叶小卫，徐自强，艾军

1 引言

当前，水泥厂的不间断电源系统主要是基于铅酸电池，铅酸电池成本相对较低，使用安全。但铅酸电池具有高污染毒性，对环境影响极大，且铅酸电池的可循环使用次数少，重量大。近年来，国内锂电池产业发展迅速，锂电池具有功率大、容量大、效率高、寿命长、绿色环保等优点，目前主要应用于光伏发电、风力发电、分布电站、通讯基站、UPS等领域，从长期来看，锂电池可替代传统的铅酸电池。结合当前水泥厂的现状，锂电池的应用重点应放在不间断电源UPS的电池置换、应急安全照明的电池置换和高压柜直流屏的电池置换等方面。本文提出了一种基于磷酸铁锂电池的UPS电池置换方案，并已在实际工程中实施，供业界同仁参考。

2 不间断电源系统介绍

锂电池主要分为磷酸铁锂电池、锂钴电池、锰锂电池、锂钴镍电池等，其中磷酸铁锂电池安全性能最佳且最符合环保要求，循环使用寿命可以达到2 000次以上（实验室IC循环寿命在3 500次以上，部分可达5 000次以上），其温度耐受区间为-45℃～70℃，长期使用也较为经济，是取代铅酸电池的最优选择。

本文所述不间断电源系统选用磷酸铁锂电池与UPS主机配套使用，当有市电时，UPS可以为负载供电，同时也为电池供电；当没有市电时，自动切换成电池为UPS提供直流电工作。该系统采用60个30Ah磷酸铁锂电池串联组成，成组电压192V，标称能量5.76kWh，其后备时间计算如下：

T=30Ah×192V/6 000VA=0.96h

选用BMS系统（电池管理系统）对锂电池组的充放电进行管理，BMS系统是开放系统，可以配置不同的锂电池组。BMS系统原理见图1。

图1 BMS系统原理图

表1 不间断电源系统参数

3 功能参数

3.1 不间断电源系统参数（表1）

3.2 BMS系统工作原理

BMS系统为整个不间断电源系统的核心部件，BMS系统中BCU模块通过CAN总线与各BMU模块实时通信，获取单体电压、箱体温度等参数，通过电流传感器采集充放电电流，劢态计算SOC，并通过触摸屏显示相关数据。BCU计算分析得出电池组综合信息后，进行BMS系统智能管理，同时可实现对充放电的二级保护，确保强弱电有效隔离，满足客户多样化的安全控制需求，保障不间断电源系统稳定高效运转。BMU及BCU功能见表2、表3。

3.3 样品开发

基于锂电池的不间断电源系统目前已经开发完成，并已稳定运转，系统样品图见图2。

3.4 锂电池与铅酸电池对比

从使用寿命上来看，铅酸电池的循环使用寿命在300次左右，最高能达到500次；磷酸铁锂动力电池循环使用寿命达2 000次以上，在标准充电（5小时率）使用时，可达2 000次。同质量的铅酸电池使用寿命在1～1.5年，而磷酸铁锂电池在同样的条件下使用，理论使用寿命将达到7～8年，是铅酸电池的4倍以上。

基于铅酸电池的UPS系统，价格主要由UPS主机和铅酸电池组两部分组成，后备时间为1h的6KVA不间断电源系统价格约为4万元左右；基于磷酸铁锂电池的UPS系统，价格主要由UPS主机、锂电池管理系统、锂电池组三部分组成，同等规格下价格约为7万元左右。

综上所述，基于锂电池的UPS系统价格不到基于铅酸电池的UPS系统的2倍，但其使用寿命约为基于铅酸电池的UPS系统的4倍以上，性价比较优。且基于锂电池的UPS系统体积小，重量轻，在生产及使用过程中均无污染，具有广阔的应用前景。

当前，随着锂电池技术的成熟和制造业产能的增长，更多的供货商进入磷酸铁锂电池UPS应用领域，其各项优势将会越来越显著，未来，磷酸铁锂电池UPS系统将会在数据中心、机房、通信、工业等领域得到广泛应用。

表2BMU功能

表3 BCU功能

图2 不间断电源系统样品图

4 结语

锂电池的应用范围很广，容量差异也很大。本文结合水泥厂不间断电源系统的应用现状，提出了一种切实可行的锂电池置换方案，为水泥厂动力电池的储能应用从简单到复杂，从小容量应用逐步向中、大容量应用发展提供了一种思路。