隨著鋰電池技術(shù)的成熟完善和成本日益優(yōu)化，數(shù)據(jù)中心UPS將快速地完成從鉛酸電池向鋰電池的轉(zhuǎn)換，未來鋰電池將不僅僅是作為UPS短時(shí)間后備延時(shí)，例如借助UPS+鋰電池實(shí)現(xiàn)削峰填谷和峰谷電價(jià)差盈利，甚至不排除通過儲(chǔ)能式集裝箱來部分取代柴油發(fā)電機(jī)組。

本文來源：施耐德電氣信息技術(shù)微信號(hào)ID:APCDCU

電池的發(fā)展歷史及其在數(shù)據(jù)中心的地位

當(dāng)今IT行業(yè)的發(fā)展可謂日新月異，但儲(chǔ)能電池卻成了所有IT設(shè)備發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸，因?yàn)楹芫靡詠黼姵氐哪芰棵芏群茈y像芯片的摩爾定律一樣定期升級(jí)翻倍。在數(shù)據(jù)中心，我們采用大量的鉛酸免維護(hù)電池作為UPS備用儲(chǔ)能，作為數(shù)據(jù)中心供電的最后一道防線，所有的負(fù)載安危都寄托在電池的可靠性上，但實(shí)際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)30%以上的數(shù)據(jù)中心負(fù)載掉電是由于電池失效引起的。

自從1859年法國人普蘭特發(fā)明鉛酸電池以來，鉛酸電池技術(shù)發(fā)展非常緩慢，基本上沒有大的突破。對(duì)于所有數(shù)據(jù)中心管理人員來說，鉛酸電池始終是一個(gè)令人頭疼卻又不得不面對(duì)的事實(shí)。它對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的要求很苛刻：環(huán)境溫度既不能過低也不能過高；電池既怕經(jīng)常放電又怕總不放電；使用時(shí)既不能快速充電還不能快速放電；需要獨(dú)立的電池房間以避免酸霧侵蝕其它設(shè)備，電池占地空間巨大，樓板承重要求極高。

隨著市電供電環(huán)境的日趨改善，以及數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的高度冗余化設(shè)計(jì)，UPS配套蓄電池很少有真正發(fā)揮放電作用的時(shí)候。但卻依然需要服務(wù)工程師定期維護(hù)和充放電以激活其性能。為了能夠了解蓄電池這個(gè)“黑盒子”的真實(shí)性能，有些客戶還專門配置了在線監(jiān)測(cè)裝置，以便實(shí)時(shí)了解每一只蓄電池的狀態(tài)。所有這些措施都是為了讓蓄電池在關(guān)鍵時(shí)刻能發(fā)揮作用，但是我們?yōu)榇烁冻龅拇鷥r(jià)似乎太大了。

最近10年，以鋰離子電池（LithiumIonBattery，以下簡稱鋰電池）為代表的新型儲(chǔ)能電池已經(jīng)在消費(fèi)電子領(lǐng)域占據(jù)90%以上市場(chǎng)。而伴隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的高速發(fā)展，今天的鋰電池成本已經(jīng)比5年前下降了70%。另一方面，自2016年以來席卷中國的環(huán)保風(fēng)暴，已經(jīng)使全國近80%的中小規(guī)模鉛酸蓄電池工廠關(guān)閉，鉛價(jià)成本的逐年上漲也使得鉛酸電池成品價(jià)格水漲船高。這種此消彼長的趨勢(shì)已經(jīng)逼迫大多數(shù)鉛酸電池工廠部分轉(zhuǎn)型生產(chǎn)鋰電池，因?yàn)檫@場(chǎng)儲(chǔ)能技術(shù)的革命給整個(gè)鉛酸電池行業(yè)帶來的壓力是致命的，不轉(zhuǎn)型就會(huì)被淘汰。

鋰電池在全球數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

根據(jù)Uptime在2017年所做的全球數(shù)據(jù)中心調(diào)研顯示10%的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)采用了鋰電池作為后備能源。施耐德電氣預(yù)計(jì)未來3年鋰電池的年均增速都將超過100%。與鉛酸電池相比，鋰電池具有無可匹敵的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

韓國

在韓國，得益于三星/LG/SK等鋰電池廠商的推廣，鋰電池在儲(chǔ)能和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域早已得到廣泛應(yīng)用，據(jù)了解目前韓國已有近80%的新建數(shù)據(jù)中心UPS采用了鋰電池。2012全球第一個(gè)鋰電池?cái)?shù)據(jù)中心----新韓銀行（ShinhanBank）投入使用，其中采用了34臺(tái)施耐德電氣500KVAUPS和1萬多只三星鋰電池，迄今沒有任何電池故障。

日本、新加坡、香港

在日本、新加坡、香港等寸土寸金的地區(qū)，用戶對(duì)于電池的占地空間和重量更為關(guān)注，由于鋰電池的能量密度是鉛酸電池?cái)?shù)倍，其占地空間比鉛酸電池減少了60%以上，省出的寶貴機(jī)房空間可以擺放服務(wù)器機(jī)柜來出租盈利。同時(shí)鋰電池的重量比鉛酸電池輕70%以上，因此可以大大減輕對(duì)于樓板承重的壓力，對(duì)于由寫字樓改造而成的數(shù)據(jù)機(jī)房而言，承重改造費(fèi)用得以大幅縮減。

印度

在印度，由于市電供電不穩(wěn)定導(dǎo)致電池經(jīng)常充放電，且環(huán)境溫度高，普通鉛酸電池2~3年就要更換，而使用鋰電池后由于其對(duì)高溫適應(yīng)能力更強(qiáng)、放電后能快速回充、循環(huán)次數(shù)4倍于鉛酸電池，因此在印度這樣對(duì)價(jià)格及其敏感的市場(chǎng)上，盡管鋰電池價(jià)格是鉛酸電池的兩倍以上，卻依然受到用戶和顧問公司的廣泛認(rèn)可。例如全球最大的搜索引擎公司、飲料公司和日用消費(fèi)品公司在印度的數(shù)據(jù)中心均采用了施耐德電氣VXUPS+鋰電池的配置方案。

北美市場(chǎng)

在北美市場(chǎng)，客戶更加理性地關(guān)注數(shù)據(jù)中心的TCO（總體擁有成本），因?yàn)橄鄬?duì)于硬件的初始購買價(jià)格來說，設(shè)備后期的維護(hù)和更換成本（OPEX）花費(fèi)更大。數(shù)據(jù)中心UPS的設(shè)計(jì)壽命通常為10年以上，而其配套的鉛酸電池雖然標(biāo)稱設(shè)計(jì)壽命10年，但通常在第5~6年就要更換一次，因?yàn)樵阢U酸電池使用后期其使用容量會(huì)呈現(xiàn)斷崖式跌落，鉛酸電池在剩余容量到達(dá)80%時(shí)即宣告報(bào)廢。而鋰電池即使在使用10~15年后其剩余容量依然達(dá)到80%以上，其容量衰減是一個(gè)近似線性的漸變過程，我們建議鋰電池至少可以使用到70%容量。鑒于鋰電池的長壽命設(shè)計(jì)和高循環(huán)次數(shù)，在UPS10年生命周期內(nèi)都無需更換，而鉛酸電池至少要更換一次，僅此一項(xiàng)即可抵消鋰電池不到2倍的成本壓力。

鋰電池均自帶三級(jí)BMS（電池管理系統(tǒng)），因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一只電芯、模組、機(jī)架和系統(tǒng)進(jìn)行在線智能管理。只需一臺(tái)電腦就可以通過BMS實(shí)時(shí)了解電池的電氣狀態(tài)和健康趨勢(shì)，省去了服務(wù)工程師到現(xiàn)場(chǎng)逐只測(cè)量的繁重工作。鉛酸電池需要定期進(jìn)行充放電，以便激活電池性能和防止電池極板鈍化，而鋰電池則無需進(jìn)行這些復(fù)雜的維護(hù)操作，用戶由此可以降低運(yùn)營成本。

中國

在中國，UPS改用鋰電池的趨勢(shì)將更加迅猛。鋰電池行業(yè)采用的都是高度自動(dòng)化的產(chǎn)線，產(chǎn)能決定成本，這是一個(gè)近乎勝者通吃的行業(yè)。作為全球最大的鋰電池生產(chǎn)國，近幾年各廠商都在大力擴(kuò)產(chǎn)，但由此帶來的結(jié)果就是整個(gè)行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，隨著中國政府對(duì)于電動(dòng)汽車的補(bǔ)貼日漸縮減，鋰電池行業(yè)亟待開拓新的應(yīng)用增長點(diǎn)，諸如風(fēng)光儲(chǔ)能、電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、通信電源、UPS備用電池等將成為鋰電池市場(chǎng)的新寵。

中國用戶對(duì)于UPS配置鋰電池的關(guān)注

通過以上介紹可以看出，鋰電池各項(xiàng)性能指標(biāo)都已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鉛酸電池?？梢灶A(yù)期的是今后幾年鋰電池的價(jià)格將逐年走低，與之相反的是鉛酸電池價(jià)格逐年走高，整個(gè)UPS行業(yè)用鋰電池全面替代鉛酸電池已經(jīng)是不可避免的了，只是時(shí)間問題。除了采購價(jià)格因素外，目前中國客戶在選擇UPS鋰電池的關(guān)注點(diǎn)還是集中在安全方面。

由于鋰電池的能量密度是鉛酸電池的3倍以上，因此如果缺乏合理的電氣保護(hù)設(shè)計(jì)和BMS管理，鋰電池失控帶來的后果將遠(yuǎn)大于鉛酸電池。最近各地報(bào)道的一些電動(dòng)自行車充電著火等報(bào)道更是加重了用戶的擔(dān)憂。造成這些問題的原因在于很多電動(dòng)自行車/摩托車過分壓低成本，采用了低質(zhì)量的鋰電池和設(shè)計(jì)粗糙的BMS，從而導(dǎo)致電池在充電時(shí)熱失控而發(fā)生燃燒事故。

作為數(shù)據(jù)中心里面最大的儲(chǔ)能部件，鋰電池的安全很大程度上取決于以下四點(diǎn)，建議用戶在選型時(shí)重點(diǎn)關(guān)注：

1高質(zhì)量的電芯生產(chǎn)和質(zhì)量管控

2完善的BMS的設(shè)計(jì)

3鋰電池的化學(xué)材料

4鋰電池與UPS的兼容性測(cè)試

高質(zhì)量的電芯生產(chǎn)和質(zhì)量管控