铁电池UPS——UPS行业的钢铁动力

时间：2018-08-30 09:30:01

关键字： ups 电源技术解析铅酸电池铁电池

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[导读]金融、通信、交通行业的高速发展带动了UPS行业一直持续稳步的增长，UPS技术也不断的发生着变革，单机冗余并机、双总线冗余并机、三总线冗余并机、单机模块化UPS、发展智能的

金融、通信、交通行业的高速发展带动了UPS行业一直持续稳步的增长，UPS技术也不断的发生着变革，单机冗余并机、双总线冗余并机、三总线冗余并机、单机模块化UPS、发展智能的监控与管理、直流UPS等，UPS的新技术层出不穷，但在电池方面UPS还未突破铅酸电池的束缚。据行业专家介绍，2010年国际金融展上曾有一款名为IRON 6K的UPS，因其搭载的电池不是传统铅酸电池，而是一种名为铁电池的新型动力电池，有着传统铅酸电池无法比拟的诸多优点，IRON 6K UPS凭借其出色的表现从众多同类产品处脱颖而出，并捧得本届金融展“最具潜力奖”大奖。

关键词：铁电池直流UPS

传统UPS铅酸电池存在的问题

蓄电池是1859年由法国人普兰特(Plante)发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得。但是到了21世纪，铅酸电池行业的技术门槛越来越低，市场上品牌泛滥，技术停滞不前，长此以往势必会影响电源产业以及新能源行业的发展。

与此形成鲜明对比的是，随着金融和电信两大重点行业的高速发展带动了UPS行业一直持续稳步的增长，UPS技术也不断的发生着变革，单机冗余并机、双总线冗余并机、三总线冗余并机、单机模块化UPS、发展智能的监控与管理、直流UPS等，UPS的新技术层出不穷，但在电池方面UPS还未突破铅酸电池的束缚，以致出现了“头重脚轻”的尴尬局面。

铅酸电池在UPS应用中主要存在以下问题：

寿命问题：

铅酸电池对环境温度要求较高，工作环境一般要求在20℃-25℃之间，低于15℃时，其放电容量下降，温度每降低1℃，其容量下降1%，而温度过高（大于30℃）其寿命就会成倍缩短；

要防止铅酸电池深度放电，深度放电会造成铅酸电池内阻增大或充电电压过低，从而导致降低甚至失去充电能力，对于铅酸电池来讲放电程度越深，循环寿命越短；

要避免大电流充放电，对于铅酸电池来说标准充电电流为0.2C，如果过大则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，内阻增大，容量下降，寿命缩短；

对于不经常停电的地区，建议用户每隔三个月对UPS进行一次人为的断电，让UPS电源在逆变状态下工作一段时间，防止电解液沉淀，以便让蓄电池维持良好的充放电特性，延长使用寿命；

安全问题

近年来，由蓄电池漏液、高温性能差、维护不到位、负极析出氢气等原因引起的火灾层出不穷，机房着火、系统崩溃、业务中断、数据丢失…… 带来的损失难以估量，也给铅酸蓄电池的UPS系统行业带来了巨大的挑战！
案例一：
2005年5月，某省网通分公司一接入网机房发生火灾事故，烧毁蓄电池组及其附近的电缆、入户木门、空调等物品，造成该接入网实装机465户及数据20线的通信全部中断(用户主要为企业用户)。故障历时17小时35分。
原因：机房中的蓄电池组正常维护巡检不到位，未能严格按规程要求落实检查、检测，致使不能及时发现并排除蓄电池故障和安全隐患电池故障引起高温，长时间的持续高温引燃蓄电池ABS塑料外壳，导致火灾发生。

图一铅酸电池引起的机房火灾事故

案例二：

2010年6月24日凌晨、天津某公司新大路与中山路交口附近一家公司机房着火，整个机房内几乎全被火苗和浓烟覆盖、设备被烧毁。

事故原因：消防人员分析事故原因是蓄电池因漏液短路引起自燃。

空间问题

铅酸电池受自身固有特性限制，备电配置原则通常为DOD30-50%，导致在典型的室内IDC机房中需要的铅酸电池容量巨大，2-4组的电池占地面积巨大，而且机房承建单位通常会考虑到安全问题而要求用户建立单独的电池组机房，空间利用率很低，用户承担了巨大了电池房建设成本和额外的空调配置费用，造成了用户使用成本的巨大浪费！

图二典型数据机房平面简图

铁电池优势分析

比亚迪公司是国内最大也是最早做锂电池的厂家，比亚迪结合自身在电池领域的优势，在深圳宝龙建成了铁电池生产基地，据相关媒体报道，建成后为全球最大的铁电池生产基地。该公司推出的电动汽车F3DM、E6上的电池就是铁电池。铁电池究竟有哪些显著特点呢？

低碳节能、绿色环保

铁电池不含铅和硫酸，铁电池的生产、使用和回收处理，不会对环境造成任何重金属和酸液污染，使用过程中也不会有氢气析出，为真正绿色环保可充电蓄电池。人类面对全球生存环境的恶化，保护人类自身的生存环境已经得到人们的共识，最主要的方式就是改变我们人类的生存方式及消费习惯，国家“十一五”节能减排目标已经顺利完成并成为过去，国家在“十二五”规划中，同样把节能减排作为首要任务认真贯彻。
为应对全球气候变暖，各国政府相继推出了适合本国发展的鼓励性政策。

铁电池节能效果突出表现为:

1.铁电池的自放电率仅为2%，铅酸电池约为5%，使用铁电池能够降低能量损耗约3%；

2.铁电池能量转化效率高达96%以上，而传统铅酸电池约为70%-80%；

3.同时铁电池大倍率放电性能强，同等容量的电池在大倍率放电时，铁电池比铅酸电池多放约50%电量，备电时间相同时，需要的铁电池容量比铅酸低50%左右，低碳节能的同时能够为用户减少初期成本投资并降低运营成本。

体积更小、重量更轻

传统铅酸UPS需要专门的机房来放置，由于重量大往往对建筑物的承重能力要求很高，从而大大增加了用户的建造成本；但铁电池体积小、重量轻，同容量的电池比铅酸电池重量减少50%；在同等承重能力条件下，占地面积仅为铅酸电池的30%左右，大大降低了电池占地面积，增加了通信设备的装机率，从而为用户降低初期基础投资。

铁电池的理论体积能量密度和重量能量密度分别为310Wh/L和120Wh/kg，是铅酸蓄电池的4倍（分别为80Wh/L和35Wh/kg）以下表为例，目前比亚迪铁电池模块产品的体积相比铅酸电池节省1/3至1/4，重量比铅酸电池节省2/3，随着进一步优化升级，铁电池能量密度比的优势将更接近理论值。这为一些体积有限或楼层承重能力有限的站点扩大了电池应用的空间。

耐高温，寿命更长

铁电池60°C时以两小时率进行100%DOD的充放电测试，仍具备1200次以上的循环寿命。45°C下浮充一年的测试结果表明，铁电池的容量损失也小于5%。

45度高温下，酸电池的循环寿命只有100次左右，而铁电池的循环寿命超过1000次。如果把空调温度从25度调高到35度，则可以降低机房空调的功率，节约了初期成本投资；在运营过程中空调每月降低约50%左右能耗，大大节约运营成本，铁电池的高温性能极佳，负载对温度要求不是特别苛刻的应用场景可以不配置空调，这样为用户降低了空调购置成本及持续使用的电费成本。如图2-1.

未来铁电池UPS的应用展望

近年来，数据中心用的大容量UPS日益增多，行业专家正在讨论一种区别于现有UPS架构的新型直流UPS技术，可靠性更高、总体系统效率更高的240V、336V直流UPS技术将最终取代现存大功率的UPS

图十三直流UPS系统示意图

铁电池在直流UPS中的应用优势分析：

稳定的放电平台

直流UPS供电系统是由电池直接给负载供电，IT负载所要求的输入电压范围为额定电压±11%的范围，需要配合稳压电路才能实现铅酸电池在直流UPS中的应用

图十四铁电池与铅酸电池的放电平台对比

2. 安全可靠绿色电池

直流UPS系统最可能采取的是分布式供电，以列头柜的形式对一整列的服务器机柜供电；

铅酸电池因其酸雾、氢气的释放会给机房主设备带来安全上的隐患，一般需要单独建电池房将电池与主供电设备远拉，造成工程建设的复杂同时也增加了线损铁电池绿色环保，不会产生气体和酸雾，又因其体积密度与重量密度非常高，完全可以与电源设备一起放在列头柜中，节省空间、减少线损、安全可靠；

3. 大功率放电深充放

数据中心供电可靠性要求高，如果市电断电则要求电池能够短时间、大功率备电，给油机或者其他供电方式提供足够的启动时间。