到目前为止，电力的累积（累积）问题一直存在，没有任何全球变化，在这一领域没有人能够提供技术突破。 它与
1859年的加斯顿·普兰特（Gaston Plante）电池相同，并通过各种辅助技术进行了改进，并在电化学工艺，抗氢析出，其他车身材料等方面进行了改进。在2000年初，各种类型的
锂电池出现了，肯定可以在所有领域取代标准碱性，钙，AGM和凝胶电池。 目前，锂离子和锂聚合物电池已经征服了家用电器市场，该技术已经得到发展，可以制造任何形状，容量和尺寸的电池。 现在已经成熟了基于锂电池的成熟工业解决方案。 我建议了解为什么在服务器和数据中心中使用该技术的未来...
尽管这项技术不是根本性的突破，但它仍然具有许多明显的优势。 对于IT部门的工业解决方案，最有趣的是每单位面积电池的比重，其容量可与铅电池媲美。 可以将相同的特性视为每单位质量电池的比功率-kW * h / kg。 但是，首先是第一件事。
家电的现代现实
因此，今天我们每个人的口袋里都有一部手机，其中装有锂电池，每个人都已经熟悉了。
图 1.电动工具用镍电池
图 2.电动工具用锂电池以手持式电动工具为例：就在昨天，它是根据图1的镍电池组装而成的可拆卸电池（以前是铅）。 今天，我们在货架上看到了大量的带有锂电池的电动工具，这些工具看上去更小，更紧凑，更轻巧。 图2。 那国内部门的价格呢？ 相对于即将淘汰的一代，具有锂电池的同一电动工具仅稍贵（有时更便宜），并且易于使用是不可否认的。
为了比较：- 用于Makita螺丝刀的标准镍镉电池12 V，2.0 A * h，质量为0.61 kg，尺寸为110x100x90 mm。 也就是说，我们有0.305千克/ Ah * h。 当使用这种电池时，家用电动工具将在接近电池完全放电的状态下降低功率（扭矩）和速度。 保固-1年。 超过2000卢布的费用。
- 相同制造商（Makita）的螺丝起子用锂离子电池的电压为10.8 V，2.0 Ah *，质量为270克，尺寸为220x190x42 mm。 也就是说，我们有0.135 kg / A * h。 保修-5年，大约1200卢布的费用。 使用此类电池时，家用电动工具在整个电池容量上将具有相同的功率（扭矩）和全速范围，但是当达到最小容量时，由于保护电路免受电池深度放电的影响，它只会停止工作。
不同类型电池的比重差异（安培*小时）达到2.2倍，也就是说，在一千克锂电池中，它的比重将是容量的2.2倍。 但这是一个有偏见的比较，因为电池具有不同的电压。 让我们尝试重新计算比功率值W / kg，我们得到：对于镍镉电池为39.3 W / kg，对于锂电池为80 W / kg。 差异增加了一倍以上。
应该注意的是，对于螺丝起子和其他耗能的家用设备，使用锂离子大电流电池，它们可在短时间内提供高返回电流。 在这种情况下，电池上的电压会因深度过放电而下降到锂离子电池的保护水平以下。 对于重型螺钉，螺母和其他电动工具的拧入和拧松模式，以及在机器启动时使用的是无线电控制的模型，也可能出现类似情况。
那么，与各种类型的经典电解质电池相比，锂电池的主要优势是什么？
图3。 各种类型电池的比能量与比功率的关系图- 每单位质量的功率和能耗大。 图3显示了不同类型的电池可以提供的各种类型电池的比功率（垂直瓦特/千克标度与比能量（水平瓦特* h /千克标度））之间的关系。 简而言之-电流（分别为电源）提供给负载的电流越大，在几分钟和几小时内工作的时间就越短。 如您所见，与传统铅酸电池相比，锂电池位于图表的相对位置。 从图中还可以理解，锂电池根据类型而具有不同的特性，但是通常能够迅速地放弃存储的能量。
- 比铅电池少三分之一的比重；
- 缺乏“记忆”的作用。 即，基于锂聚合物的电池在部分放电模式下工作时不会降低容量。 例如，镍镉或镍锰电池以重复的部分充放电循环的方式表现出这种效果，最终导致电池“记住”了较低的可用容量。
- 相较于铅蓄电池，其充放电循环次数更多；
- 缺少氢气或任何有害，易爆和着火的有害气体。 如图4所示，在锂离子电池的化学过程中，绝对不会发生气体逸出。
锂离子电池的工作原理
这样，锂电池中没有处于自由状态的电解质。 取而代之的是，使用浸渍有电解质的多孔隔板。 它使用锂离子，该锂离子与其他金属分子结合。 电池放电时，充电时离子从负电极（阴极）到正电极（阳极）的转变，反之亦然。 电池电路在电池的两部分之间需要一个隔离隔板，这对于防止锂离子的自发运动是必要的。 铅和锂离子电池的化学过程示意图如图所示。
图 4.铅电池和锂电池中的化学过程锂离子电池的类别可根据主要化学材料分为亚种，这使电池具有独特的固有特性：
如果我们将此分类与图3进行比较，则LFP类型的电池可归因于高能类别，而锂锰LMO则可归因于中能功率类别。
如果仅考虑各种类型电池的比能量，则其结构如下：
图 5.各种电池的比能量（基于batteryuniversity.com）锂离子电池的类别可以根据形状因子分为以下几种：
锂离子电池最常见的尺寸是65毫米高的圆柱体，比大多数家用设备和遥控器中使用的经典AA电池稍大。
用这种电池，目前正在制造用于电动自行车，踏板车的电池；这些是在任何“非现代”笔记本电脑中都能找到的电池。 此外，TESLA车辆首批发布的电池是用这种锂电池组装而成的。
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图 6.圆柱形LIP电池的外观棱柱形电池生产的市场领导者现在是三星CDI，这是一家知名公司的子公司。 在工业解决方案领域，LMO电池和电池（模块）已经开发并成功使用。 3.7V标准电压电池的容量为67A * h，该模块由8个电池组成，质量为17 kg，电压为24-33.6V，比能量为140W * h / kg。
图7三星棱形电池LMO的外观在电动汽车，混合动力汽车和公共交通开始大肆宣传之后，是时候积极向工业UPS解决方案的锂离子电池过渡。
例如，工业解决方案的“低能耗”领域正在积极地转向锂离子电池。 安全系统设备供应商还紧跟其用于备份火灾和安全系统的锂解决方案。 主要重点是在10年内无需更换电池，而不是通常的2年。 在预警系统和疏散控制（SOUE系统）领域也观察到类似趋势，这也适用于消防系统。 以前，此类系统配备了酸铅电池。 2-3年后，警告系统中的铅电池已经严重失去了操作此类系统的客户的能力，并且通常没有足够的钱来更新电池。 因此，该设施的消防和疏散系统名义上可以完全正常运行，但实际上在紧急情况下无法提供电池操作。 为了安全疏散人员，视物体而定，至少要等待30分钟。
如果使用锂电池，则可以忘记此类问题。
例如，如果您查看不同类型电池的生产和使用情况的分析，在
这里，我们可以说“ ...涉及电池，目前其安装成本的估算范围为每1 kW装机容量200至800美元。 铅酸电池的成本最低，因为它们处于技术发展的更高阶段。 此范围对应于PSPP的较低成本边界，但远低于其他潜在和新的存储技术。 但是，铅酸和其他AA的主要缺点是，与PSPP相比，它们的使用寿命低，使用寿命更长。 “电池寿命会因使用频率，放电率和深度放电循环次数而显着变化。”
如我们所见，锂电池的预计增长率远超过传统电池的前景。 在俄罗斯，2017年，在俄罗斯联邦能源部的网站上，发布了俄罗斯联邦
储能系统市场开发概念 ，其中包括锂离子电池的生产，“ ...俄罗斯积压的产品积压，但需要开发。” 该文件预测各种类型的能量存储系统的成本将下降，尤其
是锂离子电池，预计成本将从2016年的550美元/千瓦时降低到2025年的300美元/千瓦时。 如果Navigant Research的预测是正确的，则锂电池的成本将相对于当前价格水平再降低40％。但是，服务器和数据中心中IT设备的功能又如何呢？ 让我们看看。真实情况。我们的一位客户要求我们帮助解决小型服务器的电源问题。 对于我们来说，这似乎并不复杂，这是我们的日常工作，我们比其他人更了解。
但是有四个对客户至关重要的复杂因素：- 计划放置服务器机房的房间地板的承载力很小（不超过300 kg / m 2），房间本身非常狭窄，位于A级办公楼的四层。
- 客户希望在断电的情况下确保服务器电源的可靠性，并且由于昂贵的租赁空间，他希望将UPS直接放置在服务器机房中。
- UPS的电池寿命应该提供至少40分钟的不间断运行，而2N电源方案就是这种情况，即两个UPS和一对相同的电池阵列。
- 在就基本技术解决方案达成协议的过程中，希望为外部需求分配一部分服务器机房，即进一步精简设备。
图8服务器布局外观您可能会问，有什么异常之处？首先，客户在使用一系列铅酸电池操作UPS方面已经有负面经验。 这是这样的：
这是功能强大的UPS开始运行的第五年，电池柜在正常条件下运行，装有电池的房间内的气候条件稳定且正常。 UPS本身表现出了在电源中断的情况下愿意为服务器机房提供15分钟服务的意愿。 看来该按使用期限更换所有电池了，但尚未决定更换它们。 然后好一刻，网络突然与城市断开了连接。 您是否认为UPS系统至少工作了1-3分钟才能完成设备的服务？ 不管如何 最糟糕的事情发生了：由于其中之一发生故障，UPS没有切换到电池，此时正在运行的所有服务器和服务都“断电”。 幸运的是，这不是一家银行，而是一家
办公地点 ，丑闻终于得以解决。
事实是，传统的电池监视系统无法客观地了解机柜中标尺中每个电池的状态。 只有采取明确规定的措施检查每个铅蓄电池的容量和使用寿命，才能检测出有故障的蓄电池。 如果电池出现故障，则必须更换整个铅酸电池组，并且出于客观原因未采取措施监视每个电池的状态：
- IT设备全天候运行-如果不断开电源，则不间断电源系统的停用将意味着所有服务下降的风险；
- 缺乏与专门机构维护UPS和电池的合同，因为在拒绝之时，尚未就延长服务合同的法律问题达成协议；
- UPS显示屏和UPS状态监视系统上的“使用寿命”指示和电池寿命预测；
- 六个月前发生电源故障时，UPS正常过渡到电池的经验。
图9。 数据中心事故发生前夕，UPS上的预计电池寿命其次，计算结果表明不可能在服务器机房中安装两个重量均为980 kg的电池柜，因为服务器机架和相关设备在天花板上的负载已经达到最大。 需要在电池柜下方开发和安装钢制卸载框架。 反过来，这又引起了许多组织上的问题：确保整个服务器机房的停机时间，机架应该用螺栓固定（在当前办公室无法进行焊接），等等。
图 10.带有常规电池（左）和锂离子电池（右）的电池柜
图 11.大型数据中心中带有锂离子电池的电池阵列
图 12.具有BMS（电池监控系统）监控板的锂离子电池的外观摆脱困境的方法是什么？我们已经提出了锂电池UPS的解决方案，该解决方案允许：
- 将电池柜的重量减少到550公斤，从而无需采取加强地板的措施。
- 关闭电源后，UPS的电池寿命最多增加40分钟，这对客户的IT设备的可靠性产生了积极的影响。
锂离子电池的电池寿命为10年，而传统VRLA电池为3-5年。
作为此解决方案的一部分，有一个用于监视电池状态和充电（BMS）的高级系统，它使您可以获取有关每个电池单元状态的信息。
电源短暂中断期间的电池放电水平通常不会影响整个阵列的资源，并且超过5000次循环，其中铅酸电池的资源为500次循环，最长为3-4年。
锂电池的工作温度模式根本不是关键，电池柜内的温度差异不会对整个电池寿命产生不利影响。
不再需要房间的供气和排气通风，因为使用锂离子电池时，原则上不会放氢。
图 13.服务器的外观在该项目中，客户对重要的UPS员工的工作站的本地保护解决方案感兴趣，该工作站还具有1000 VA的容量，并带有锂电池。 这种类型的UPS的成本差异约为400美元-比标准配置贵，但是，该解决方案的优点使我们可以考虑选择更高的资本成本（CAPEX），以降低将来的运营成本。
图14。 采用锂电池保护工作站的UPS外观让我们比较一下施耐德电气APC生产的单相UPS型号与锂电池和铅酸电池模块的类型。
可以从下表中得出什么结论：- 带有锂电池的UPS将提供900 W的负载持续32分钟，而带有内置VRLA电池且具有700 W负载的UPS仅需14分钟。
- 具有外部电池盒的常规UPS的成本与锂/ CAPEX /中的UPS的成本相当。
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结论
当前，用于保护和正确运行锂离子电池的制造技术已经接近工业领域，并为关键消费者提供了备用电源解决方案。而且，尽管目前它们仍然很昂贵，但是与传统的VRLA电池相比，它们具有自己的应用前景。首先，这些解决方案非常适合无法定期聘请一组运营工程师的设施-大型设施，或所有电源（尤其是UPS）技术支持外包的设施。如施耐德电气声称：« Schneider Electric , . , - », – , IT Division Schneider Electric07 2018
-News «Schneider Electric - »:
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Schneider Electric:
- №231, « - », Schneider Electric, 2016
- 白皮书：单相UPS的电池类型：阀控式铅酸（VRLA）电池与锂离子电池的比较施耐德电气，2016年
- 229号白皮书，“数据中心电池技术：带调节阀（VRLA）的锂离子铅酸电池的比较”，施耐德电气，2016年
- “俄罗斯联邦电力存储系统发展的概念”，俄罗斯联邦能源部，2017年8月21日。