不間斷電源系統中鋰電池的應用

【摘要】目前由于鋰電池已經受到了廣泛關注和大力推廣，再加之其技術水平的不斷成熟，而且鉛酸蓄電池生產過程會給環境帶來污染，日益升高的污染物排放和日漸減少的全球能源使得人們越來越為之提憂，相信在不久的將來鋰電池必定能代替鉛酸電池用于不間斷電源系統中作為蓄電池使用，本文主要對不間斷電源系統中鋰電池的應用進行了探討。

【關鍵詞】不間斷電源系統；鋰電池；應用

引言

什么是不間斷電源系統？即有儲能裝置，保障計算機系統在停電之后繼續工作一段時間以使用能夠緊急存盤，使您不致因停電而影響工作或丟失數據。它在計算機系統和網絡應用中，主要起到兩個作用：一是應急使用，防止突然斷電而影響正常工作，給計算機造成損害；二是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質量，為計算機系統提供高質量的電源。該系統可以提供高質量電力，解決或防止上述問題，保證較高工作效率，增加儀器以及機器的壽命。

1.不間斷電源系統中使用蓄電池的關鍵性

不間斷電源系統主要有四大部分組成，即整流器，逆變器，靜態轉換開關以及儲能裝置蓄電池組，如圖1所示。

圖1 UPS結構圖

在不間斷電源系統中，蓄電池是一種用來儲存電能由很多電池串聯成的裝置，其容量直接影響著放電時間長短。其功能包括：當市電供電正常時可以對電能進行轉換，使之以化學能形式存于電池中；當市電遇到故障時再做相反的轉化，即將化學能變為電能以滿足逆變器以及負載要求。蓄電池對于不間斷電源系統來說，毫無疑問占據著支柱地位，如果一個不間斷電源系統缺乏蓄電池，那么其充其量只能算作穩壓穩頻電源。正是因為蓄電池的存在，不間斷電源系統才可以持續供電。

不間斷電源系統內配置的蓄電池性能是否優劣，直接影響著不間斷電源系統是否有一個良好的性能。例如：（1）在市電供應出現異常時，通過不間斷電源系統可以給用電設備充分的備用電源以確保機器設備正常工作。這是該系統的一個重要作用，以上我們已經做了詳細介紹，知道了其是依靠蓄電池才得以實現的。因此蓄電池容量直接影響著市電中斷后該系統持續放電的時間，也就是該系統備用工作時間的長短。（2）增加蓄電池使用時間，有利于避免不間斷電源系統頻繁換電池，這樣不僅節約了開支，而且降低了用戶用來維護該系統的工作量。（3）蓄電池工作過程中的溫度范圍直接決定了該系統的使用溫度，進而增強了該系統對所處環境的適應性。

2.鋰電池發展與分類

（1）鋰電池發展

有關數據表明鉛酸蓄電池生產廠將從2006年的2000家銳減至2015年的300家，原因就是因為鉛酸蓄電池的生產過程會給環境帶來污染。國家為了治理污染制定了相關的法律法規和相關的標準，要達到標準，治理污染，企業將需大量地投入資金，致使很多小企業無力支撐，紛紛落馬。而鋰電池產業的環境溫度寬、體積小等，使得鋰電池普遍應用于電站儲能電源系統、電動工具、UPS、通信電源、電動車輛、航空航天等多個領域，其市場需求極其可觀。就中國市場而言，2013年鋰電池整體市場規模將達到741.7億元，到2015年預計達到1251.5億元。

鋰電池產業是我國高新技術未來發展的趨勢，經濟的發展對于動力電池的要求也越來越高，這就導致動力電池開始朝著高科技和高性能的方向發展，而低溫鋰電池正好能夠適應目前的發展要求。低溫鋰電池開始慢慢走入人們的生活，在給人們帶來便利的同時也增加了鋰電池的消耗量，這就要求相關的研究人員積極開發新方法，提高低溫鋰電池的利用率。

（2）鋰電池分類

目前，鋰電池可以分為液態的和聚合物的兩種，液態鋰電池分具有正負極，它所采用的材料為兩種物質的層間化合物。鋰電池還能夠分為可以充電的和不可充電的兩種，可以充電的鋰電池在電量耗盡時還能夠通過其他方式將電能通過轉化重新使用（鋰離子由能量較低的正極材料被趕往負極材料），能夠充電的電池相當于一個銀行，能夠儲蓄電能，這也是它最大的特點。不能夠充電的鋰電池也叫一次性電池，它是單向的，不能夠儲存電能。鋰電池有很多優點，因此，它的使用范圍也比較廣泛，鋰電池的體積比較小，使用方便，由于鋰電池的材料比較特殊，因此，它的質量比較輕，而且能量比較高，污染很小，還能夠循環利用。由于鋰電池眾多的優點，因此，它也成為了21世紀的理想能源。鋰聚合物電池從正負極材料（添加劑）分類：可分為鋰離子LIB，聚合物PLB。

3. 鋰電池在不間斷電源系統中應用

現今隨著我國鋰電池領域的迅猛發展，鋰電池逐漸受到了關注，其應用領域在不斷拓寬，通信行業則已捷足先登?？梢钥隙ǖ卣f：鋰電池不僅是便攜式攝錄機、電動玩具和數碼相機等產品的首選電池，也將成為通信電源、UPS用后備電池的更新換代產品。我國鋰電池領域在1997年末形成產業，之后逐漸走上了產業化道路，其發展先后經歷了兩個階段，即從最初的學習階段到后來的自主研發階段。從2001年開始，由于深圳地區一些知名鋰離子電池廠家的迅猛發展，帶動了我國鋰電池領域的迅猛發展，其年均產量增加值已經達到了140%以上。根據相關調查資料可以知道，從2000開始到2003年短短的三年時間里，由于我國鋰電池領域的迅猛發展，致使其市場規模上升為3200萬片/月，占據全球市場總額的29%。

由于鋰電池領域的快速發展，目前阻礙鋰電池大力普及和推廣的一些制約因素已經迎刃而解，比如價格以及技術方面的問題，將鋰電池選擇為不間斷電源系統蓄電池的時機已經到來。當前，就有一些廠商已經成功研制了鋰蓄電池不間斷電源系統，例如：LG化學自1995年進入中國以來，事業快速發展，已先后在天津、寧波、廣州、南京等地建立了8家生產工廠制造鋰電池，應用于不間斷電源系統中；北京地區某公司研發的鋰電池不間斷電源系統系列。

在此我們以北京某公司成功研制的鋰電池不間斷電源系統為例進行介紹。它是一款選擇鋰電池為不間斷電源系統蓄電池的不間斷電源系統，為在線小功率式。其逆變器一直都在不間斷工作，其結構的特殊性直接決定了市電輸入和該系統之間的無關性，其不管是輸入還是輸出都是獨立的，有專門的控制裝置。所以對市電輸入具有很強的適應性，特別是對頻率變化方面的適應性。輸出環節為質量非常好的正弦波交流電源，其不管是電壓還是頻率都非常穩定以及精確，與此同時，整機的一些保護功能也得到了顯著改善，比如浪涌保護以及噪聲抑制等。鋰電池不間斷系統由四個部分構成，即鋰電池，整流器，逆變器以及電池管理系統。它的工作方式類似于鉛酸電池不間斷電源系統，二者的區別主要表現在鋰電池不間斷電源系統選擇鋰離子電池為不間斷電源系統的蓄電池，同時還為其設計了獨特的電池管理系統以滿足鋰電池的使用要求。蓄電池選擇15.4Ah以及16.8V大小的鋰離子電池組。

4.結語

相比于鉛酸電池來說，鋰電池在不少方面都具有顯著的優越性，選擇鋰電池為不間斷電源系統的蓄電池，可以大大改善不間斷電源系統的相關性能指標。現今，因為鋰電池不間斷電源系統才剛剛開始發展，相比于鉛酸電池不間斷電源系統來說，其技術水平還非常落后，不過目前由于鋰電池已經受到了廣泛關注和大力推廣，再加之其技術水平的不斷成熟，相信在不久的將來鋰電池必定能代替鉛酸電池用于不間斷電源系統中作為蓄電池使用。

參考文獻：

[1]高倩. 智能化鋰電池充電管理[D]. 北京交通大學，2012

[2]魏立志，鋰離子在UPS中的應用分析[J]，中國礦業大學，2012