最近10年，以鋰離子電池（Lithium Ion Battery，以下簡稱鋰電池）為代表的新型儲能電池已經(jīng)在消費(fèi)電子領(lǐng)域占據(jù)90%以上市場。而伴隨著電動汽車行業(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@場儲能技術(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)型就會被淘汰。

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：

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（Shinhan Bank）投入使用，其中采用了34臺施耐德電氣500KVA UPS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于樓板承重的壓力，對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，因此在印度這樣對價(jià)格及其敏感的市場上，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

在北美市場，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τ谟布某跏假徺I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BMS（電池管理系統(tǒng)），因此可以實(shí)現(xiàn)對每一只電芯、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，省去了服務(wù)工程師到現(xiàn)場逐只測量的繁重工作。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改用鋰電池的趨勢將更加迅猛。鋰電池行業(yè)采用的都是高度自動化的產(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，隨著中國政府對于電動汽車的補(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的新寵。

中國用戶對于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的兼容性測試

高質(zhì)量的電芯生產(chǎn)和質(zhì)量管控

鋰電池的生產(chǎn)線都是高度自動化的，只有通過高質(zhì)量的生產(chǎn)工藝管控才能保證電芯的高品質(zhì)和高度一致性。目前全球頂級的鋰電池制造商如韓國的三星/LG，日本的松下/東芝，都已經(jīng)采用了先進(jìn)的自動化產(chǎn)線，年產(chǎn)能都已超過10GWh。

鋰電芯生產(chǎn)完畢后，需要再將多只電芯通過串并聯(lián)組成電池模組（俗稱Module），這一過程中需要將電池的正負(fù)極端子進(jìn)行連接，大廠商通常采用的是激光焊接機(jī)進(jìn)行端子的焊接，以減少接觸電阻，保證端子連接的可靠性。而小廠商則普遍采用手動螺栓螺母壓接的方式，難以保證端子的可靠連接，可能給將來的長期運(yùn)行帶來隱患。

由于鋰電池的嚴(yán)格質(zhì)量管控，加上自身循環(huán)壽命相比鉛酸電池有了很大的提升，因此在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，很多大品牌的鋰電池可以做到10年質(zhì)保。

完善的BMS設(shè)計(jì)是鋰電池系統(tǒng)安全的核心技術(shù)

鉛酸電池廠商通常都不生產(chǎn)BMS（電池管理系統(tǒng)），BMS在鉛酸電池時(shí)代屬于一個(gè)豪華配置，只有銀行之類的高端客戶才會舍得花費(fèi)蓄電池額外10~20%的成本來加裝BMS，當(dāng)然這對于用戶實(shí)時(shí)了解鉛酸電池的健康狀況是非常重要的，但缺點(diǎn)是鉛酸電池BMS只能看而不能控制。

所有的鋰電池都是標(biāo)配BMS的。目前國際一線品牌的鋰電池廠商例如三星/LG等都是自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)BMS，以確保自己電芯和BMS的性能匹配和充放電安全。當(dāng)電池發(fā)生任何過壓充電、過流放電、電池短路等故障時(shí)，通過BMS可以迅速切斷故障電流，防止電池發(fā)生熱失控風(fēng)險(xiǎn)。可以說BMS才是整個(gè)鋰電池系統(tǒng)安全的核心技術(shù)所在。

鋰電池BMS不僅要實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)電芯的電壓電流溫度等狀態(tài)，提供電池健康趨勢分析，更重要的是它可以主動平衡電芯的充放電，最終改善各個(gè)電芯的一致性，避免因?yàn)槟就岸贪逍?yīng)導(dǎo)致的整組電池失效。而這些都是鉛酸電池BMS所不具備的。

鋰電池在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用瞻望

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，這將讓數(shù)據(jù)中心管理者重新規(guī)劃灰區(qū)和白區(qū)布局。未來鋰電池將不僅僅是作為UPS短時(shí)間后備延時(shí)，其強(qiáng)大的循環(huán)放電性能將會延伸出更多應(yīng)用，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，甚至不排除通過儲能式集裝箱來部分取代柴油發(fā)電機(jī)組，讓我們拭目以待這場新能源為數(shù)據(jù)中心帶來的技術(shù)革命。

來源:施耐德電氣信息技術(shù)