高电池电芯的容量密度？

1、锂离子安全特性是如何实现的？

a、隔膜135℃自动关断保护，采用国际先进的Celgars2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下，PE复合膜两侧的膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓。电池升温达到135 ℃时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。

b、向电解液中加入添加剂在电池过充，电池电压高于4.2V的条件下，电解液添加剂与电解液中其他物质聚合，电池内阻大幅度增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。

c、电池盖复合结构电池盖采用刻痕防爆球结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。

d、各种环境滥用测试进行各项滥用实验，如外部短路、过充、针刺、冲击、焚烧等，考察电池安全性能。同时对电池进行温度冲击实验和振动、跌落、冲击等力学性能实验，考察电池在实际使用环境焉的性能情况。

2、为什么恒压充电电流为逐渐减少？

因为恒流过程终止时，电池内部的电化学极化然保持再整个恒流中相同的水平，恒压过程，再恒定电场作用下，内部Li+的浓差极化在逐渐消除，离子的迁移数和速度表现为电流逐渐减少。

3、什么是电池的容量？

电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。Li-ion规定电池在常温、恒流（1C）恒压（4.2V）控制的充电条件下充电3h，电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。容量常见单位有：mAh、Ah=1000mAh）。

4、什么是电池内阻？

是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。是衡量电池性能的一个重要参数。

注：一般以充电态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量，而不能用万用表欧姆档测量。

5、什么是开路电压？

充满电后开路电压为4.1-4.2V左右，放电后开压为3.0V左右，通过电池的开路电压，可以判断电池的荷电状态。什么是工作电压？放电工作电压在3.6V左右。

6、电池的内部气压？

指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、内压增大，严重时对电池的性能及外观产生破坏性影响，如漏液、鼓底，电池内阻增大，放电时间及循环寿命变短等。 Li-ion任何形式的过以都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。帮Li-ion在充电过程中需采用恒流恒压充电方式，避免对电池产生过充。

7、为什么电池要储存一段时间后才能包装出货？

电池的储存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要参数。电池经过一定时间储存后，允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。经过了一段时间的储存，可以让内部各成分的电化学性能稳定下来，可以了解该电池的自放电性能的大小，以便保证电池的品质。

8、为什么要化成？

电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成，电池粉有经过化成后才能体现真实性能。

9、什么是分容？

电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类的过程称为分容。

10、什么是压降？

电池按定性充电至80%以上，测量其电池空载电压。5W/2W电池作为负载连接电池正负极端开关作为电池的断路，通路的装置进行串联。打开开关后5秒电压下降不大于0.4V，为合格主要为测试电池负载性能。

11、什么是静态电阻？什么是动态电阻？

a、静态电阻即放电时电池内阻。

b、动态电阻即充电时电池内阻。

12、正负极都用什么焊接方式？

a、正极用超声波焊机。

b、负极用点焊机。

13、电池芯贴胶纸的目的和位置？

a、电池芯贴纸的位置在电芯卷绕成型后不变形。底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触电池造成短路。

b、侧面贴纸使电芯卷绕成型后不变形。底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触造成电池短路。

14、干燥房的湿度要求？电池在注液前为何要称重？

a、相对湿度在6%以下。

b、称重以便准确计算注液量多少。

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锂电池负载数据中心使用锂电池的优缺点

数据中心使用锂电池的优缺点

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