Làm thế nào để chọn loại pin phù hợp cho người vận hành trung tâm dữ liệu?

Không có công nghệ pin nào ‘tốt nhất’ cho người vận hành trung tâm dữ liệu. Mỗi loại ắc quy đều có những ưu nhược điểm riêng và người vận hành nên lựa chọn sản phẩm ắc quy phù hợp nhất theo yêu cầu của mình.

I. Pin axit chì trong trung tâm dữ liệu

Pin axit-chì ngày nay vẫn phổ biến vì chúng có thành tích đã được chứng minh về độ tin cậy. Chúng là sự lựa chọn kinh tế nhất cho các ứng dụng quy mô lớn, mang lại hiệu suất và hiệu quả tuyệt vời, trở kháng bên trong thấp, khả năng xử lý không đúng cách cao và chi phí mua sắm cao.
Chất điện phân được sử dụng trong pin axit chì bao gồm nước và axit sulfuric, và một tấm điện cực bao gồm chì xốp (điện cực âm) và oxit chì (cực dương). Loại pin axit chì chính là pin axit chì được điều chỉnh bằng van (VRLA), còn được gọi là pin 'niêm phong' hoặc 'không cần bảo trì'.
Pin VRLA được niêm phong nhưng có van cho phép khí tích tụ bên trong thoát ra khí quyển. Chúng thường không cần bảo trì trực tiếp và không cần đổ đầy nước vì hydro được giải phóng trong quá trình sạc sẽ kết hợp lại với oxy để tạo thành nước bên trong. Có hai loại pin Axit chì được điều chỉnh bằng van (VRLA) chính trên thị trường, sự khác biệt nằm ở hỗn hợp chất điện phân: pin đệm sợi thủy tinh (AGM) có chất điện phân được giữ trong một miếng đệm thủy tinh sợi nhỏ có độ xốp cao; trong khi pin gel có gel điện phân bao gồm hỗn hợp axit sulfuric và silica.
Loại AGM của pin axit chì điều chỉnh bằng van kín (VRLA) thường được sử dụng trong Bộ nguồn UPS do điện trở trong thấp hơn, công suất và hiệu suất riêng cao hơn, tốc độ tự phóng điện thấp hơn và chi phí mua sắm thấp hơn. Pin đệm sợi thủy tinh (AGM) sạc nhanh hơn và có thể cung cấp dòng điện cao trong thời gian ngắn.
Pin axit chì giàu chất lỏng có các tấm điện cực chìm trong chất điện phân có tính axit. Vì không có lớp bịt kín và do đó khí hydro sinh ra trong quá trình vận hành được thoát trực tiếp ra môi trường nên hệ thống thông gió của chúng phải chắc chắn hơn hệ thống thông gió của pin axit chì điều chỉnh bằng van kín (VRLA). Trong hầu hết các trường hợp, bộ pin được đặt trong một phòng riêng. Pin axit chì giàu chất lỏng phải được giữ ở vị trí thẳng đứng để hoạt động và yêu cầu nạp mực nước bằng tay.
Chúng có tuổi thọ dài hơn và độ tin cậy cao hơn so với pin axit chì được điều chỉnh bằng van kín (VRLA). Ngăn chứa pin của pin axit chì phải được giữ ở nhiệt độ ổn định hợp lý (20-25°C) để tránh rút ngắn tuổi thọ sử dụng và thậm chí gây hư hỏng.

2. Pin lithium ion trong trung tâm dữ liệu

Trong pin lithium ion, “cực âm” thường là oxit kim loại và cực dương thường là than chì cacbon xốp. Cả hai đều được ngâm trong chất điện phân lỏng làm từ muối lithium và dung môi hữu cơ.
Có nhiều loại pin lithium-ion, có thể được đơn giản hóa thành sáu loại: lithium coban oxit (LCO), lithium mangan oxit (LMO), lithium mangan coban oxit (NMC), lithium sắt photphat (LFP), niken coban oxit nhôm (NCA) và lithium titan oxit (LTO). Sự lựa chọn giữa các ngăn này phụ thuộc vào một số yếu tố và không thể so sánh chính xác vì nhiều khía cạnh như cơ học, kích thước ngăn và hỗn hợp vật liệu hoạt tính đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất.
Pin lithium-ion đang trở thành giải pháp thay thế ngày càng hấp dẫn cho pin axit chì trong môi trường trung tâm dữ liệu, nơi nguồn điện sẵn có chắc chắn là ưu tiên hàng đầu và pin lithium-ion cung cấp mức độ tin cậy cao hơn so với các giải pháp axit chì. Mỗi pin riêng lẻ không chỉ an toàn và ổn định hơn mà mỗi mô-đun pin còn có bộ điều khiển điện tử liên tục kiểm tra pin xem có dấu hiệu thay đổi hiệu suất nào không.
Nhiệt độ, dòng điện, điện áp và trạng thái sạc của từng pin được theo dõi ở cấp độ tủ, mang lại bức tranh rõ ràng về trạng thái pin hiện tại cũng như dự đoán thời gian và hiệu suất hoạt động trong tương lai. Pin lithium-ion có thể được sạc nhanh hơn pin axit chì, cung cấp nhiều chu kỳ xả/nạp lại hơn pin axit chì và mang lại mật độ và hiệu suất năng lượng cao hơn, đặc biệt là ở tốc độ xả cao. Điều này giúp loại bỏ việc sử dụng pin quá mức đồng thời giảm lượng không gian cần thiết để lắp đặt pin. Mặc dù giá mua ban đầu của pin axit chì thấp hơn nhưng pin lithium-ion có tuổi thọ ít nhất gấp đôi so với pin axit chì có cùng thông số kỹ thuật, do đó giảm chi phí đầu tư tổng thể. Chi phí lao động liên quan đến việc tháo và thay thế pin cũng giảm. Pin lithium-ion tạo ra ít nhiệt thải hơn, dẫn đến chi phí làm mát thấp hơn và giảm lượng khí thải carbon.

3. Pin niken-cadmium trong trung tâm dữ liệu

Các điện cực của pin niken-cadmium bao gồm niken hydroxit (tấm dương) và cadmium hydroxit (tấm âm). Pin NiCd có tuổi thọ hoạt động lâu dài (lên tới 20 năm) và có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt (-20°C đến 40°C). Chúng cũng có tuổi thọ cao và có khả năng chịu đựng tốt với sự phóng điện sâu. Các lợi ích khác liên quan đến điện trở trong thấp, mang lại mật độ năng lượng cao và khả năng sạc nhanh. Pin NiCd có thời gian lưu trữ lâu và mức độ bảo vệ cao chống lại việc xử lý sai.
Tuy nhiên, pin NiCd đắt hơn nhiều so với pin axit chì điều tiết bằng van kín (VRLA) thông thường. Ngoài ra, quá trình xử lý/tái chế pin rất tốn kém vì cả niken và cadmium đều độc hại. Pin NiCd cũng yêu cầu bảo trì dưới hình thức bổ sung nước, đặc biệt là trong các ứng dụng có chu kỳ cao hoặc ở tốc độ sạc cao với một số phương pháp sạc nhất định.