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    如何為數據中心機房選擇合適的UPS蓄電池

    鉅大LARGE  |  點擊量:2887次  |  2019年07月22日  

    如何為數據中心機房選擇合適的UPS蓄電池?很多的UPS供電系統仍在使用傳統的鉛酸蓄電池,其性能幾十年來幾乎沒有什么大的改變。認為數據中心供電系統采用鋰電池將成為一種趨勢。相比傳統的鉛酸蓄電池,采用新型鋰電池儲能技術能更好的得到研究進展,因此UPS將會采用這種更好的儲能技術。


      如何為數據中心機房選擇合適的UPS蓄電池?


    對于數據中心運營商來說,并沒有一個“最佳”的蓄電池技術。每種UPS電池都有自己的優點和缺點,而運營商應該選擇根據自己的要求選擇最適合的UPS蓄電池產品。UPS電池以及以它為核心的整個供電系統,是滿足數據中心供電質量的最核心部分,如果供電系統因自身原因或自然災害,造成電壓不穩定、供電瞬時或長期中斷,都會造成信息系統宕機。而蓄電池又是整個系統中最重要的組成之一,是確保整個供電系統穩定運行的“最后一道屏障”。


    ⒈鉛酸蓄電池


    如今,鉛酸蓄電池仍然很受歡迎,因為它們在可靠性方面有著久經考驗的記錄。對于大規模應用來說,它們是最經濟的選擇,具有出色的性能和效率、內部阻抗低,對不當處理的耐受性高,采購成本高。鉛酸蓄電池使用的電解液包括水和硫酸,以及由海綿鉛(負極)和氧化鉛(陽極)組成的極板。主要的鉛酸蓄電池類型是閥控鉛酸電池,也稱為“密封”或“免維護”蓄電池。


    閥控鉛酸電池是密封的,但有一個閥門,可以將內部積聚的氣體排放到大氣中。通常不需要直接維護,不需要加水,因為充電過程中釋放的氫氣會在內部與氧氣重新結合形成水。市場上主要有兩種閥控鉛酸電池,其區別在于電解質混合物:玻璃微纖維隔板電池的電解質保持在高度多孔的微纖維玻璃隔板中;而凝膠電池的電解質凝膠由硫酸和二氧化硅的混合物組成。


    UPS電池通常使用AGM類型的密封閥控鉛酸電池,因為它具有較低的內阻,較高的比功率和效率,較低的自放電率和較低的采購成本。玻璃微纖維隔板電池的充電速度更快,可以提供短時間的大電流。


    富液式鉛酸蓄電池的極板浸沒在酸性電解質中。由沒有密封,因此在運行過程中產生的氫氣會直接排放到環境中,其通風系統必須比密封閥控鉛酸電池更強大。在大多數情況下,UPS電池組容納在專用房間中。富液式鉛酸蓄電池必須保持直立操作,并且需要人工加滿水位。


    與密封閥控鉛酸電池相比,它們具有更長的使用壽命和更高的可靠性。鉛酸蓄電池電池室必須保持在合理恒定的溫度(20-25°C),以避免縮短使用壽命,甚至造成損壞。


    鋰離子電池


    在鋰離子電池中,“陰極”通常是一種金屬氧化物,而陽極通常是多孔碳石墨。兩者都浸在由鋰鹽和有機溶劑制成的液體電解質中。


    在數據中心環境中,鋰離子電池正成為越來越具有吸引力為替代鉛酸蓄電池的方案,其中電源可用性絕對是最為優先考慮的因素,鋰電池提供比鉛酸蓄電池解決方案更高的可靠性。不僅每塊單獨的電池本身更安全和穩定,而且每個電池模塊都有一個電子控制器,可以持續檢查電池是否有任何性能變化跡象。


    每塊電池的溫度、電流、電壓和充電狀態均在機柜級別進行監控,可以清楚地了解當前電池狀態,并預測未來的運行時間和性能。鋰離子電池可以比鉛酸蓄電池更快地充電,提供比鉛酸電池更多的放電/再充電循環,并提供更高的功率密度和效率,尤其是在高放電率下。這消除了電池的過度使用,同時減少了電池安裝所需的空間。雖然鉛酸電池初始購買價格較低,但鋰離子電池的使用壽命至少是規格相同的鉛酸電池的兩倍,因此降低了整體投資成本。也降低了與電池拆卸和更換相關的人工成本。鋰電池產生的廢熱更少,從而降低了冷卻成本,并減少了碳足跡。


    大型數據中心機房鉛蓄電池的應用痛點


    痛點一:鉛酸蓄電池占地面積大


    據不完全統計,目前規劃設計的大型數據中心電池間面積約占總建筑面積的3%~10%。若采用鉛酸蓄電池,大型數據中心的建筑面積越大,所需電池的占地面積也越大。但是對于很多在建的IDC項目而言,機房面積是有限的。且數據中心大多希望能夠盡可能多地提高機柜數量,減小技術設施的占地。鉛酸蓄電池的占地面積大,已成為大型數據中心最大的痛點。


    痛點二:電池監測系統不完善


    目前很多機房電池監測系統不完善,監測設備簡陋甚至沒有,存在很大的安全隱患。如果電池故障引起UPS系統宕機,關鍵業務宕機,將造成很大的經濟損失,有時甚至是政治影響。行業機構調查顯示:金融行業的數據中心宕機一小時的經濟損失為1,495,134美元,通訊行業的數據中心每宕機一小時的經濟損失為2,066,245美元。


    痛點三:鉛酸蓄電池壽命短并需定期維護


    鉛酸蓄電池壽命普遍在5~6年,如何更好地與數據中心生命周期匹配,從而降低總應用成本,也是數據中心機房使用鉛酸蓄電池在應用時的痛點之一。


    實踐證明,致使UPS鉛酸蓄電池組使用壽命縮短的因素主要有:蓄電池個體間質量和性能的一致性差異較大,使蓄電池組整體質量和性能難以保證;蓄電池組使用環境溫度變化大;蓄電池組經常深度放電且放電后沒有及時進行充電。UPS的故障有50%以上是因為蓄電池組故障或對蓄電池維護不當造成的。


    痛點四:蓄電池對環境要求較高


    目前,鉛酸蓄電池對于環境溫度的要求較高,其最佳工作溫度為20~25℃。有關資料顯示,當環境溫度為25℃時,溫度每升高6-10℃,閥控蓄電池的壽命將縮短一半,電池循環壽命也將縮短。當環境溫度降低時,電池可用容量降低。所以提高蓄電池對環境的耐受性,也成為目前的所需要攻克的難題。


    數據中心選用鋰電池還是鉛酸蓄電池好?


    在數據中心機房中,UPS電池在處于部分電網質量差的應用場景時會頻繁充放電,造成損耗。因此需要電池具有超長循環次數。鉛酸蓄電池循環次數一般為600次,而鋰電池循環次數可達3000次,大幅領先。


    相比鋰電,鉛酸蓄電池頻繁充放電會造成活性物質軟化等反應,導致膨脹等故障。為降低故障,需投入大量人力,進行日常/專業檢測維護。


    在800kW負載、15min備電時間情況下,鉛酸電占地11.2㎡,鋰電池只占3.06㎡。


    當今,市面上越來越多的UPS電池設備選擇鋰電,對行業而言,這已是不可逆的大趨勢。鋰電在壽命、可靠性等多項指標上表現出色,日后勢必將為守護數據中心和機房貢獻更優異穩定的能量。鋰電池就是一顆超級新星,其憑借著安全,重量輕,使用壽命長,充放電完全,維護成本低,無記憶效應等特性迅速的占領了市場,并在逐步取代傳統鉛酸蓄電池。


    實踐證明,安全、綠色、高性能,全新UPS鋰電池數據中心時代即將到來!


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