鋰電池在數(shù)據(jù)中心做電源應(yīng)用市場(chǎng)

目前世界上商用的主流電池是鋰電池，鋰電池分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鋰。鈷酸鋰應(yīng)用在手機(jī)等3C類(lèi)電子產(chǎn)品行業(yè)；錳酸鋰應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)行業(yè)；磷酸鐵鋰廣泛應(yīng)用于大巴車(chē)／公交車(chē)儲(chǔ)能，儲(chǔ)能電站；三元鋰廣泛應(yīng)用于家用車(chē)／出租車(chē)儲(chǔ)能，儲(chǔ)能電站行業(yè)。在數(shù)據(jù)中心做備用電源使用的電池目前普遍采用磷酸鐵鋰和三元鋰這兩種電池，磷酸鐵鋰電池可靠性更高，三元鋰能量密度有優(yōu)勢(shì)。

1、磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定

從分子結(jié)構(gòu)來(lái)看，磷酸鐵鋰分子結(jié)構(gòu)為橄欖狀三維結(jié)構(gòu)，而鈷酸鋰、三元鋰分子結(jié)構(gòu)都是層狀二維結(jié)構(gòu)，2D層狀結(jié)構(gòu)易坍塌，相對(duì)而言，磷酸鐵鋰分子結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

2、磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定性高、產(chǎn)熱速率慢，產(chǎn)熱少

磷酸鐵鋰高溫穩(wěn)定，高溫產(chǎn)熱峰不明顯，峰值產(chǎn)熱功率僅1W左右高溫或高壓下，三元易析氧，加劇燃燒，峰值產(chǎn)熱功速率約80W／min，容易觸發(fā)爆炸式燃燒（秒級(jí)），系統(tǒng)難以反應(yīng)控制總產(chǎn)熱量方面，磷酸鐵鋰顯著低于三元、錳酸鋰等材料（產(chǎn)熱功率曲線(xiàn)與橫軸的面積代表總產(chǎn)熱量）

3、磷酸鐵鋰熱失控反應(yīng)不出現(xiàn)助燃劑

磷酸鐵鋰在熱失控后不會(huì)出現(xiàn)氧氣，而錳酸鋰、鈷酸鋰、三元鋰在熱失控后都會(huì)出現(xiàn)氧氣，因此，更容易起火。

而磷酸鐵鋰熱失控所要的溫度更高，相對(duì)而言，錳酸鋰、鈷酸鋰、三元鋰熱失控要達(dá)到的溫度點(diǎn)都遠(yuǎn)低于磷酸鐵鋰。

一、鋰電池在數(shù)據(jù)中心做備用電源應(yīng)用的瓶頸

1、成本是瓶頸，但未來(lái)可期

隨著鋰電在電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)儲(chǔ)能、終端設(shè)備等行業(yè)的大量使用，以及整個(gè)行業(yè)生態(tài)的建立，鋰電成本成逐年下降的趨勢(shì)，而鉛酸電池（含鉛）成本卻時(shí)高時(shí)低，未來(lái)成本有上升趨勢(shì)。因此，在不久的將來(lái)，鋰電的成本優(yōu)勢(shì)會(huì)愈發(fā)明顯，鋰電必將在數(shù)據(jù)中心大規(guī)模應(yīng)用。但是，就目前來(lái)看，因?yàn)樾袠I(yè)鉛酸品牌及價(jià)格層次不齊，給我們的感覺(jué)還是鋰電比鉛酸貴。

2、可靠性仍然是未來(lái)鋰電應(yīng)用最大的障礙

鋰電盡管應(yīng)用廣泛，但是無(wú)能是電動(dòng)汽車(chē)還是手機(jī)都出現(xiàn)過(guò)熱失控、起火等事故。在數(shù)據(jù)中心，則對(duì)可靠性要求更高，一旦發(fā)生火災(zāi)，整個(gè)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)可能都會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p失。

數(shù)據(jù)中心鋰電應(yīng)用安全保證

鋰電安全性根因

電池內(nèi)部在過(guò)溫和過(guò)壓情況下出現(xiàn)許多放熱副反應(yīng)，繼而形成熱量正反饋，從而出現(xiàn)熱失控，出現(xiàn)高溫和大量可燃?xì)怏w，繼而燃燒。

而機(jī)械電熱激源刺激下引發(fā)熱失控的根因。

鋰電安全性保障

從近幾年鋰離子電池起火事故（如：Note7，Tesla等），歸納為內(nèi)部短路、析鋰、高溫、體積變化致起火爆炸發(fā)生。

而電芯選擇磷酸鐵鋰并不能萬(wàn)無(wú)一失。所以，在鋰電的設(shè)計(jì)應(yīng)用中應(yīng)該從電芯＋PACK＋BMS＋系統(tǒng)＋云計(jì)算／大數(shù)據(jù)等多層面保障鋰電安全才能將鋰電的熱失控起火事故控制在最低限度。

（1）電芯材料體系的選擇：優(yōu)選磷酸鐵鋰，熱失控溫度點(diǎn)高，產(chǎn)熱速率慢、產(chǎn)熱總量少，根本上保障安全性

（2）電芯結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)：機(jī)械結(jié)構(gòu)及時(shí)切斷，抑制溫度上升；涂層抑制熱失控

機(jī)械結(jié)構(gòu)：外短路及過(guò)充電濫用，通過(guò)fuse，OSD等機(jī)械結(jié)構(gòu)及時(shí)切斷，抑制溫度上升，阻止連鎖反應(yīng)至熱失控；功能涂層（化學(xué)保護(hù)）：發(fā)生內(nèi)短路，機(jī)械結(jié)構(gòu)不起用途，功能涂層抑制隔離膜收縮，防止大面積短路；

（3）電池模塊PACK安全設(shè)計(jì)：電池模塊PACK設(shè)計(jì)整體從2層4點(diǎn)出發(fā)。比如

激光焊規(guī)避螺釘松脫風(fēng)險(xiǎn)多溫度傳感器確保模塊內(nèi)溫、電壓等實(shí)時(shí)監(jiān)控夾緊力保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性絕緣保護(hù)板保護(hù)正負(fù)端子塑膠絕緣支架，保證電芯間絕緣和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度電芯表面絕緣膜包覆，保證電芯與外部絕緣力

（4）BMS安全設(shè)計(jì)：三級(jí)BMS架構(gòu)，常規(guī)V、I、T采樣檢測(cè)、均衡、閾值告警保護(hù)＋內(nèi)短路算法＋內(nèi)溫估計(jì)算法＋析鋰估計(jì)算法，確保電芯不出現(xiàn)熱失控

（5）系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)：

智能電池控制系統(tǒng)，做到單組電壓、電流、功率可控，防止出現(xiàn)偏流、環(huán)流情況機(jī)柜級(jí)消防系統(tǒng)，做到熱失控快速抑制，精準(zhǔn)、高效、環(huán)保

（6）AI智能安全保證：關(guān)鍵數(shù)據(jù)上傳至云端，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)，通過(guò)橫向縱向比較＋數(shù)據(jù)庫(kù)＋安全算法分析，提前進(jìn)行月／天級(jí)安全預(yù)警

二、鋰電池在數(shù)據(jù)中心做備用電源應(yīng)用要面臨解決的問(wèn)題

數(shù)據(jù)中心鋰電大量應(yīng)用除了要解決可靠性及成本問(wèn)題，事實(shí)上，用戶(hù)在應(yīng)用鋰電時(shí)還存在諸多問(wèn)題，這些問(wèn)題也將成為未來(lái)鋰電大量應(yīng)用的關(guān)鍵考量。

1、多柜并柜均流問(wèn)題，多柜并聯(lián)放電，因電芯內(nèi)阻、容量等不一致、配電的差異等導(dǎo)致的柜間放電不均流，尤其是在短時(shí)大電流放電時(shí)，造成電池柜逐個(gè)過(guò)流保護(hù)。

2、新舊電池柜在線(xiàn)擴(kuò)容問(wèn)題，鋰電系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)法防止部分失效率的問(wèn)題；或者因負(fù)載增大而擴(kuò)容的需求；就會(huì)有新舊電池柜并聯(lián)使用的場(chǎng)景。新舊電池柜混用因內(nèi)阻、容量的不一致，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重偏流，甚至導(dǎo)致單電池柜過(guò)流斷開(kāi)。

3、電芯串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}，單組電池內(nèi)電芯內(nèi)阻容量等不一致，導(dǎo)致單電芯充電過(guò)壓，使得整個(gè)電池系統(tǒng)無(wú)法充滿(mǎn)電。

4、故障維護(hù)問(wèn)題，單串電池組內(nèi)某個(gè)電池模塊故障，引起整組電池?zé)o法正常工作，如何快速維護(hù)更換。

5、消防問(wèn)題，當(dāng)鋰電入列微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房，假如鋰電柜內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，如何將火災(zāi)控制在機(jī)柜內(nèi)部，不擴(kuò)散到周邊ICT設(shè)備？