與傳統 VRLA 設計相比，為電信或數據中心應用設計基于鋰的電池備份系統提出了新的不同挑戰。平衡進出電池組的能量流是一個關鍵的設計參數。設計人員必須確保在所有條件下都可用，同時優化電池的性能。設計人員在設計基于鋰電池的系統時會遇到 3 個主要問題。

本文介紹了設計人員在轉向鋰電池時面臨的 3 個常見問題，以及 Green Cubes 如何開發一項正在申請專利的能量平衡技術 (EBT) 來解決這些挑戰、降低成本并優化鋰離子電池在 UPS 應用中的使用。

最近，電信和數據中心的設計人員開始強烈考慮將鋰電池用于他們的新裝置，并改造他們現有的UPS 裝置。使用鋰電池有許多關鍵優勢，特別是成本、壽命、節省空間和提高性能。為電信機架、數據中心或其他 IT 基礎設施設計基于鋰電池的備用電源系統與傳統的 VRLA 系統設計大不相同。

為了充分體驗鋰的優勢，設計人員必須考慮到它們的運行方式與傳統 VRLA 系統略有不同。Green Cubes Technologies 遇到了 3 個主要問題。為了解決這些問題，Green Cubes 在其電信和數據中心電源和 UPS 系統中開發并部署了正在申請專利的能量平衡技術 (EBT)。了解這些問題是什么，以及 EBT 如何幫助解決這些問題。

1. 使用電纜長度和母線加大尺寸以確保所有電池的電流消耗相等

當多個電池并聯放置時，設計人員必須努力控制在放電事件期間從每個電池組汲取的電流。在正常操作下，整流器控制直流總線上的電壓，但在放電事件期間，總線上的電壓會下降。這種電壓降稱為壓降，會導致設備過早關閉。電壓降與電流直接相關，因為電壓等于電流乘以電阻 (V=I*R)。從電池系統汲取的電流可以從數十安培到數千安培不等。為了將電流平均分配到每個電池組，設計人員通常使用等長的電纜來確保電阻，因此理論上從每個電池組到匯流條的壓降是相等的。在實踐中，每個電池組都有一個內阻，該內阻受許多因素的影響，例如溫度、老化和循環次數。每組的內阻不相等，并且會導致在放電事件期間來自每組的電流不相等。

在鋰電池系統中，在電池組之間平均分配電流更為重要。鋰電池組都包含一個電池管理系統 (BMS)，可監控電池的關鍵參數，包括電流、電壓、溫度等。當測量到的參數超過安全限值時，BMS 將禁用電池的輸出，直到故障被清除。在電流沒有平均分配給電池組中的鋰電池的情況下，一包可能會超過安全電流放電限制，電池將禁用輸出。然后，這會將電流轉移到其他電池，可能會導致電池由于過流限制而關閉其輸出的級聯效應。這可能會導致整個鋰電池組出現故障，進而導致系統在發生嚴重放電事件時出現故障。

Green Cubes 在所有用于 UPS 電源系統的鋰電池組中開發了正在申請專利的能量平衡技術。該技術在所有電池之間進行通信，并自動均衡所有電池的放電電流。這種電流分布在每個電池上得到主動管理，并自動補償不等的電池電纜長度、不同的電池內阻和負載電流的變化。該技術還可以補償整個 UPS 的不同充電狀態 (SOC) 和健康狀態 (SOH)。此外，該技術消除了級聯過電流故障的可能性，因為電池只會提供最大電流，然后在不斷開連接的情況下自動限制其電流。

2. 未能控制每個包的充電，防止過度充電

在傳統的 VRLA 電池組中，充電器會定期進行均衡充電，以確保所有電池處于相同的 SOC。這是通過在短時間內對 VRLA 進行過度充電來實現的，旨在去除鉛板上的硫酸鹽晶體。這可以清潔板并允許酸和鉛之間更好的相互作用。

鋰電池過度充電會造成嚴重損壞。過度充電會導致不可逆轉的損壞、過熱、內部短路、電池排氣和熱失控。這些是所有鋰電池都需要 BMS 的主要原因。BMS 將監控進入電池的電壓和電流并防止過度充電。如果電流或電壓超過安全水平，在過充電事件中，BMS 將禁用電池輸出并斷開電池與系統的連接。

在大型電池安裝中，電纜長度的差異，加上每個電池的不同內阻（來自不同的 SOC、溫度或 SOH）將導致充電期間提供給每個電池的電流和電壓不同。某些電池會先于其他電池充滿電，從而導致其 BMS 斷開電池組與系統的連接。這可能會導致其他電池在臨界錐形充電期間接收過量電流。此外，內阻較低的電池會比內阻較高的電池接收更多的電流，從而導致額外的充電不平衡、發熱和老化效應。

Green Cubes 能量平衡技術還控制進入每個電池的電流，優化每個電池的充電并實現電池到電池的平衡。通過與其他電池和系統控制器的通信，每個電池都可以精確控制正確的電流和電壓量，以最有效地充電，并在充滿電時準確停止充電。由于每個電池都可以調節自己的充電電流，因此系統運行更高效、更安全，并優化了電池的使用壽命。

3. 嘗試集成來自不同供應商的包、整流器、控制器和管理軟件

在技術世界中，標準接口是司空見慣的。API、標準化連接器和工業貿易集團標準允許各種不同的設備相互通信和良好工作。對于鋰電池和 UPS 系統，情況并非如此（但還沒有！）。市場上有多種不同的電力系統解決方案供應商，各有優缺點。通常，設計人員希望在他們的系統中使用不同的組件，并通過軟件和硬件將它們集成以創建最佳解決方案。有時這是非常直接的，但通常集成這些組件是非常困難的，如果不是不可能的話。不同的協議、實現、數據集和連接器需要定制才能使其協同工作。這可能需要大量的時間和資源來解決。

Green Cubes 提供完整的 UPS 電源系統。EBT 已開發用于整個電力系統。這包括電源整流器、鋰電池組和智能系統控制器。所有這些組件都可以從一個位置進行控制，可以在 UPS 本地進行控制，也可以通過 SNMP v3 或我們的遠程控制軟件進行遠程控制。Green Cubes 的獨特之處在于，所有組件均由同一個工程團隊設計和測試，并且可以無縫協作。這消除了安裝過程中的集成工作，并使您的 IT 專業人員能夠專注于重要的事情：盡可能運行最好的電信、數據中心或 IT 基礎設施。

這些是設計人員在設計新的基于鋰的 UPS 系統時遇到的常見問題。Green Cubes 能量平衡技術旨在消除問題并提高鋰電池 UPS 系統的性能。

審核編輯：郭婷