锂电池数据中心未来发展应用展望
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2可靠性仍然是未来锂电池应用最大的障碍锂电池尽管应用广泛,但是无论是电动汽车还是手机都出现过热失控、起火等事故。在数据中心,则对可靠性要求更高,一旦发生火灾,整个数据中心业务可能都会受到严重损失(见图7)。
数据中心锂电应用安全保证 1锂电安全性根因 电池内部在过温和过压情况下出现许多放热副反应,继而形成热量正反馈,从而出现热失控,产生高温和大量可燃气体,继而燃烧。 电池外部在机械电热激源等刺激下会引发热的情形,从而引发锂电池热失控的潜在危害(见图8)。
2锂电安全性保障 从近几年锂离子电池起火事故中可归纳为内部短路、析锂、高温、体积变化等原因致起火爆炸发生。使我们也认识到,电芯选择磷酸铁锂并不能万无一失。所以,在锂电池的设计应用中应该从电芯+PACK+BMS+系统+云计算/大数据等多层面保障锂电池安全才能将锂电池的热失控起火事故控制在最低限度(见图9)。
1电芯材料体系的选择:优选磷酸铁锂,热失控温度点高,产热速率慢、产热总量少,从根本上保障安全性的几率极高; 2电芯结构安全设计:在机械结构和涂层层面优化设计,可抑制热失控的发生。 ·机械结构:外短路及过充电滥用,通过fuse,OSD等机械结构及时切断,抑制温度上升,阻止连锁反应至热失控; ·功能涂层(化学保护):发生内短路,机械结构不起作用,功能涂层抑制隔离膜收缩,避免大面积短路。 3电池模块PACK安全设计:电池模块PACK设计整体从2层4点出发。比如: ·激光焊规避螺钉松脱风险; ·多温度传感器确保模块内温、电压等实时监控; ·夹紧力保证结构稳定性; ·绝缘保护板保护正负端子; ·塑胶绝缘支架,保证电芯间绝缘和结构强度; ·电芯表面绝缘膜包覆,保证电芯与外部绝缘力。4BMS安全设计:三级BMS架构,常规V、I、T采样检测、均衡、阈值告警保护+内短路算法+内温估计算法+析锂估计算法,确保电芯不出现热失控。5系统安全设计: ·智能电池控制系统,做到单组电压、电流、功率可控,避免出现偏流、环流情况; ·机柜级消防系统，做到热失控快速抑制，精准、高效、环保。6AI智能安全保证:关键数据上传至云端,实时监控电池状态,通过横向纵向对比+数据库+安全算法分析,提前进行月/天级安全预警。 数据中心锂电池应用的挑战 数据中心锂电池大量应用除了要解决可靠性及成本问题,事实上,用户在应用锂电池时还存在诸多问题,这些问题也将成为未来锂电池大量应用的关键考量。 挑战1:多柜并联的均流问题 多柜并联放电,因电芯内阻、容量等不一致、配电的差异等导致的柜间放电不均流,尤其是在短时大电流放电时,造成电池柜逐个过流保护。 挑战2: 新旧电池柜在线扩容问题锂电池系统在应用过程中,无法避免部分失效率的问题，或者因负载增大而扩容的需求，就会有新旧电池柜并联使用的场景。新旧电池柜混用因内阻、容量的不一致，会导致严重偏流，甚至导致单电池柜过流断开。 挑战3:电芯串联均压问题 单组电池内电芯内阻容量等不一致，导致单电芯充电过压，使得整个电池系统无法充满电。 挑战4:故障维护问题 单组电池组内某个电池模块故障,引起整组电池无法正常工作,如何快速维护更换? 挑战5:消防问题 当锂电池入列微模块数据机房,假如锂电池柜内发生火灾,如何将火灾控制在机柜内部,不扩散到周边ICT设备? 终上所述,锂电池相对于铅酸有者低承重要求、占地小、能量密度高、循环寿命长等优势。所以,未来随着锂电池成本的进一步降低,锂电池在数据中心必将大量应用。在安全保障方面,优先推荐采用磷酸铁锂高稳定电芯,其次要从pack、BMS、系统等层面多维度来保障锂电池的安全应用。然而,事实胜于雄辩,锂电的可靠性及实际应用需要经得起测试考验,锂电在数据中心的大量应用更需要经得起市场验证。 为此,我们需要对锂电池进行严格的测试以确保其可靠性,其中最为严格的一项测试莫过于针刺测试。研究发现,锂电池的热失控大多是由于内部发生短路产生。正常使用时发生内部短路的情况几乎可以忽略，然而，锂电池在低温充放电时，锂电池内部可能会析出锂枝晶，从而刺穿隔膜,发生内部短路。针刺测试就是模拟内部短路来验证锂电池是否会发生热失控，是否会起火而开展的测试之一。 当然，在实际应用中免不了会涉及到分期扩容需求，那么锂电池新旧电池组混并又会如何？多组电池组并联时，因为锂电池产品的离散型差异以及外部电缆连接长度不相同等因素造成的不均流度又如何解决？华为将面向行业采用公开测试的方式邀您共同验证，敬请期待。 （编辑：应用网_阳江站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
