鐵電池UPS——UPS行業(yè)的鋼鐵動(dòng)力

金融、通信、交通行業(yè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了UPS行業(yè)一直持續穩步的增長(cháng)，UPS技術(shù)也不斷的發(fā)生著(zhù)變革，單機冗余并機、雙總線(xiàn)冗余并機、三總線(xiàn)冗余并機、單機模塊化UPS、發(fā)展智能的監控與管理、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。據行業(yè)專(zhuān)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鉛酸電池，而是一種名為鐵電池的新型動(dòng)力電池，有著(zhù)傳統鉛酸電池無(wú)法比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)，IRON 6K UPS憑借其出色的表現從眾多同類(lèi)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UPS鉛酸電池存在的問(wèn)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(jià)格低廉、原材料易于獲得。但是到了21世紀，鉛酸電池行業(yè)的技術(shù)門(mén)檻越來(lái)越低，市場(chǎng)上品牌泛濫，技術(shù)停滯不前，長(cháng)此以往勢必會(huì )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(zhù)金融和電信兩大重點(diǎn)行業(yè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了UPS行業(yè)一直持續穩步的增長(cháng)，UPS技術(shù)也不斷的發(fā)生著(zhù)變革，單機冗余并機、雙總線(xiàn)冗余并機、三總線(xiàn)冗余并機、單機模塊化UPS、發(fā)展智能的監控與管理、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，以致出現了“頭重腳輕”的尷尬局面。

鉛酸電池在UPS應用中主要存在以下問(wèn)題：

壽命問(wèn)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(shí)，其放電容量下降，溫度每降低1℃，其容量下降1%，而溫度過(guò)高（大于30℃）其壽命就會(huì )成倍縮短；

要防止鉛酸電池深度放電，深度放電會(huì )造成鉛酸電池內阻增大或充電電壓過(guò)低，從而導致降低甚至失去充電能力，對于鉛酸電池來(lái)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(lái)說(shuō)標準充電電流為0.2C，如果過(guò)大則會(huì )造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，內阻增大，容量下降，壽命縮短；

對于不經(jīng)常停電的地區，建議用戶(hù)每隔三個(gè)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(shí)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(cháng)使用壽命；

安全問(wèn)題

近年來(lái)，由蓄電池漏液、高溫性能差、維護不到位、負極析出氫氣等原因引起的火災層出不窮，機房著(zhù)火、系統崩潰、業(yè)務(wù)中斷、數據丟失…… 帶來(lái)的損失難以估量，也給鉛酸蓄電池的UPS系統行業(yè)帶來(lái)了巨大的挑戰！
案例一：
　　2005年5月，某省網(wǎng)通分公司一接入網(wǎng)機房發(fā)生火災事故，燒毀蓄電池組及其附近的電纜、入戶(hù)木門(mén)、空調等物品，造成該接入網(wǎng)實(shí)裝機465戶(hù)及數據20線(xiàn)的通信全部中斷(用戶(hù)主要為企業(yè)用戶(hù))。故障歷時(shí)17小時(shí)35分。
原因：機房中的蓄電池組正常維護巡檢不到位，未能?chē)栏癜匆幊桃舐鋵?shí)檢查、檢測，致使不能及時(shí)發(fā)現并排除蓄電池故障和安全隱患電池故障引起高溫，長(cháng)時(shí)間的持續高溫引燃蓄電池ABS塑料外殼，導致火災發(fā)生。

圖一 鉛酸電池引起的機房火災事故

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房著(zhù)火，整個(gè)機房?jì)葞缀跞换鹈绾蜐鉄煾采w、設備被燒毀。

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(wèn)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%，導致在典型的室內IDC機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，而且機房承建單位通常會(huì )考慮到安全問(wèn)題而要求用戶(hù)建立單獨的電池組機房，空間利用率很低，用戶(hù)承擔了巨大了電池房建設成本和額外的空調配置費用，造成了用戶(hù)使用成本的巨大浪費！

圖二 典型數據機房平面簡(jiǎn)圖

鐵電池優(yōu)勢分析

比亞迪公司是國內最大也是最早做鋰電池的廠(chǎng)家，比亞迪結合自身在電池領(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(dòng)汽車(chē)F3DM、E6上的電池就是鐵電池。鐵電池究竟有哪些顯著(zhù)特點(diǎn)呢？

低碳節能、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(huì )對環(huán)境造成任何重金屬 和酸液污染，使用過(guò)程中也不會(huì )有氫氣析出，為真正綠色環(huán)?？沙潆娦铍姵?。人類(lèi)面對全球生存環(huán)境的惡化，保護人類(lèi)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人類(lèi)的生存方式及消費習慣，國家“十一五”節能減排目標已經(jīng)順利完成并成為過(guò)去，國家在“十二五”規劃中，同樣把節能減排作為首要任務(wù)認真貫徹。
為應對全球氣候變暖，各國政府相繼推出了適合本國發(fā)展的鼓勵性政策。

鐵電池節能效果突出表現為:

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.鐵電池能量轉化效率高達96%以上，而傳統鉛酸電池約為70%-80%；

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

體積更小、重量更輕

傳統鉛酸UPS需要專(zhuān)門(mén)的機房來(lái)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(hù)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，增加了通信設備的裝機率，從而為用戶(hù)降低初期基礎投資。

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省1/3至1/4，重量比鉛酸電池節省2/3，隨著(zhù)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(diǎn)擴大了電池應用的空間。

耐高溫，壽命更長(cháng)

鐵電池60°C時(shí)以?xún)尚r(shí)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(guò)1000次。如果把空調溫度從25度調高到35度，則可以降低機房空調的功率，節約了初期成本投資；在運營(yíng)過(guò)程中空調每月降低約50%左右能耗，大大節約運營(yíng)成本，鐵電池的高溫性能極佳，負載對溫度要求不是特別苛刻的應用場(chǎng)景可以不配置空調，這樣為用戶(hù)降低了空調購置成本及持續使用的電費成本。如圖2-1.

未來(lái)鐵電池UPS的應用展望

近年來(lái)，數據中心用的大容量UPS日益增多，行業(yè)專(zhuān)家正在討論一種區別于現有UPS架構的新型直流UPS技術(shù)，可靠性更高、總體系統效率更高的240V、336V直流UPS技術(shù)將最終取代現存大功率的UPS

圖十三 直流UPS系統示意圖

鐵電池在直流UPS中的應用優(yōu)勢分析：

穩定的放電平臺

直流UPS供電系統是由電池直接給負載供電，IT負載所要求的輸入電壓范圍為額定電壓±11%的范圍，需要配合穩壓電路才能實(shí)現鉛酸電池在直流UPS中的應用

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)器機柜供電；

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

3. 大功率放電 深充放

數據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(shí)間、大功率備電，給油機或者其他供電方式提供足夠的啟動(dòng)時(shí)間。

鐵電池的放電深度可達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(shí)間、大功率備電要求有不可替代的優(yōu)勢。

總結

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(dòng)國內外眾多的UPS廠(chǎng)商一起嘗試、一起創(chuàng )新，推動(dòng)UPS行業(yè)全方面的技術(shù)進(jìn)步。