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，單機冗余并機、雙總線冗余并機、三總線冗余并機、單機模塊化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，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，單機冗余并機、雙總線冗余并機、三總線冗余并機、單機模塊化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準充電電流為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、維護不到位、負極析出氫氣等原因引起的火災層出不窮，機房著火、系統(tǒng)崩潰、業(yè)務中斷、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)機房發(fā)生火災事故，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：機房中的蓄電池組正常維護巡檢不到位，未能嚴格按規(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火，整個機房內(nèi)幾乎全被火苗和濃煙覆蓋、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(nèi)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考慮到安全問題而要求用戶建立單獨的電池組機房，空間利用率很低，用戶承擔了巨大了電池房建設成本和額外的空調(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習慣，國家“十一五”節(jié)能減排目標已經(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(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，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，增加了通信設備的裝機率，從而為用戶降低初期基礎投資。

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(jié)省1/3至1/4，重量比鉛酸電池節(jié)省2/3，隨著進一步優(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大了電池應用的空間。

耐高溫，壽命更長

鐵電池60°C時以兩小時率進行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，負載對溫度要求不是特別苛刻的應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(wěn)壓電路才能實現(xiàn)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(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器機柜供電；

鉛酸電池因其酸霧、氫氣的釋放會給機房主設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備遠拉，造成工程建設的復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)進步。