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技术文章: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 Bloomberg New Energy Finance 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%。

  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。

  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。

  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。

  ,官方宣称它是一种NCMA四元锂电池,电池容量从50千瓦时至200千瓦时不等,可支持高达640公里的续航里程。本田基于通用Ultium技术打造的首款合作纯电车型,有望于2023年发布,续航或达到724km。同时,讴歌品牌也将投产一辆全新纯电动车,新车预计在2024年推出。一直以来丰田、本田都是倾力发展氢燃料电池汽车和混合动力车型,还未迎来属于自己真正的纯电车型,如今本田与通用强强联手打造的纯电动车,值得期待。

  ,续航或将超700km /

  导读:德国光伏设备制造商将与基尔大学合作,开发可规模化生产的硅阳极,以提升锂离子电池性能。德国太阳能行业湿化学加工设备供应商RENA技术公司与基尔的Christian Albrecht大学(CAU)合作开发了一种新的锂离子电池硅阳极生产工艺,该工艺借鉴了RENA在太阳能行业采用的类似在线技术。RENA在开发太阳能电池加工设备方面拥有丰富的经验,并将其注意力和专业知识转向不断发展的储能行业,特别是在开发硅阳极方面,以提高锂离子电池的功效和性能,这是固定存储应用中最常用的化学成分。RENA和团队与CAU专家一起工作,发现硅比石墨能够处理更多的锂离子,而石墨是生产阳极的常用材料。然而,用硅制成的阳极,其能量密度是石墨的十倍。长期以来

  功效和性能 /

  12月30日晚间,大族激光公告称,自2020年9月18日至本公告披露日期间,陆续收到主要客户宁德时代新能源科技股份有限公司(简称“宁德时代”)及其控股子公司通过电子邮件发送的中标通知,合计中标锂电池生产设备金额为11.94亿元。其中,已签署正式订单合同的中标设备金额为9.5亿元,尚未签署正式订单合同的中标设备金额为2.44亿元。大族激光表示,本次中标设备的交付期主要集中在2021年度,预计将对公司2021年度的经营业绩产生积极影响,约占2019年经审计营业收入总额的12.48%。资料显示,从2017年至今,宁德时代及其控股子公司采购大族激光锂电池生产设备的金额呈现逐年提高趋势,而此次订单,也是其前三年向大族激光采购金额最多的一次

  生产设备的采购 /

  据悉,特斯拉正在位于美国内华达州的超级工厂制造四辆全新的特斯拉电动卡车Tesla Semi。消息人士透露,新款特斯拉电动卡车将配备三个 2170 锂电池组。据报道,其中两辆车将用于道路测试,一辆用于耐久性测试,另一辆将被送往阿拉斯加进行寒冷天气下的行驶测试。了解到,新的 Semi 原型车使用能量密度更高的 2170“L”形电池,这在电动汽车社区引发了许多强烈反应,特别是考虑到该公司已经宣布为其车辆改用 4680 电池。毕竟,Semi 是特斯拉最雄心勃勃的项目之一,因此该公司理应采用其最好的电池技术生产这款卡车才更有意义。特斯拉的 4680 电池设计与该公司的结构电池组无缝对接。就目前而言,这种

  苹果首款电动汽车Apple Car将于明年9月发布的消息传出后,迅速引发蝴蝶效应,在资本市场产生一场规模不小的地震。12月22日,苹果及其供应链股集体上涨。苹果一度上涨近5%,收盘报涨2.85%;半导体、芯片、光学元件供应商股价也集体上扬,其中Lumentum控股大涨9%,思佳讯、Cree、Qorvo、Jabil分别上涨约2%、2%、1.8%、1%。与此同时,新能源汽车股集体下滑,特斯拉跌3.8%,理想、小鹏、蔚来分别下跌约6%、5%、4%。一言蔽之,就是火了汽车供应链,挫了新能源车企。作为新能源汽车的核心零部件,动力电池更是深受影响。 尤其是Apple Car被曝出将可能搭载苹果自家研发的具有突破性优势的磷酸铁锂电池技术

  据韩国媒体报道,LG 能源已经研发出了 NCMA 四元锂电池,将于 2021 年大量交货,供应给特斯拉汽车。LG 能源表示,这款电池将于 2021 年下半年交货,但不能透露其客户的名字。但是该公司正在扩大其位于南京工厂的产能,而这家公司主要为特斯拉生产圆柱形封装的锂电池,因此外媒推测该工厂很大可能将为特斯拉生产新型 NCMA 锂电池。据了解,NCMA 电池的正极有 90%是镍金属,而钴的比例降至 5%以下,这样大大降低了成本,同时能量密度得到了提高。铝元素、钴元素能起到抑制电极内不稳定杂质生成的作用,使用铝来代替一部分钴可以降低成本。LG 能源这款电池的研发参考了韩国汉阳大学一位教授

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