Как правильно выбрать аккумулятор для операторов центров обработки данных?311

Не существует одной «лучшей» аккумуляторной технологии для операторов центров обработки данных. Каждый тип аккумуляторов имеет свои преимущества и недостатки, и операторы должны выбирать наиболее подходящий аккумуляторный продукт в соответствии со своими требованиями.

I. Свинцово-кислотные аккумуляторы в дата-центре

Свинцово-кислотные аккумуляторы остаются популярными и сегодня, поскольку они доказали свою надежность. Они являются наиболее экономичным выбором для крупномасштабных приложений, предлагая превосходные характеристики и эффективность, низкий внутренний импеданс, высокую устойчивость к неправильному обращению и высокие затраты на приобретение.
Электролит, используемый в свинцово-кислотных батареях, состоит из воды и серной кислоты, а электродная пластина состоит из губчатого свинца (отрицательный электрод) и оксида свинца (анод). Основным типом свинцово-кислотных аккумуляторных батарей является свинцово-кислотная батарея с клапанным регулированием (VRLA), также известная как «герметичная» или «необслуживаемая» батарея.
Батареи VRLA герметичны, но имеют клапан, позволяющий выбрасывать внутренние скопления газов в атмосферу. Обычно они не требуют непосредственного обслуживания и не требуют заполнения водой, поскольку водород, выделяющийся в процессе зарядки, рекомбинируется с кислородом с образованием воды внутри. На рынке существует два основных типа свинцово-кислотных аккумуляторов с клапанным регулированием (VRLA), разница заключается в электролитной смеси: в батареях со стеклянной прокладкой из микроволокна (AGM) электролит удерживается в высокопористой стеклянной прокладке из микроволокна; тогда как гелевые батареи имеют гель-электролит, состоящий из смеси серной кислоты и кремнезема.
Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы с клапанным регулированием (VRLA) типа AGM обычно используются в Источники питания ИБП из-за более низкого внутреннего сопротивления, более высокой удельной мощности и эффективности, более низкой скорости саморазряда и более низкой стоимости приобретения. Аккумуляторы с прокладками из стеклянного микроволокна (AGM) заряжаются быстрее и могут обеспечивать высокие токи в течение коротких периодов времени.
В жидкостных свинцово-кислотных батареях электродные пластины погружены в кислый электролит. Поскольку уплотнение отсутствует и газообразный водород, образующийся во время работы, выбрасывается непосредственно в окружающую среду, их система вентиляции должна быть более надежной, чем у герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов с регулируемым клапаном (VRLA). В большинстве случаев аккумуляторный блок размещается в специально отведенном помещении. Свинцово-кислотные аккумуляторы, обогащенные жидкостью, во время работы должны храниться в вертикальном положении и требуют ручного долива уровня воды.
Они имеют более длительный срок службы и более высокую надежность, чем свинцово-кислотные аккумуляторы с герметичным клапаном (VRLA). В аккумуляторном отсеке для свинцово-кислотных аккумуляторов должна поддерживаться достаточно постоянная температура (20–25°C), чтобы избежать сокращения срока службы и даже повреждения.

2. Литий-ионные аккумуляторы в дата-центре

В литий-ионной батарее «катод» обычно представляет собой оксид металла, а анод — пористый углеродный графит. Оба погружены в жидкий электролит, изготовленный из солей лития и органических растворителей.
Существует широкий спектр литий-ионных аккумуляторов, которые можно упростить до шести типов: оксид лития-кобальта (LCO), оксид лития-марганца (LMO), оксид лития-марганца-кобальта (NMC), литий-железо-фосфат (LFP), оксид никеля-кобальта-алюминия (NCA) и оксид лития-титана (LTO). Выбор между этими ячейками зависит от нескольких факторов, и точные сравнения невозможны, поскольку многие аспекты, такие как механика, размер ячейки и состав активного материала, играют важную роль в производительности.
Литий-ионные батареи становятся все более привлекательной альтернативой свинцово-кислотным батареям в центрах обработки данных, где доступность электроэнергии определенно является главным приоритетом, а литий-ионные батареи обеспечивают более высокий уровень надежности, чем свинцово-кислотные решения. Мало того, что каждая отдельная батарея сама по себе безопаснее и стабильнее, каждый батарейный модуль оснащен электронным контроллером, который постоянно проверяет батарею на наличие любых признаков изменения производительности.
Температура, ток, напряжение и состояние заряда каждой батареи отслеживаются на уровне шкафа, что дает четкое представление о текущем состоянии батареи и прогнозирует будущее время работы и производительность. Литий-ионные аккумуляторы заряжаются быстрее, чем свинцово-кислотные, обеспечивают большее количество циклов разрядки/перезарядки, чем свинцово-кислотные, а также обеспечивают более высокую удельную мощность и эффективность, особенно при высоких скоростях разряда. Это исключает чрезмерное использование батареи и одновременно сокращает пространство, необходимое для ее установки. Хотя первоначальная закупочная цена свинцово-кислотных батарей ниже, литий-ионные батареи служат как минимум в два раза дольше, чем свинцово-кислотные батареи той же спецификации, что снижает общие инвестиционные затраты. Затраты на рабочую силу, связанные со снятием и заменой батареи, также сокращаются. Литий-ионные батареи выделяют меньше тепла, что приводит к снижению затрат на охлаждение и уменьшению выбросов углекислого газа.

3. Никель-кадмиевые аккумуляторы в дата-центре

Электроды никель-кадмиевого аккумулятора состоят из гидроксида никеля (положительная пластина) и гидроксида кадмия (отрицательная пластина). NiCd аккумуляторы имеют длительный срок службы (до 20 лет) и выдерживают экстремальные температуры (от -20°C до 40°C). Они также имеют длительный срок службы и хорошо переносят глубокие разряды. Другие преимущества связаны с низким внутренним сопротивлением, которое обеспечивает высокую удельную мощность и возможность быстрой зарядки. NiCd аккумуляторы обеспечивают длительный срок хранения и высокую степень защиты от неправильного обращения.
Однако NiCd аккумуляторы намного дороже, чем обычные свинцово-кислотные аккумуляторы с герметичным клапанным регулированием (VRLA). Кроме того, процесс утилизации/переработки аккумуляторов является дорогостоящим, поскольку и никель, и кадмий токсичны. NiCd-аккумуляторы также требуют обслуживания в виде добавления воды, особенно при использовании с большим циклом зарядки или при высоких скоростях зарядки с использованием определенных методов зарядки.