避免UPS设计人员在升级到锂电池时遇到的3大问题

与传统 VRLA 设计相比，为电信或数据中心应用设计基于锂的电池备份系统提出了新的不同挑战。平衡进出电池组的能量流是一个关键的设计参数。设计人员必须确保在所有条件下都可用，同时优化电池的性能。设计人员在设计基于锂电池的系统时会遇到 3 个主要问题。

本文介绍了设计人员在转向锂电池时面临的 3 个常见问题，以及 Green Cubes 如何开发一项正在申请专利的能量平衡技术 (EBT) 来解决这些挑战、降低成本并优化锂离子电池在 UPS 应用中的使用。

最近，电信和数据中心的设计人员开始强烈考虑将锂电池用于他们的新装置，并改造他们现有的UPS 装置。使用锂电池有许多关键优势，特别是成本、寿命、节省空间和提高性能。为电信机架、数据中心或其他 IT 基础设施设计基于锂电池的备用电源系统与传统的 VRLA 系统设计大不相同。

为了充分体验锂的优势，设计人员必须考虑到它们的运行方式与传统 VRLA 系统略有不同。Green Cubes Technologies 遇到了 3 个主要问题。为了解决这些问题，Green Cubes 在其电信和数据中心电源和 UPS 系统中开发并部署了正在申请专利的能量平衡技术 (EBT)。了解这些问题是什么，以及 EBT 如何帮助解决这些问题。

1. 使用电缆长度和母线加大尺寸以确保所有电池的电流消耗相等

当多个电池并联放置时，设计人员必须努力控制在放电事件期间从每个电池组汲取的电流。在正常操作下，整流器控制直流总线上的电压，但在放电事件期间，总线上的电压会下降。这种电压降称为压降，会导致设备过早关闭。电压降与电流直接相关，因为电压等于电流乘以电阻 (V=I*R)。从电池系统汲取的电流可以从数十安培到数千安培不等。为了将电流平均分配到每个电池组，设计人员通常使用等长的电缆来确保电阻，因此理论上从每个电池组到汇流条的压降是相等的。在实践中，每个电池组都有一个内阻，该内阻受许多因素的影响，例如温度、老化和循环次数。每组的内阻不相等，并且会导致在放电事件期间来自每组的电流不相等。

在锂电池系统中，在电池组之间平均分配电流更为重要。锂电池组都包含一个电池管理系统 (BMS)，可监控电池的关键参数，包括电流、电压、温度等。当测量到的参数超过安全限值时，BMS 将禁用电池的输出，直到故障被清除。在电流没有平均分配给电池组中的锂电池的情况下，一包可能会超过安全电流放电限制，电池将禁用输出。然后，这会将电流转移到其他电池，可能会导致电池由于过流限制而关闭其输出的级联效应。这可能会导致整个锂电池组出现故障，进而导致系统在发生严重放电事件时出现故障。

Green Cubes 在所有用于 UPS 电源系统的锂电池组中开发了正在申请专利的能量平衡技术。该技术在所有电池之间进行通信，并自动均衡所有电池的放电电流。这种电流分布在每个电池上得到主动管理，并自动补偿不等的电池电缆长度、不同的电池内阻和负载电流的变化。该技术还可以补偿整个 UPS 的不同充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH)。此外，该技术消除了级联过电流故障的可能性，因为电池只会提供最大电流，然后在不断开连接的情况下自动限制其电流。

2. 未能控制每个包的充电，防止过度充电

在传统的 VRLA 电池组中，充电器会定期进行均衡充电，以确保所有电池处于相同的 SOC。这是通过在短时间内对 VRLA 进行过度充电来实现的，旨在去除铅板上的硫酸盐晶体。这可以清洁板并允许酸和铅之间更好的相互作用。

锂电池过度充电会造成严重损坏。过度充电会导致不可逆转的损坏、过热、内部短路、电池排气和热失控。这些是所有锂电池都需要 BMS 的主要原因。BMS 将监控进入电池的电压和电流并防止过度充电。如果电流或电压超过安全水平，在过充电事件中，BMS 将禁用电池输出并断开电池与系统的连接。

在大型电池安装中，电缆长度的差异，加上每个电池的不同内阻（来自不同的 SOC、温度或 SOH）将导致充电期间提供给每个电池的电流和电压不同。某些电池会先于其他电池充满电，从而导致其 BMS 断开电池组与系统的连接。这可能会导致其他电池在临界锥形充电期间接收过量电流。此外，内阻较低的电池会比内阻较高的电池接收更多的电流，从而导致额外的充电不平衡、发热和老化效应。

Green Cubes 能量平衡技术还控制进入每个电池的电流，优化每个电池的充电并实现电池到电池的平衡。通过与其他电池和系统控制器的通信，每个电池都可以精确控制正确的电流和电压量，以最有效地充电，并在充满电时准确停止充电。由于每个电池都可以调节自己的充电电流，因此系统运行更高效、更安全，并优化了电池的使用寿命。

3. 尝试集成来自不同供应商的包、整流器、控制器和管理软件

在技术世界中，标准接口是司空见惯的。API、标准化连接器和工业贸易集团标准允许各种不同的设备相互通信和良好工作。对于锂电池和 UPS 系统，情况并非如此（但还没有！）。市场上有多种不同的电力系统解决方案供应商，各有优缺点。通常，设计人员希望在他们的系统中使用不同的组件，并通过软件和硬件将它们集成以创建最佳解决方案。有时这是非常直接的，但通常集成这些组件是非常困难的，如果不是不可能的话。不同的协议、实现、数据集和连接器需要定制才能使其协同工作。这可能需要大量的时间和资源来解决。

Green Cubes 提供完整的 UPS 电源系统。EBT 已开发用于整个电力系统。这包括电源整流器、锂电池组和智能系统控制器。所有这些组件都可以从一个位置进行控制，可以在 UPS 本地进行控制，也可以通过 SNMP v3 或我们的远程控制软件进行远程控制。Green Cubes 的独特之处在于，所有组件均由同一个工程团队设计和测试，并且可以无缝协作。这消除了安装过程中的集成工作，并使您的 IT 专业人员能够专注于重要的事情：尽可能运行最好的电信、数据中心或 IT 基础设施。

这些是设计人员在设计新的基于锂的 UPS 系统时遇到的常见问题。Green Cubes 能量平衡技术旨在消除问题并提高锂电池 UPS 系统的性能。

审核编辑：郭婷