详解锂电数据中心未来发展应用展望

为何推荐采用磷酸铁锂？

目前业界主流的锂电分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元锂。钴酸锂重要应用与手机电池行业；锰酸锂重要应用于电动自行车行业；磷酸铁锂广泛应用于大巴车／公交车储能，储能电站；三元锂广泛应用于家用车／出租车储能，储能电站行业。在数据中心场景目前普遍采用磷酸铁锂和三元锂2种电芯，磷酸铁锂可靠性更高，三元锂能量密度有优势。

1、磷酸铁锂结构更稳定

从分子结构来看，磷酸铁锂分子结构为橄榄状三维结构，而钴酸锂、三元锂分子结构都是层状二维结构，2D层状结构易坍塌，相对而言，磷酸铁锂分子结构更稳定。

2、磷酸铁锂热稳定性高、产热速率慢，产热少

磷酸铁锂高温稳定，高温产热峰不明显，峰值产热功率仅1W左右高温或高压下，三元易析氧，加剧燃烧，峰值产热功速率约80W／min，容易触发爆炸式燃烧（秒级），系统难以反应控制总产热量方面，磷酸铁锂显著低于三元、锰酸锂等材料（产热功率曲线与横轴的面积代表总产热量）

3、磷酸铁锂热失控反应不出现助燃剂

磷酸铁锂在热失控后不会出现氧气，而锰酸锂、钴酸锂、三元锂在热失控后都会出现氧气，因此，更容易起火。

而磷酸铁锂热失控所要的温度更高，相对而言，锰酸锂、钴酸锂、三元锂热失控要达到的温度点都远低于磷酸铁锂。

数据中心锂电应用的瓶颈

1、成本是瓶颈，但未来可期

随着锂电在电动汽车、工业储能、终端设备等行业的大量使用，以及整个行业生态的建立，锂电成本成逐年下降的趋势，而铅酸电池（含铅）成本却时高时低，未来成本有上升趋势。因此，在不久的将来，锂电的成本优势会愈发明显，锂电必将在数据中心大规模应用。但是，就目前来看，因为行业铅酸品牌及价格层次不齐，给我们的感觉还是锂电比铅酸贵。

2、可靠性仍然是未来锂电应用最大的障碍

锂电尽管应用广泛，但是无能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。

数据中心锂电应用安全保证

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，出现高温和大量可燃气体，继而燃烧。

而机械电热激源刺激下引发热失控的根因。

锂电安全性保障

从近几年锂离子电池起火事故（如：Note7，Tesla等），归纳为内部短路、析锂、高温、体积变化致起火爆炸发生。

而电芯选择磷酸铁锂并不能万无一失。所以，在锂电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安全才能将锂电的热失控起火事故控制在最低限度。

（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，根本上保障安全性

（2）电芯结构安全设计：机械结构及时切断，抑制温度上升；涂层抑制热失控

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，机械结构不起用途，功能涂层抑制隔离膜收缩，防止大面积短路；

（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

（4）BMS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，防止出现偏流、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

（6）AI智能安全保证：关键数据上传至云端，实时监控电池状态，通过横向纵向比较＋数据库＋安全算法分析，提前进行月／天级安全预警

数据中心锂电应用的挑战

数据中心锂电大量应用除了要解决可靠性及成本问题，事实上，用户在应用锂电时还存在诸多问题，这些问题也将成为未来锂电大量应用的关键考量。

挑战1：多柜并柜均流问题，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，锂电系统在应用过程中，无法防止部分失效率的问题；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，单串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，当锂电入列微模块数据机房，假如锂电柜内发生火灾，如何将火灾控制在机柜内部，不扩散到周边ICT设备？