鐵電池UPS——UPS行業(yè)的鋼鐵動力

金融、通信、交通行業(yè)的高速發(fā)展帶動了UPS行業(yè)一直持續(xù)穩(wěn)步的增長，UPS技術(shù)也不斷的發(fā)生著變革，單機(jī)冗余并機(jī)、雙總線冗余并機(jī)、三總線冗余并機(jī)、單機(jī)模塊化UPS、發(fā)展智能的監(jiān)控與管理、直流UPS等，UPS的新技術(shù)層出不窮，但在電池方面UPS還未突破鉛酸電池的束縛。據(jù)行業(yè)專家介紹，2010年國際金融展上曾有一款名為IRON 6K的UPS，因其搭載的電池不是傳統(tǒng)鉛酸電池，而是一種名為鐵電池的新型動力電池，有著傳統(tǒng)鉛酸電池無法比擬的諸多優(yōu)點，IRON 6K UPS憑借其出色的表現(xiàn)從眾多同類產(chǎn)品處脫穎而出，并捧得本屆金融展“最具潛力獎”大獎。

關(guān)鍵詞：鐵電池 直流UPS

傳統(tǒng)UPS鉛酸電池存在的問題

蓄電池是1859年由法國人普蘭特(Plante)發(fā)明的，至今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學(xué)電源中一直占有絕對優(yōu)勢。這是因為其價格低廉、原材料易于獲得。但是到了21世紀(jì)，鉛酸電池行業(yè)的技術(shù)門檻越來越低，市場上品牌泛濫，技術(shù)停滯不前，長此以往勢必會影響電源產(chǎn)業(yè)以及新能源行業(yè)的發(fā)展。

與此形成鮮明對比的是，隨著金融和電信兩大重點行業(yè)的高速發(fā)展帶動了UPS行業(yè)一直持續(xù)穩(wěn)步的增長，UPS技術(shù)也不斷的發(fā)生著變革，單機(jī)冗余并機(jī)、雙總線冗余并機(jī)、三總線冗余并機(jī)、單機(jī)模塊化UPS、發(fā)展智能的監(jiān)控與管理、直流UPS等，UPS的新技術(shù)層出不窮，但在電池方面UPS還未突破鉛酸電池的束縛，以致出現(xiàn)了“頭重腳輕”的尷尬局面。

鉛酸電池在UPS應(yīng)用中主要存在以下問題：

壽命問題：

鉛酸電池對環(huán)境溫度要求較高，工作環(huán)境一般要求在20℃-25℃之間，低于15℃時，其放電容量下降，溫度每降低1℃，其容量下降1%，而溫度過高（大于30℃）其壽命就會成倍縮短；

要防止鉛酸電池深度放電，深度放電會造成鉛酸電池內(nèi)阻增大或充電電壓過低，從而導(dǎo)致降低甚至失去充電能力，對于鉛酸電池來講放電程度越深，循環(huán)壽命越短；

要避免大電流充放電，對于鉛酸電池來說標(biāo)準(zhǔn)充電電流為0.2C，如果過大則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，內(nèi)阻增大，容量下降，壽命縮短；

對于不經(jīng)常停電的地區(qū)，建議用戶每隔三個月對UPS進(jìn)行一次人為的斷電，讓UPS電源在逆變狀態(tài)下工作一段時間，防止電解液沉淀，以便讓蓄電池維持良好的充放電特性，延長使用壽命；

安全問題

近年來，由蓄電池漏液、高溫性能差、維護(hù)不到位、負(fù)極析出氫氣等原因引起的火災(zāi)層出不窮，機(jī)房著火、系統(tǒng)崩潰、業(yè)務(wù)中斷、數(shù)據(jù)丟失…… 帶來的損失難以估量，也給鉛酸蓄電池的UPS系統(tǒng)行業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)！
案例一：
　　2005年5月，某省網(wǎng)通分公司一接入網(wǎng)機(jī)房發(fā)生火災(zāi)事故，燒毀蓄電池組及其附近的電纜、入戶木門、空調(diào)等物品，造成該接入網(wǎng)實裝機(jī)465戶及數(shù)據(jù)20線的通信全部中斷(用戶主要為企業(yè)用戶)。故障歷時17小時35分。
原因：機(jī)房中的蓄電池組正常維護(hù)巡檢不到位，未能嚴(yán)格按規(guī)程要求落實檢查、檢測，致使不能及時發(fā)現(xiàn)并排除蓄電池故障和安全隱患電池故障引起高溫，長時間的持續(xù)高溫引燃蓄電池ABS塑料外殼，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。

圖一 鉛酸電池引起的機(jī)房火災(zāi)事故

案例二：

2010年6月24日凌晨、天津某公司新大路與中山路交口附近一家公司機(jī)房著火，整個機(jī)房內(nèi)幾乎全被火苗和濃煙覆蓋、設(shè)備被燒毀。

事故原因：消防人員分析事故原因是蓄電池因漏液短路引起自燃。

空間問題

鉛酸電池受自身固有特性限制，備電配置原則通常為DOD30-50%，導(dǎo)致在典型的室內(nèi)IDC機(jī)房中需要的鉛酸電池容量巨大，2-4組的電池占地面積巨大，而且機(jī)房承建單位通常會考慮到安全問題而要求用戶建立單獨的電池組機(jī)房，空間利用率很低，用戶承擔(dān)了巨大了電池房建設(shè)成本和額外的空調(diào)配置費用，造成了用戶使用成本的巨大浪費！

圖二 典型數(shù)據(jù)機(jī)房平面簡圖

鐵電池優(yōu)勢分析

比亞迪公司是國內(nèi)最大也是最早做鋰電池的廠家，比亞迪結(jié)合自身在電池領(lǐng)域的優(yōu)勢，在 深圳寶龍建成了鐵電池生產(chǎn)基地，據(jù)相關(guān)媒體報道，建成后為全球最大的鐵電池生產(chǎn)基地。 該公司推出的電動汽車F3DM、E6上的電池就是鐵電池。鐵電池究竟有哪些顯著特點呢？

低碳節(jié)能、綠色環(huán)保

鐵電池不含鉛和硫酸，鐵電池的生產(chǎn)、使用和回收處理，不會對環(huán)境造成任何重金屬 和酸液污染，使用過程中也不會有氫氣析出，為真正綠色環(huán)保可充電蓄電池。人類面對全球生存環(huán)境的惡化，保護(hù)人類自身的生存環(huán)境已經(jīng)得到人們的共識，最主要的方式就是改變我們?nèi)祟惖纳娣绞郊跋M習(xí)慣，國家“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)已經(jīng)順利完成并成為過去，國家在“十二五”規(guī)劃中，同樣把節(jié)能減排作為首要任務(wù)認(rèn)真貫徹。
為應(yīng)對全球氣候變暖，各國政府相繼推出了適合本國發(fā)展的鼓勵性政策。

鐵電池節(jié)能效果突出表現(xiàn)為:

1.鐵電池的自放電率僅為2%，鉛酸電池約為5%，使用鐵電池能夠降低能量損耗約3%；

2.鐵電池能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)96%以上，而傳統(tǒng)鉛酸電池約為70%-80%；

3.同時鐵電池大倍率放電性能強(qiáng)，同等容量的電池在大倍率放電時，鐵電池比鉛酸電池多放約50%電量，備電時間相同時，需要的鐵電池容量比鉛酸低50%左右，低碳節(jié)能的同時能夠為用戶減少初期成本投資并降低運營成本。

體積更小、重量更輕

傳統(tǒng)鉛酸UPS需要專門的機(jī)房來放置，由于重量大往往對建筑物的承重能力要求很高，從而大大增加了用戶的建造成本；但鐵電池體積小、重量輕，同容量的電池比鉛酸電池重量減少50%；在同等承重能力條件下，占地面積僅為鉛酸電池的30%左右，大大降低了電池占地面積，增加了通信設(shè)備的裝機(jī)率，從而為用戶降低初期基礎(chǔ)投資。

鐵電池的理論體積能量密度和重量能量密度分別為310Wh/L和120Wh/kg，是鉛酸蓄電池的4倍（分別為80Wh/L和35Wh/kg）以下表為例，目前比亞迪鐵電池模塊產(chǎn)品的體積相比鉛酸電池節(jié)省1/3至1/4，重量比鉛酸電池節(jié)省2/3，隨著進(jìn)一步優(yōu)化升級，鐵電池能量密度比的優(yōu)勢將更接近理論值。這為一些體積有限或樓層承重能力有限的站點擴(kuò)大了電池應(yīng)用的空間。

耐高溫，壽命更長

鐵電池60°C時以兩小時率進(jìn)行100%DOD的充放電測試，仍具備1200次以上的循環(huán)壽命。45°C下浮充一年的測試結(jié)果表明，鐵電池的容量損失也小于5%。

45度高溫下，酸電池的循環(huán)壽命只有100次左右，而鐵電池的循環(huán)壽命超過1000次。如果把空調(diào)溫度從25度調(diào)高到35度，則可以降低機(jī)房空調(diào)的功率，節(jié)約了初期成本投資；在運營過程中空調(diào)每月降低約50%左右能耗，大大節(jié)約運營成本，鐵電池的高溫性能極佳，負(fù)載對溫度要求不是特別苛刻的應(yīng)用場景可以不配置空調(diào)，這樣為用戶降低了空調(diào)購置成本及持續(xù)使用的電費成本。如圖2-1.

未來鐵電池UPS的應(yīng)用展望

近年來，數(shù)據(jù)中心用的大容量UPS日益增多，行業(yè)專家正在討論一種區(qū)別于現(xiàn)有UPS架構(gòu)的新型直流UPS技術(shù)，可靠性更高、總體系統(tǒng)效率更高的240V、336V直流UPS技術(shù)將最終取代現(xiàn)存大功率的UPS

圖十三 直流UPS系統(tǒng)示意圖

鐵電池在直流UPS中的應(yīng)用優(yōu)勢分析：

穩(wěn)定的放電平臺

直流UPS供電系統(tǒng)是由電池直接給負(fù)載供電，IT負(fù)載所要求的輸入電壓范圍為額定電壓±11%的范圍，需要配合穩(wěn)壓電路才能實現(xiàn)鉛酸電池在直流UPS中的應(yīng)用

圖十四 鐵電池與鉛酸電池的放電平臺對比

2. 安全可靠 綠色電池

直流UPS系統(tǒng)最可能采取的是分布式供電，以列頭柜的形式對一整列的服務(wù)器機(jī)柜供電；

鉛酸電池因其酸霧、氫氣的釋放會給機(jī)房主設(shè)備帶來安全上的隱患，一般需要單獨建電池房將電池與主供電設(shè)備遠(yuǎn)拉，造成工程建設(shè)的復(fù)雜同時也增加了線損鐵電池綠色環(huán)保，不會產(chǎn)生氣體和酸霧，又因其體積密度與重量密度非常高，完全可以與電源設(shè)備一起放在列頭柜中，節(jié)省空間、減少線損、安全可靠；

3. 大功率放電 深充放

數(shù)據(jù)中心供電可靠性要求高，如果市電斷電則要求電池能夠短時間、大功率備電，給油機(jī)或者其他供電方式提供足夠的啟動時間。

鐵電池的放電深度可達(dá)100%DOD，且對壽命影響不大，比亞迪的功率型鐵電池最大可支持3C放電，對于短時間、大功率備電要求有不可替代的優(yōu)勢。

總結(jié)

比亞迪公司作為電源行業(yè)的新秀，在帶領(lǐng)UPS行業(yè)突破傳統(tǒng)鉛酸電池的限制方面走出了有意義的一步，希望比亞迪公司勇于創(chuàng)新的精神能夠帶動國內(nèi)外眾多的UPS廠商一起嘗試、一起創(chuàng)新，推動UPS行業(yè)全方面的技術(shù)進(jìn)步。