5G、边缘数据中心、服务器机房、数据室和其他远程部署如何利用锂离子电池
作者：JD DiGiacomandrea，产品营销工程师，Green Tubes Technology

如今，你不需要走很远就能找到一款由锂离子电池供电的设备。很可能你口袋里有一个，或者是在桌子上的某个地方。您可能正在使用锂离子电源设备阅读本文！锂离子电池是数十亿消费品背后的隐藏电源，从智能手机、平板电脑、笔记本电脑到无绳电动工具和数码相机，无所不包。此外，锂离子电池正被开发并用作混合动力和自动驾驶汽车的电源，并最终作为电网、风力涡轮机和太阳能电池板的储能解决方案首次亮相。
众所周知，锂离子电池体积更小、重量更轻，使便携式设备体积更小、寿命更长。现在，为什么空间和重量几乎不成问题的固定应用会受益于锂离子电池？锂离子电池除了尺寸和重量之外还有一些好处。这些好处包括降低成本、提高可靠性、增加灵活性和远程监控。电信网络、数据中心和边缘计算运营商发现这些优势符合他们的需求，并部署了比以往更多的锂离子电池。
 
锂离子电池的优点通常使其成为UPS备用电源的更实用的选择，尤其是在小型和远程部署中。
 

可靠电源

锂离子电池在UPS应用中出现故障的情况极为罕见。今天的电池供应商利用优质材料、卓越的设计和改进的制造方法来生产锂离子电池，这些电池在各种关键任务环境中都具有可靠性。电动汽车锂离子电池的研究和投资已经波及并惠及所有锂离子电池。电池管理系统（BMS）在过去20年中不断发展和改进。这些先进的BMS与现代电池相结合，创建了高度可靠的备用电池，并添加了监控和先进的算法来监控电池的健康状况。
 
所有锂离子电池都需要电池管理系统。通常，这些被集成到设计中，是组装和集成商之间的真正区别。电池管理系统可能极其复杂，监测电压、电流和温度。他们使用这些信息来运行算法，计算充电状态、空载时间、满载时间和健康状态。更复杂的BMS可以操作热控制系统、远程监控通信，甚至控制逆变器和充电器等能量转换设备。

由于BMS配备了每一块锂离子电池，因此对电信、网络和数据中心运营商极具吸引力。您不再需要在单独的BMS上花费更多，自己进行集成/编程，然后试着花时间解释数据。在当今以数据为中心的世界中，此功能为运营商提供了新的价值。
 

能量密度和更快的充电

 
锂离子电池比铅酸电池具有更高的功率密度（瓦特/千克，或瓦/千克）和能量密度（瓦时/千克，或瓦/千克）。它们以更轻、更紧凑的设计提供相同的能量。有几个亚化学成分可供选择，如图1所示。
 



图1：此图表包含最常见的商业化锂离子电池亚化学成分。不同的应用需要不同的性能特征，通过选择正确的化学成分可以更好地服务于不同的应用。

此外，大多数锂离子电池可以在不到两个小时内充电超过90%的容量，而阀控铅酸蓄电池可能需要4到24小时才能完全充电。如果边缘数据中心或5G电池站在一天内发生多起公用事业中断，锂离子电池可以快速充电，为每次中断提供扰动抵御（ride-through）时间。此外，锂离子电池可以与太阳能、风能或化石燃料发电机配对，快速充电，缓慢放电，在可用时优化能量收集。
 

延长寿命和循环寿命

 
锂离子电池的寿命为10-15年，是铅酸电池平均5-7年寿命的2-3倍。锂离子电池可能很容易维持UPS的整个15年寿命。此外，锂离子电池具有可预测的劣化曲线，这使得更容易确定它们何时接近“寿命终点”并需要更换；与铅酸电池不同，老化的锂离子电池不会出现“猝死综合症”。
一个典型的铅酸电池的循环寿命为200次，这意味着你可以将电池放电到50%的容量，然后再充电到100%的容量，在电池耗尽之前最多200次。但我们知道，当你使用电池时，通常会一直放电到耗尽，从而损坏铅酸电池。不间断电源应用电池中使用的锂离子化学剂的循环寿命都更长——镍锰钴（NMC）化学剂为1000-2000个循环，磷酸铁锂（LFP）化学剂为2000-4000个循环。图2总结了这两种化学物质的用途和益处。此外，您可以将锂离子电池从100%放电到0%，这是铅酸电池可用容量的两倍，而不会对电池造成任何损坏！
 

图2：LFP和NMC固定存储市场中使用的两种主要锂离子亚化学物。LFP是一种稳定、持久、低成本的解决方案，但当能量密度重要时，没有什么比NMC更好。

尺寸更小，重量更低

 
锂离子电池比铅酸电池紧凑70%。较小尺寸的锂离子电池使其更容易安装在空间受限的部署中，如模块化或集装箱化数据中心、5G微型节点和数据室。
 
此外，锂离子电池的重量通常比大多数VRLA电池轻约1/3。较低的重量使锂离子电池更易于携带、运输和安装，尤其是在将其运送到偏远地区时。只要和安装人员谈谈，他们的膝盖和背部都会感谢你！
 

温度耐受性

 
在室外环境中，锂离子电池可以承受更高（和更低！）环境温度，并且不太容易受到会缩短铅酸电池使用寿命的突然温度变化的影响。在室内环境中，锂离子电池可以节省冷却成本，因为服务器室和数据室可以保持较高的环境温度，而不用担心损坏电池。
 
更少的维护
 
所有的锂离子电池都有一个内置的电池管理系统（BMS），可以监测电池性能，降低电池突然失效的风险。BMS为每个电池提供自动状态和故障监测、电池平衡和功率优化。
 
一个设计精良的锂离子电池实际上是免维护的，这使它成为一个“置其于不顾”的解决方案。BMS允许技术人员在本地或远程部署中监测电池健康状况。这使您能够最大限度地延长电池寿命，最大限度地减少停机时间，并减少劳动力和维护成本。
 
成本比较：锂离子电池与铅酸电池
 
虽然在过去十年中成本显著降低，但锂离子电池需要比铅酸电池更高的初始投资。然而，根据应用成本的不同，在5G和IT网络部署中使用锂离子电池可以长期节省总拥有成本（TCO）。图3显示了为长期部署选择备用电源时需要考虑的一些类别。每种部署都不同，但固定电池应用通常运行很长时间，甚至超过15年。
 

图3：铅酸电池的前期成本可能较低，但考虑到电池寿命超过10年的所有相关成本，锂离子电池的初始资本投资通过较低的维护和更换成本来偿还。

图4显示了UPS典型的15年寿命内的累积成本差异。虽然铅酸电池系统的初始成本较低，但随着时间的推移，总成本稳步增加，因为阀控铅酸蓄电池必须持续维护和定期更换。同时，在同一时期，锂离子电池的经常性成本最低，在最初部署电池的五年内产生投资回报（ROI）。
 


图4：在这种特殊应用中，铅酸电池的累积成本、维护和空间成本在5年内超过了锂离子电池。在15年内，铅酸电池的相关成本是锂离子电池的两倍。


如前所述，锂离子电池的更长寿命和可靠性意味着它们可能会在您的UPS的整个寿命内使用。这消除了每隔几年更换一次电池的成本，还节省了在偏远地区维修和更换电池所需的劳动力、维护、运输和运输成本。
 
总而言之，锂离子电池对固定应用的好处正处于临界点。许多网络运营商正在考虑将锂离子电池作为一种成本节约、性能更高的替代品，以取代他们过去使用的传统阀控铅酸电池。是时候考虑使用锂离子电池来备份您的关键任务负载了吗？
 
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