如何為數據中心機房選擇合適的UPS蓄電池

來源：存能電氣  日期：2019-03-29 09:04  瀏覽量：次

　　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。存能電氣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。

　　⒉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!