数据中心使用UPS方案时应选锂电池还是铅酸电池?

2020-09-02 17:31 ryder

锂电池工业化还不够成熟时,VRLA 电池也没有经济可行的替代方案,所以必须忍受其缺陷。不过,近年来锂电池的工业应用程度越来越高。直到现在为止,在价格、动力、容量、安全与可靠性之间未到达合理平衡,因而数据中心的不间断电源体系并没有运用的可行性。但因为电动车的技术提高,此问题已获得解决。第一部由锂电池供电的不间断电源体系已于2016年上市。根据政策要求现在主要大厂皆运用锂电池,另外,此方向已公认为最有期望的挑选。依据 Bloomberg New Energy Finance 报导,截至 2025 年,锂电池处理方案将占数据中心运用 UPS 商场的 40%。
 
阀控型铅酸 (VRLA) 蓄电池常用于不间断电源(UPS)体系的三相来源。因为其分量与尺度的原因,数据中心需具备强化的承载结构。VRLA 电池的功能特性也会受温度影响,从而添加空调体系的负载。VRLA 电池的循环寿命较短需要定时进行更换,这也是营运成本增加的一个主要原因。
 

 图 阀控型铅酸 (VRLA) 蓄电池与锂电池对比
 
锂电池的优缺点
 
消费电子公司一般运用锂钴电池,该电池容量可达多个安培时,这些不间断电源体系均搭载矩形的锂锰电池。而其装置容量为 60 安培时,并具备更长的使用寿命和多重的故障防护。有时单个模块,乃至单个电池需担任监控重要功能参数,如温度、电压和电流。有时电源机柜或乃至整部体系都可担任此监控流程。实施监控完全掌控充电和放电的过程,防止产生临界加热与不可逆的化学反应。锂电池也具备更高的能量密度 (Wh/kg) 与更高的输出功率密度 (W/kg)。具有与铅酸电池类似的能量贮存容量,而分量则是铅酸电池的三分之一不到,此优点有助于下降体系的总质量达 60-80%。
 
近年来,数据中心因空间限制与更高功率营运的需求而皆以添加其功率密度为主要目标。更有功率的可用空间俨然是数据中心最重要的作业之一。体积细巧的锂电池能削减在不间断电源体系中的占用空间达 50-80%。此类电池的充电时间更少且自行放电的速率更低,当频繁的运转中断时可扮演重要的角色。搁置时,锂电池每月会损失约 1-2% 的电量。最重要的优势为其长效的使用寿命。铅酸电池的使用寿命极短,只要 3 至 6 年。而另一方面,锂电池则能继续运用约 10 年。在特定的环境下,锂电池的充电可长达 3,000 次生命周期且免维护,而铅酸电池的均匀充电功率则只要 300 次生命周期。
 
锂电池的整体具有10年的成本期(数据中心 UPS 的平均使用的寿命),相较之下铅酸电池少了 39%。虽然此为乐观预估值,但至少能保证节约 10%。锂电池仅有一个严重的缺陷就是初次投入明显比铅酸电池更高。这也是为何大型数据中心早已成为导入新式处理方案的前驱。锂电池的替代方案更重要的目的是降低长期的持有成本,而非短期获利,即使在此情况下积少成多的节约本钱仍相当可观。另外,小型电池的好处能更有用的运用空间,同时可靠的监控系统也能保证更优异的安全及稳定的性能。锂电池可在比 VRLA 更高温度下运转,而不会损失容量,并可降低冷却系统的负荷。当然,乃至还有配备锂电池的单相 UPS。各种运用模型都是从最大数据中心开始、其次为工业运用,最后于小型服务器室或单个机架。
 
 
方便替换
 
在数据中心中一般 UPS 系统的预期寿命通常为 10-15 年。铅酸电池可使用 3-6 年,而锂电池可使用长达 10 年或甚至更久。在 UPS 系统(低于 5 年)的使用初期,大量更换为铅酸电池可证明其实用性。不过换成锂电池后,极可能到 UPS 系统使用寿命结束时锂电池还能使用。若您的不间断电源系统使用寿命接近中期,电池使用寿命可能更长,因此在大多数情况下更换电池根本毫无意义。在其使用寿命结束时,应考虑将您整套的 UPS 系统换为全新的锂电池解决方案。不过,即便对老旧的 UPS 系统而言,安装昂贵的电池仍十分方便。您应考虑其价格不断下降,以及老旧系统维护成本与完全更换成本的比率。
 
客户最后都会自问的最重要问题是:现在是否是将不间断电源体系晋级为锂电池的恰当机遇?若要回答此问题,首先要考虑的是技术容量的可用性。新电池无法适用于一切 UPS 机型,因而可能需求重大的硬件与嵌入式软件晋级。即使在相同的标称电压下,电池充电与放电的特性也会有不同。
 
 
预测及展望
 
虽然由锂电池供电的 UPS 体系能继续下降整体的持有成本,但大部分的客户仍采用就目前而言相对稳定的 VRLA 处理方案。因为初次锂电池的成本相对来说还是太高。在任何情况下,客户在创新的投资部分每年都继续成长且只涨不跌。对大型数据中心而言,节约的数量会非常庞大,因而锂电池供电体系将会在企业部分逐步添加。锂离子化学也继续在前进中。新处理方案和技能将随时刻呈现,锂电池的价格也将进一步下降。

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