如今，几乎每个人的口袋里都有一部手机（智能手机、拍照手机、平板电脑），其性能优于您已经好几年没有更新的家用台式机。 您拥有的每个小工具都配有锂聚合物电池。 现在的问题是：哪个读者会准确地记得从“拨号器”到多功能设备的不可逆转的转变是什么时候发生的？
这很难……你必须拉紧你的记忆，记住你购买第一部“智能”手机的那一年。 对我来说大约是2008-2010年。 当时，普通手机的锂电池容量约为700mAh；现在手机电池的容量已达到4mAh。
容量增加了6倍，尽管粗略地说，电池的尺寸只增加了2倍。
像我们 ，UPS的锂离子解决方案正在迅速占领市场，拥有许多不可否认的优势和 （特别是在服务器机房中）。
朋友们，今天我们将尝试了解和比较基于磷酸铁锂（LFP）和锂锰（LMO）电池的解决方案，研究它们的优缺点，并根据多项具体指标进行相互比较。 需要提醒大家的是，这两种电池都属于锂离子、锂聚合物电池，但化学成分有所不同。 如果您有兴趣继续，请在猫下。
锂技术在储能领域的前景
2017年俄罗斯联邦的现状如下。
使用来源：“俄罗斯联邦电力存储系统发展概念”，俄罗斯联邦能源部，21 年 2017 月 XNUMX 日。
可以看到，当时的锂离子技术在接近工业生产技术（主要是磷酸铁锂技术）方面处于领先地位。
接下来，让我们看看美国的趋势，或者更准确地说，考虑一下该文件的最新版本：
参考：ABBM 是不间断电源的能量阵列，在电力行业中用于：
- 为特别重要的消费者保留电力，以防变电站 (PS) 自身需求 (SN) 0,4 kV 供电中断。
- 作为替代来源的“缓冲”驱动器。
- 补偿用电高峰期电力短缺，缓解发电和输电设施压力。
- 白天能量消耗较低时（夜间）进行能量积累。
我们可以看到，截至2016年，锂离子技术牢牢占据领先地位，在电力（MW）和能源（MWh）方面都呈现出快速的倍数增长。
在同一份文件中，我们可以读到以下内容：
“截至 80 年底，锂离子技术占美国 ABBM 系统新增电力和能源的 2016% 以上。 锂离子电池具有高效的充电周期，可以更快地释放积累的电量。 此外，它们还具有高能量密度（功率密度，作者注）和高输出电流，这使得它们被选择作为便携式电子产品和电动汽车的电池。”
让我们尝试比较两种 UPS 锂离子电池技术
我们将比较基于 LMO 和 LFP 化学成分的棱柱形电池。 正是这两种技术（具有LMO-NMC等变体）现在是各种电动汽车和电动汽车的主要工业设计。
关于电动汽车电池的抒情题外话可以在这里阅读你问，电动交通跟它有什么关系？ 让我解释一下：使用锂离子技术的电动汽车的积极普及早已超越了原型阶段。 众所周知，所有最新技术都来自昂贵的新生活领域。 例如，很多汽车技术是从一级方程式来到我们身边的，很多新技术是从航天领域进入我们的生活的，等等……因此，在我们看来，锂离子技术现在正在渗透到工业解决方案中。
让我们看一下主要制造商、电池化学和积极生产电动汽车（混合动力）的汽车公司本身之间的比较表。
我们将专门选择适合 UPS 使用形状因素的棱柱形电池。 正如您所看到的，钛酸锂（LTO-NMC）在比存储能量方面属于局外人。 目前仍有三个棱柱形电池制造商适用于工业解决方案，特别是 UPS 电池。
我将引用并翻译《电动汽车电池长寿命锂电极的生命周期评估-用于LEAF、特斯拉和VOLVO客车的电池》（原文《电动汽车电池长寿命锂电极的生命周期评估-用于LEAF的电池） ，特斯拉和沃尔沃巴士”，日期为 11 年 2017 月 XNUMX 日，来自 Mats Zackrisson。它主要检查车辆电池中的化学过程、振动和气候操作条件的影响以及对环境的危害。然而，关于比较，有一个有趣的短语两种锂离子电池技术。
在我的免费翻译中，它看起来像这样：
NMC 技术比采用金属阳极电池的 LFP 技术每车辆公里对环境的影响更低，但很难减少或消除误差。 主要思想是：NMC 的能量密度越高，重量就越轻，从而功耗也就越低。
1）方形电池LMO技术、制造商 ，花费 400 美元。
LMO 细胞的外观
2）方形电池磷酸铁锂技术、制造商 ，花费 160 美元。
LFP电池的外观
3）为了进行比较，我们添加一个基于 LFP 技术的飞机备用电池，该电池与参与耸人听闻的丑闻的电池相同 ，制造商 True Blue Power。
TB44电池外观
4）为了客观起见，我们添加一个标准的UPS电池
经典UPS电池的外观
让我们将源数据放入表中。
正如我们所看到的，事实上，LMO 电池具有最高的能源效率；经典铅的能源效率至少是其两倍。
大家都清楚，锂离子电池阵列的BMS系统会增加该解决方案的重量，即比能量降低约20%（电池净重与完整解决方案之间的差值）考虑到BMS系统、模块外壳、电池柜控制器）。 假设锂离子电池和铅酸电池的电池阵列的跳线、电池开关和电池柜的质量有条件相等。
现在让我们尝试比较计算出的参数。 在这种情况下，我们接受铅的放电深度为 70%，锂离子的放电深度为 90%。
请注意，飞机电池的比能量低是因为电池本身（可以被视为一个模块）封装在金属防火外壳中，具有连接器和加热系统，可在低温条件下运行。 为了进行比较，我们对TB44电池中的一个电池进行了计算，从中我们可以得出结论，其特性与传统磷酸铁锂电池相似。 此外，飞机电池设计用于高充电/放电电流，这与飞机在地面上快速准备新飞行的需要以及在机上发生紧急情况时需要大放电电流有关，例如，机载电源丢失
顺便说一句，这是制造商自己对不同类型的飞机电池进行比较的方式
从表中我们可以看出：
1）LMO技术情况下电池柜的功率更高。
2）磷酸铁锂的电池循环次数更高。
3）磷酸铁锂比重较小，因此在相同容量下，基于磷酸铁锂技术的电池柜体积较大。
4）LFP技术不易发生热失控，这是由于其化学结构所致。 因此，它被认为是相对安全的。
对于那些想要清楚了解如何将锂离子电池连接到电池阵列以与 UPS 配合使用的人，我建议您查看此处。例如这个图。 在这种情况下，电池的净重将为340千克，容量将为100安时。
或者 LFP 160S2P 的电路，其中电池的净质量为 512 kg，容量为 200 安时。
结论： 尽管磷酸铁锂（LiFeO4，LFP）化学成分的电池主要用于电动汽车，但其特性比 LMO 化学配方具有许多优势，它们允许以更高的电流充电，并且不易受到影响。热失控的风险。 选择哪种类型的电池仍然由现成集成解决方案的供应商自行决定，供应商根据许多标准来确定，尤其是作为 UPS 一部分的电池阵列的成本。 目前，任何类型的锂离子电池在成本上仍低于经典解决方案，但锂电池单位质量的高比功率和较小的尺寸将越来越多地决定新能源存储设备的选择。 在某些情况下，UPS 的总重量较低决定了对新技术的选择。 这一过程将在完全不被注意的情况下进行，并且目前受到低价段（家用解决方案）的高成本以及正在寻找工业 UPS 中最佳 UPS 选项的客户对锂防火安全的思维惯性的阻碍。容量超过100kVA的部分。 3kVA至100kVA的中段UPS功率可以使用锂离子技术来实现，但由于生产规模小，其价格相当昂贵，并且不如使用VRLA电池的现成串联UPS型号。
您可以通过电子邮件发送请求，了解更多详细信息并讨论为您的服务器机房或数据中心使用锂离子电池的具体解决方案 ，或在公司网站上提出请求 .
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作者： 库利科夫·奥列格
首席设计工程师
整合解决方案部
开放技术公司
来源： habr.com