Wie wählt man die richtige Batterie für Rechenzentrumsbetreiber aus?311

Es gibt keine „beste“ Batterietechnologie für Rechenzentrumsbetreiber. Jeder Batterietyp hat seine eigenen Vor- und Nachteile und Betreiber sollten entsprechend ihren Anforderungen das am besten geeignete Batterieprodukt auswählen.

I. Blei-Säure-Batterien im Rechenzentrum

Blei-Säure-Batterien sind auch heute noch beliebt, da sie nachweislich zuverlässig sind. Sie sind die wirtschaftlichste Wahl für Großanwendungen und bieten hervorragende Leistung und Effizienz, niedrige Innenimpedanz, hohe Toleranz gegenüber unsachgemäßer Handhabung und hohe Beschaffungskosten.
Der in Blei-Säure-Batterien verwendete Elektrolyt besteht aus Wasser und Schwefelsäure und eine Elektrodenplatte aus Bleischwamm (negative Elektrode) und Bleioxid (Anode). Der Haupttyp der Blei-Säure-Batteriezelle ist die ventilregulierte Blei-Säure-Batterie (VRLA), auch bekannt als „versiegelte“ oder „wartungsfreie“ Batterie.
VRLA-Batterien sind versiegelt, verfügen jedoch über ein Ventil, das die Entlüftung der internen Gasansammlung in die Atmosphäre ermöglicht. Sie bedürfen in der Regel keiner direkten Wartung und müssen nicht mit Wasser gefüllt werden, da sich der beim Ladevorgang freigesetzte Wasserstoff im Inneren mit Sauerstoff zu Wasser verbindet. Es gibt zwei Haupttypen von VRLA-Batterien (Valve Regulated Lead Acid) auf dem Markt. Der Unterschied besteht in der Elektrolytmischung: Bei AGM-Batterien (Glas-Mikrofaser-Abstandshalter) ist der Elektrolyt in einem hochporösen Abstandshalter aus Mikrofaser-Glas enthalten. wohingegen Gelbatterien über ein Elektrolytgel verfügen, das aus einer Mischung aus Schwefelsäure und Kieselsäure besteht.
Der AGM-Typ einer versiegelten ventilregulierten Blei-Säure-Batterie (VRLA) wird üblicherweise in verwendet USV-Netzteile aufgrund seines geringeren Innenwiderstands, der höheren spezifischen Leistung und Effizienz, der geringeren Selbstentladungsrate und der geringeren Anschaffungskosten. AGM-Batterien (Glasmikrofaser-Abstandshalter) lassen sich schneller aufladen und können für kurze Zeiträume hohe Ströme liefern.
Bei flüssigkeitsreichen Blei-Säure-Batterien sind die Elektrodenplatten in einen sauren Elektrolyten getaucht. Da es keine Dichtung gibt und daher das während des Betriebs entstehende Wasserstoffgas direkt in die Umgebung abgegeben wird, muss ihr Belüftungssystem robuster sein als das von versiegelten ventilregulierten Blei-Säure-Batterien (VRLA). In den meisten Fällen ist die Batteriebank in einem eigenen Raum untergebracht. Flüssigkeitsreiche Blei-Säure-Batterien müssen für den Betrieb in aufrechter Position gehalten werden und erfordern ein manuelles Nachfüllen des Wasserstands.
Sie haben eine längere Lebensdauer und höhere Zuverlässigkeit als versiegelte ventilgeregelte Blei-Säure-Batterien (VRLA). Das Batteriefach für Blei-Säure-Batterien muss auf einer einigermaßen konstanten Temperatur (20-25°C) gehalten werden, um eine Verkürzung der Lebensdauer oder sogar Schäden zu vermeiden.

2. Lithium-Ionen-Batterien im Rechenzentrum

In einer Lithium-Ionen-Batterie ist die „Kathode“ normalerweise ein Metalloxid und die Anode normalerweise poröser Kohlenstoffgraphit. Beide werden in einen flüssigen Elektrolyten aus Lithiumsalzen und organischen Lösungsmitteln getaucht.
Es gibt eine breite Palette von Lithium-Ionen-Batterien, die vereinfacht in sechs Typen unterteilt werden können: Lithium-Kobaltoxid (LCO), Lithium-Mangan-Oxid (LMO), Lithium-Mangan-Kobaltoxid (NMC), Lithium-Eisenphosphat (LFP), Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA) und Lithium-Titanoxid (LTO). Die Wahl zwischen diesen Zellen hängt von mehreren Faktoren ab und genaue Vergleiche sind nicht möglich, da viele Aspekte wie Mechanik, Zellgröße und Aktivmaterialmix eine wichtige Rolle für die Leistung spielen.
Lithium-Ionen-Batterien werden zu einer zunehmend attraktiven Alternative zu Blei-Säure-Batterien in Rechenzentrumsumgebungen, wo die Stromverfügbarkeit definitiv oberste Priorität hat und Lithium-Ionen-Batterien ein höheres Maß an Zuverlässigkeit bieten als Blei-Säure-Lösungen. Nicht nur ist jede einzelne Batterie selbst sicherer und stabiler, sondern jedes Batteriemodul verfügt auch über eine elektronische Steuerung, die die Batterie kontinuierlich auf Anzeichen von Leistungsänderungen überprüft.
Die Temperatur, der Strom, die Spannung und der Ladestatus jeder Batterie werden auf Gehäuseebene überwacht, was ein klares Bild des aktuellen Batteriestatus liefert und zukünftige Laufzeiten und Leistungen vorhersagt. Lithium-Ionen-Batterien können schneller aufgeladen werden als Blei-Säure-Batterien, bieten mehr Entlade-/Ladezyklen als Blei-Säure-Batterien und bieten eine höhere Leistungsdichte und Effizienz, insbesondere bei hohen Entladeraten. Dies verhindert eine Überbeanspruchung der Batterie und reduziert gleichzeitig den Platzbedarf für die Batterieinstallation. Obwohl der Anschaffungspreis von Blei-Säure-Batterien niedriger ist, halten Lithium-Ionen-Batterien mindestens doppelt so lange wie Blei-Säure-Batterien gleicher Spezifikation, was die Gesamtinvestitionskosten senkt. Auch die mit dem Ausbau und Austausch der Batterie verbundenen Arbeitskosten werden gesenkt. Lithium-Ionen-Batterien erzeugen weniger Abwärme, was zu geringeren Kühlkosten und einem geringeren CO2-Fußabdruck führt.

3. Nickel-Cadmium-Batterien im Rechenzentrum

Nickel-Cadmium-Batterieelektroden bestehen aus Nickelhydroxid (positive Platte) und Cadmiumhydroxid (negative Platte). NiCd-Akkus haben eine lange Lebensdauer (bis zu 20 Jahre) und halten extremen Temperaturen (-20 °C bis 40 °C) stand. Sie haben außerdem eine hohe Zyklenlebensdauer und sind gut verträglich gegenüber Tiefentladungen. Weitere Vorteile ergeben sich aus dem geringen Innenwiderstand, der für eine hohe Leistungsdichte und Schnellladefähigkeit sorgt. NiCd-Akkus bieten lange Lagerzeiten und einen hohen Schutz vor unsachgemäßer Handhabung.
Allerdings sind NiCd-Batterien viel teurer als herkömmliche versiegelte ventilregulierte Blei-Säure-Batterien (VRLA). Darüber hinaus ist der Batterieentsorgungs-/Recyclingprozess kostspielig, da sowohl Nickel als auch Cadmium giftig sind. Auch NiCd-Akkus erfordern Wartung in Form von Wasserzugabe, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Zyklenzahl oder bei hohen Laderaten bei bestimmten Lademethoden.