非凡蓄电池在过去的几年中,锂电池技术和结构构造具有很大的进化与演变,其性能、安全性和成本都得到了显著改善。电动汽车市场以及其他
市场需求推动了锂电池技术的重大演变,而三相UPS电源也将使用锂电池。另一方面,很多的UPS供电系统仍在使用传统的铅酸蓄电池
,其性能几十年来几乎没有什么大的改变。而在数据中心行业应用之外,智能手机和电动汽车采用的新型储能技术得到了研究进展,
因此UPS将会采用这种更好的储能技术。
施耐德电气认为,数据中心供电系统采用锂电池将成为一种趋势。在电动汽车市场以及其他市场需求的推动下,锂电池技术和结构构
造有了很大的进化与演变,其性能、安全性和成本都得到了显著改善。相比传统的铅酸蓄电池,采用新型储能技术能更好的得到研究
进展,因此UPS将会采用这种更好的储能技术。另外关键建筑、工业流程,以及关键基础设施领域客户面临的挑战也都推动了UPS电源
储能方式的创新。
非凡蓄电池在过去的20年里,锂电池已应用在各种商业应用中,但是因为其成本比较高昂,很少被用于数据中心UPS中。几年前,锂电池的成本是
铅酸蓄电池的5到10倍。现在,其成本溢价仅为铅酸蓄电池的1.5到3倍。经过施耐德电气总拥有成本(TCO)分析,如果使用年限为10年
,采用锂电池的成本将节省约10%。
另一个限制锂电池在数据中心行业应用的原因是安全问题。多年来其安全性已取得了很大的进展,化学材料变化和包装上的改进使锂
电池的性质更加稳定,生产工艺和过程成熟可靠,采用的材料更加耐用,采用电池管理方案进行测试和现场验证,以防止锂电池过充
电或过热。如今数以亿计的便携式电子产品,例如智能手机和电动汽车大量使用锂电池,都证明了锂电池的安全性。
目前对于数据中心行业来说,能否大限度地利用现有空间,大限度减少运营费用,特别是UPS电源冷却能耗,电池维修和电池更换
服务费用尤为重要。而锂电池因为其优良的性能成为解决这些问题的关键。
锂电池与传统的铅酸电池相比,具有明显优势:
体积更小:与铅酸蓄电池相比,在提供相同功率的情况下,其占用空间仅为后者的三分之一。帮助客户增加现有IT系统的部署规模,
同时降低散热需求,节约投资成本和运营成本;
对温度波动不敏感:使客户可以降低制冷需求,减少UPS电源的使用空间;
寿命更长:平均工作寿命为10到15年,而铅酸电池只能持续4到6年,更长的保质期有效降低了电池更换的成本和维护负担;
电池管理系统(BMS)进行管理:由微处理器、传感器、开关及其相关电路自动收集和报告所需的数据,以准确了解电池系统的健康状
况,进一步降低工作人员的维护负担。这些数据包括电池温度,充电量和充电率以防止短路和过充。该系统也有助于保护电池免受损
坏,防止电压过低或放电。该BMS系统为用户提供UPS和电池状态的准确信息,健康状态和有效运行时间。
对于未来锂电池对数据中心行业的影响,施耐德电气数据中心科研中心高级研究分析师帕特里克·多诺万表示:“与传统的阀控免维
护铅蓄电池相比,锂电池减少重量和空间方面有着显著的优势,并可以提供双倍的工作寿命。然而现在,锂电池的价格仍然是铅酸蓄
电池系统的两至三倍,在短期内铅酸蓄电池仍将可能是占主导地位和低成本的能源储存解决方案。但除了这些简单的规格比较之外,
锂电池可能会对未来的数据中心产业产生更大的影响,因为越来越多的企业希望采用基于开放式计算的体系结构,他们将会指定采用
锂电池作为机架中服务器电源的供电单元。”
电池信息存储提供两类存储器,及EEPROM和可锁定EEPROM。EEPROM是真正的非易失(NV)存储器,用来保存重要的电池数据,不会因电
池过度放电、偶然短路或ESD事件丢失数据。可锁定EEPROM在锁定后相当于只读存储器(ROM),用于更安全地保存不再改变的电池数据
。
保护模式
过压
如果在VDD检测的电池电压超过过压阈值VOV时间大于过压延迟时间tOVD,则DS2720关闭充电FET,并将保护寄存器的OV置位。在过压期
间,放电通路保持开放。除非被另外保护条件锁定,当电池电压降到充电使能阈值VCE以下或由于放电导致VDD - VPLS > VOC时,充电
FET被重新使能。
欠压
如果在VDD检测的电池电压低于欠压阈值VUV时间大于欠压延迟时间tUVD,则DS2720关闭充电和放电FET,并将保护寄存器的UV置位,使
其进入休眠模式。当电池电压升到VUV以上和连接充电器后,IC打开充电和放电FET。
短路
如果在VDD检测的电池电压低于放电阈值VSC时间达到延迟时间tSCD,则DS2720关闭充电和放电FET,并将保护寄存器的DOC置位。除非
PLS上的电压升至大于VDD - VOC,否则充电和放电FET不会导通。DS2720提供流经内部VDD至PLS电阻RTST的测试电流,当VDD升至大于
VSC时上拉PLS。DS2720利用此测试电流检测有害低阻抗负载的移除。另外,测试电流还提供了流经RTST,由PLS到VDD的恢复性充电通
路。
过流
若加在保护FET的电压(VDD - VPLS)大于VOC的时间超过了tOCD,则DS2720关断外部充电和放电FET,并将保护寄存器DOC置位。直到PLS
上的电压升至大于VDD - VOC时电路才会导通。DS2720提供流经内部VDD至PLS电阻RTST的测试电流来检测有害低阻抗负载的移除。
过热
若DS2720温度超过TMAX,则立即关断外部充电和放电FET。在以下两个条件满足前FET不会导通:电池温度降到低于TMAX,主机将OT复
位。
充电温度
应尽量在室温下充电。镍基电池应在10°C至30°C (50°F至86°F)之间快速充电。低于5°C (41°F)和高于45°C (113°F)时镍基电
池的充电能力急剧下降。锂离子电池在整个温度范围内呈现良好的充电性能,但低于5°C (41°F)时充电速率应小于1°C。
结论
NiMH充电器可为NiCd电池充电,反之则不行。NiCd电池专用的充电器将会使NiMH电池过充。快速充电可增强镍基电池的寿命和性能,
这是因为快速充电降低了内部结晶引起的记忆效应。镍基和锂基电池要求不同的充电算法。Li+电池需要保护电路来监控和保护过流、
短路、过压、欠压以及过热。注意,在电池不常使用时,应从充电器中取出,在使用前对电池浮充。
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