Вопросы о литиевой батарее ИБП от Reddit
На Reddit было много подобных вопросов об использовании Lithium ion batteries for UPS, такой как "Литиевая батарея ИБП предложение», «Как заменить свинцово-кислотную батарею ИБП на Литиевая батарея ИБП», «Литиевая батарея для ИБП recommendation” etc. So here we are: the R&D Team of БАК Технологии to the rescue!
Что такое литиевая батарея ИБП и что такое ИБП с литиевой батареей
Давайте договоримся о следующих условиях: а UPS – это устройство. Он обеспечивает энергию при выходе из строя основного источника питания. Обычно время, в течение которого ИБП может питать ваше оборудование, весьма ограничено. На всякий случай: UPS означает источник бесперебойного питания.
- Батарея ИБП – is a part of a UPS. It’s basically the main component besides the IC.
- A lithium Battery UPS – is an UPS that uses Lithium Batteries.
- A UPS Lithium Battery – is a battery that is used in a lithium battery UPS.
What is a Lithium Battery UPS
It’s been a long-long time that UPS systems used lead-acid batteries. In the present days you still can see them everywhere because they are very cheap (there are exceptions, we will talk about them later). In “Top 10 lithium ion battery suppliers in 2024” we showed you how quickly the market of lithium-ion batteries grows. And where there were lead-acid battery UPS systems we more and more often observe implementation of UPS Lithium Batteries.
Today Lithium Battery UPS are used in data centers; to support medical equipment: for telecommunications; home or office backup.
Generally speaking the difference is only in the UPS battery. Instead of lead-acid ones there are lithium-ion batteries. Quite often a UPS battery is made of ЛиФеПО4 due to its safe nature. We will talk about it later.
UPS Lithium Battery Specifications
For quite a long time the main cons of using lithium for UPS batteries was the cost and safety issues. But mainly the cost of the UPS battery. The problem with safety issues was mitigated when production of LiFePO4 аккумуляторы reached industrial level. And at the same time UPS lithium batteries became much more affordable for business.
Let’s have a look at Table 1, it will help us to compare a UPS lithium battery со свинцово-кислотной альтернативой.
| Особенность | Литий-ионный аккумулятор ИБП | Свинцово-кислотный аккумулятор ИБП |
| Продолжительность жизни | 8–15 лет или ~2000–5000 циклов зарядки | 3-5 лет или ~200-500 циклов зарядки |
| Время зарядки | 1-2 часа для 100% зарядки | 8-16 часов при 100% заряде |
| Плотность энергии | ~150-250 Втч/кг | ~30-50 Втч/кг |
| Масса | На 30–50 % легче (например, аккумулятор 1 кВтч ~10–15 кг) | Тяжелее (например, аккумулятор 1 кВтч ~20-30 кг) |
| Обслуживание | Низкие эксплуатационные расходы (обычно обслуживание не требуется) | Требует периодического обслуживания, например, долива электролита. |
| Терпимость к температуре | Хорошо работает при температуре от -20°C до 60°C (от -4°F до 140°F). | Лучше всего работает при температуре от 0°C до 25°C (от 32°F до 77°F). |
| Стоимость (аванс) | $400-$600 за кВтч | $150-$200 за кВтч |
| Диапазон стоимости за год | От 26,67 до 75 долларов США (при сроке службы 8–15 лет и первоначальной стоимости 400–600 долларов США за кВтч) | От 30 до 66,67 долларов США (при сроке службы 3–5 лет и первоначальной стоимости 150–200 долларов США за кВтч) |
| Эффективность | 95-98% (меньше потерь энергии при зарядке/разрядке) | 80-85% (более высокие потери энергии) |
| Скорость саморазряда | ~2-3% в месяц | ~5-10% в месяц |
| Глубина разряда (DoD) | До 80-90% (можно использовать больше емкости аккумулятора) | Обычно 50-60% (нельзя часто глубоко разряжать) |
| Безопасность | Безопаснее при правильном Система управления батареями (BMS) но может быть нестабильным в случае повреждения | В целом стабилен, но существует риск перегрева или утечки электролита. |
| Воздействие на окружающую среду | Меньшее воздействие (более длительный срок службы, меньшее количество утилизации, возможность вторичной переработки) | Более сильное воздействие (токсичные материалы, такие как свинец, более частая утилизация) |
| Приложения | Высокопроизводительные (центры обработки данных, больницы, телекоммуникации) | Универсальные, экономичные приложения (дома, небольшие офисы) |
Таблица 1. Литиевая батарея ИБП против свинцово-кислотной батареи для ИБП
Let’s Look at Those Questions about UPS Batteries from Reddit
Two of them are quite the same in their nature: “Литиевая батарея ИБП suggestion” and “Литиевая батарея для ИБП recommendation”.
At this point the main quality we would like to mention is the type of UPS battery you should consider. We recommend LiFePO4 UPS batteries (Lithium Iron Phosphate or LFP). If you want to dig deeper in this topic, we already talked a lot about it.
Other potential options are: Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC) and Lithium Titanate (LTO) batteries. Obviously each UPS battery type has its strong sides and shortcomings. Let’s compare them, here is Table 2.
| Особенность | Lithium Iron Phosphate (LiFePO4 or LFP) | Nickel Manganese Cobalt (NMC) | Титанат лития (LTO) |
| Average Weight of Batteries per kWh | ~8 kg | ~6 kg | ~11 kg |
| Lifespan (Cycles) | 2,000 to 5,000+ cycles | 1,000 to 2,000 cycles | 10,000 to 20,000+ cycles |
| Longevity in perfect conditions (Years) | 8-15 | 5-10 | 10-20 |
| Estimated Average Lifespan under Suboptimal Conditions (Years) | 6-8 years | 4-6 year | 8-12 years |
| Плотность энергии | ~90-120 Wh/kg | ~150-200 Wh/kg | ~50-80 Wh/kg |
| Disposal Costs per kWh | $16 – $32 | $30 – $42 | $33 – $55 |
| Disposal Cost per kg | $2 – $4 | $5 – $7 | $3 – $5 |
| Cost per kWh (including disposal) | $416 – $632 | $530 – $842 | $1,033 – $1,555 |
| Cost per year(based on the realistic average lifespans for each battery type) | $52 – $105.33 | $88.33 – $210.50(Higher due to better energy density) | $86.08 – $194.38(High due to advanced technology and longevity) |
| Терпимость к температуре | Excellent (-20°C to 60°C) | Good (0°C to 45°C) | Отлично (от -30°C до 55°C) |
| Безопасность | Очень безопасен, термически стабилен, менее подвержен возгоранию. | Хорошая безопасность, но более чувствительна к высоким температурам. | Чрезвычайно безопасен, очень термостабилен |
| Время зарядки | 1-2 часа (умеренно) | 1–3 часа (быстрее, чем LFP, но не так быстро, как LTO) | От 30 минут до 1 часа (самая быстрая зарядка) |
| Глубина разряда (DoD) | 80-90% | 80-90% | 90-100% |
| Скорость саморазряда | Низкий (~2-3% в месяц) | Умеренный (~3-5% в месяц) | Очень низкий (~1-2% в месяц) |
| Масса | Умеренный | Легче (более высокая плотность энергии) | Самый тяжелый |
| Воздействие на окружающую среду | Меньше (более безопасная химия, меньше токсичных материалов) | Выше из-за содержания кобальта | Умеренный, хотя и очень длительный срок службы снижает воздействие |
| Приложения | Идеально подходит для систем ИБП, которым требуется длительный срок службы и безопасность (центры обработки данных, больницы). | Обычно используется в высокопроизводительных приложениях, требующих компактных размеров. | Используется в особых случаях, требующих исключительной долговечности и быстрой зарядки/разрядки (военные, передовые промышленные). |
| Общий | Самый дешевый | The smallest and most compact | The safest and less demanding |
Table 2. Summary of LifePO4 UPS battery’s qualities vs other types of UPS lithium batteries.
We can roughly estimate the growth of expenses over the period of 24 years for each UPS battery type per kWh. For this model we set the lifespan of batteries 8, 6, and 12 years respectively. The initial cost is estimated based on Table 2, provided above, we also assumed that according to modern trends the cost of lithium batteries will decrease due to improved technologies of production (Plot 1).
It’s obvious that a LiFePO4 UPS battery is the most cost-effective choice. If we make a little step farther, and basing on open data estimate the average energy consumption of an ICU:
- Медицинское оборудование (2-4 кВтч на койку в час),
- Освещение (0,5-1 кВтч на койку в час),
- HVAC (1-2 кВтч на койку в час)
для 300 человек в час это составит: от 1200 до 2100 кВтч в час.
Теперь давайте посмотрим, сколько стоит такая энергетическая поддержка, которая позволит медицинскому учреждению пережить трехчасовое отключение электроэнергии такого масштаба. Нам необходимо учитывать DoD (глубину разряда) батарей ИБП. Для ИБП LiFePO4 и НМЦ UPS lithium battery это около 90%. Титанат лития UPS batteries может быть разряжен до 100%.
Также сравним со свинцово-кислотными аккумуляторами (DoD составляет 50%). Ориентировочную стоимость батареи за кВтч мы возьмем из таблицы 2. Вот наши окончательные расчеты (таблица 3):
| Тип батареи | Энергия, необходимая в час | Общая энергия за 3 часа (кВтч) | Стоимость за кВтч (долл. США) | DoD (глубина разряда) | Final Cost Range (USD) |
| LiFePO4 (LFP) | 1,200 to 2,100 kWh | 3,600 to 6,300 kWh | $416 to $632 | 90% | $1,664,000 to $4,424,000 |
| Nickel Manganese Cobalt (NMC) | $530 to $842 | 90% | $2,120,000 to $5,894,000 | ||
| Титанат лития (LTO) | $1,033 to $1,555 | 100% | $3,718,800 to $9,796,500 | ||
| Свинцово-кислотный | $150 to $200 | 50% | $1,080,000 to $2,520,000 |
Table 3. UPS expenses of an ICU estimated to survive a 3 hour blackout.
This estimation clearly shows that at industrial scale none of UPS lithium batteries options can compete with lead-acid UPS batteries due to high cost-efficiency of later ones. Nevertheless there are scenarios where lifepo4 UPS are still relevant even at the industrial scale.
Lithium UPS at Industrial Scale Scenarios
Expensive and limited area
Литий-ионные аккумуляторы меньше и легче на 50-70%, это актуально, когда их необходимо разместить в дорогих зонах премиум-класса современных бизнес-зданий, где площадь и весовая нагрузка ограничены. Например, центры обработки данных (принадлежащие Equinix и другим гигантам) начали внедрять решения ИБП LiFePO4 именно из-за этих ограничений.
Частая езда на велосипеде
Другой пример — накопители энергии для микросетей. В микросетях возобновляемой энергетики (солнечная энергия, энергия ветра) систему необходимо заряжать и разряжать ежедневно, иногда несколько раз в день. Если мы еще раз посмотрим на Таблицу 1, то увидим, что срок службы свинцово-кислотной батареи составляет всего 200-500 циклов, при этом Литиевая батарея ИБП может предложить 2000 – 5000 циклов (ИБП LiFePO4) или даже до 20000 циклов (LTO UPS Battery). Where LTO can offer a 100 longer life cycle for only x3-4 increase of the price. And we know such examples: Tesla Powerwall systems are used in small-scale microgrids, and residential microgrids.
This example doesn’t describe the “UPS use-case scenario”, but shows how at industrial level other qualities of a powersource become significant for the economy of the project.
UPS Replacement Battery
Replace a Lead-Acid Battery With a UPS LIthium Battery
Hold on! Not all UPS systems are designed to support lithium-ion batteries as a UPS replacement battery. Lead-acid and LiFePO4 batteries have different voltage characteristics, charging requirements, and different discharge profiles. Simply replacing one battery with another one may not work, and in the worst case be dangerous.
What shall I do? First check whether your UPS is a hybrid type and supports lithium batteries.
My UPS supports lithium replacement battery
Some modern UPS can digest both: lead-acid and LiFePO4 UPS batteries. In this case a lithium one can be a good new UPS replacement battery.
If you’re a lucky one, and your system supports lithium UPS batteries, then the next step is to contact the vendor and check the exact specifications for the battery type you want to use as a UPS replacement battery.
My UPS doesn’t support a Lithium Replacement battery
If your UPS doesn’t support it, but you understand a ИБП LiFePO4 is what you need, we can offer you our Система хранения энергии BAKTH-UPS, 48 В, 100 Ач, 4800 Втч.We believe it’s a powerful and versatile solution, especially when you need a reliable backup.
Use case
This would suit home energy storage, small office setups, or even small industrial applications where moderate energy demand is required during blackouts. And 4.8kWh capacity at 48V is ideal for many backups because it can easily handle power outages for several hours (depending on the load of course).
Charging:
The current (0.2C standard and 1.0C maximum) can do both: standard and fast charging.
Discharging:
Standard DR (0.5C) and Max DR (1.0C) will support your high-power loads continuously.
Conditions:
Yes, a lithium UPS replacement battery can survive in rough conditions (charge 0°C to 55°C, discharge -20°C to 60°C) but it comes at a cost of shorter life span, the longest your battery can last will happen if you take good care and keep it within 20°C to 30°C. Not too hot and not too cold. And your little battery will be happy for a long-long time.
My UPS doesn’t support a Lithium Replacement Battery, but I feel crafty
On the other hand, if you have an old-fashioned UPS, that doesn’t support a Lithium replacement battery, but you are an engineer, you are 100% sure about every little detail of what you are going to do, and safety especially (your safety concerns us the most) remember:
Charging profile differences.
Replace the charger or adjust the charger settings (if possible)? Because lead-acid batteries require a CC/CV profile, and LiFePO4 UPS replacement battery (we assume you are going to use this type) prefers a different voltage cutoff (around 14.6V for a 12V battery).
Система управления батареями (BMS)
Just make sure your lithium UPS Replacement battery has a built in BMS, if it doesn’t – get one (even from us – BAK Technologies). And it’s very important to make sure in advance that your UPS and your battery’s BMS are compatible (can properly communicate).
Voltage Differences
Your brand new LiFePO4 UPS replacement battery will normally operate at a higher nominal voltage compared to your old lead-acid battery. Per cell LiFePO4 operates at 3.2V, and lead-acid is around 2V. It means that for a typical 12V system your lithium battery will operate at about 12.8V.
Capacity Matching and Runtime
For Lithium UPS Replacement Battery the DoD is almost twice bigger than for a lead-acid one. Speaking roughly it’s 90% vs 50%, and that’s nice, because you need fewer Ah to achieve the same runtime. Remember to save your money and recalculate the capacity. If your old lead-acid battery had 150-200 Ah, then your new LiFePO4 UPS replacement battery will provide the same runtime with only 100Ah.
Our UPS Lithium Batteries
And if you need some LiFePO4 batteries, here is what BAK TECHNOLOGIES (it’s in caps because we are shouting) has for you!
BAKTH-LiFePO4 12,8 В 24 Ач, 307,2 Втч
Optimal for 💡
Tailored for compact applications like home electronics backup—WiFi routers, small LED lighting, and low-consumption devices. 🏠 Runtime of this battery excels with lightweight demands, effortlessly powering a 100W device for approximately 3 hours. 🌟 Recommended for low-power devices requiring uninterrupted operation during brief power disruptions. ⚡
BAKTH-LiFePO4 12,8 В 54 Ач, 691,2 Втч
Optimal for 🔋
Ideal for mid-level UPS applications, including home office environments with laptops, routers, and small monitors. 💼 Runtime: Efficiently supports a 200W device for about 3 to 3.5 hours, offering robust backup for moderate power requirements. ⚙️ Recommended for home offices or critical small systems needing reliable performance during power outages. ⚡
BAKTH-LiFePO4 12,8 В 100 Ач, 1280 Втч
Ideal for 💼
Engineered for substantial UPS applications—computers, security systems, and medical equipment. 🔋 Capable of sustaining a 300W load for about 4 hours or a lower load for extended durations. 🚀 We recommend this for home entertainment setups, small server rooms, or office spaces requiring dependable power backup. ⚙️
BAKTH-LiFePO4 48В 30Ач, 1440Втч
Optimal for 🏭
Designed for industrial or heavy-duty UPS systems demanding elevated voltage and power capacity. ⚡ Perfect for supporting high-wattage equipment, efficiently running a 400W load for approximately 3 to 3.5 hours. 🔧 We recommend for small data centers, telecom infrastructure, or industrial control systems where robust power supply is critical. 🔌