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数据中心电池:锂离子电池

来源:网络整理 作者:DJ编辑 更新时间:2018/9/28 15:23:14

摘要:如今,数据中心技术发生不断的演变。冷却技术,机房空间,以及带宽要求正在改变,以支持不断变化的用例和数字经济的发展。而且,随着这些变化,电力需求也在不断发展进步。在此不谈论传统的电力需求。而是讨论蓄电池在数据中心的应用。

  如今,数据中心技术发生不断的演变。冷却技术,机房空间,以及带宽要求正在改变,以支持不断变化的用例和数字经济的发展。而且,随着这些变化,电力需求也在不断发展进步。在此不谈论传统的电力需求。而是讨论蓄电池在数据中心的应用。

  蓄电池存储特定的能量,然后在适当的时间将其释放。许多数据中心设备的专业人员都被电池的不一致表现所困扰。当被问及“数据中心基础设施是否需要改进的储能解决方案时?”数据中心运营商,用户,以及工作人员总是给予肯定的回答。

  对于数据中心专业人士来说,与UPS电源系统配套的传统铅酸电池已经成为提供短暂供电时间的后备电力来源。大多数都已经了解铅酸蓄电池具有的一些的缺点。在行业厂商发布的白皮书中,探索了一种强大的替代传统铅酸蓄电池技术,那就是锂离子电池。在这个白皮书中分享锂离子电池的应用,帮助数据中心设计人员决定该技术的应用在其数据中心内是否可行。

  对传统蓄电池的挑战

  传统的铅酸电池通常被认为是数据中心电源链中的“薄弱环节”。为现代化数据中心设施提供后备电源的传统蓄电池,可能会在任何时候都会潜在的故障。这些传统蓄电池的维护费用高,重量大,需要定期更换。虽然采用监控,管理和服务创新等技术和措施,但也增加了成本。

  因此,数据中心管理人员必须考虑采用更好的电池技术来帮助他们克服当今数据中心设施面临的一些挑战。因此,性能更好的电池将会得到更广泛的应用。这种蓄电池所提供的好处包括:

  (1)可靠性和可用性

  由于锂离子电池与铅酸电池的制造方法不同,锂离子电池故障率要低得多。由于使用寿命更长,维护要求更低,UPS电源采用锂离子电池很少发生故障。

  根据所使用的化学成分,锂离子电池的使用寿命可长达15年。与铅酸蓄电池相比,可以显著节省更换成本,因为锂离子电池不必每隔几年更换一次。

  此外,锂离子电池通常比铅酸电池具有更长的循环寿命。例如,铅酸蓄电池通常可以提供200次放电循环,这意味着可以将电池的容量耗尽至其额定值的50%,然后其重新充电至100%,可以达到200次循环。但在更换电池之前,锂电池可以提供500-7000次放电循环(这取决于所使用的化学物质)。另外,锂离子电池具有较低的自放电率,或者在不使用时自身放电缓慢,这使得它们具有更长的保存时间。

  (2)重量较轻

  锂离子电池比铅酸蓄电池重约三分之一。这样可以节省数据中心建设成本,因为不需要加固地板来承受更多的重量。它还节省了运输成本,因为与铅酸蓄电池相比,能够以同样的成本运输更多的锂离子电池。

  (3)更小的体积

  锂离子电池柜的尺寸通常是铅酸电池柜的一半,达到相同的容量可节省50%的占地面积。这使组织可以重新规划设计数据中心,以增加IT系统的可用空间。此外,可以节省新数据中心的建设成本,因为容纳用于UPS储能的锂离子电池机柜的空间可以更小。

  (4)能量密度更高

  锂电池具有更高的能量密度(Wh/kg,或每千克瓦特小时)和功率密度(W/kg,或每千克瓦特)。这就是为什么锂电池能够以更小的体积和更轻的重量提供与铅酸蓄电池相同能量的原因。

  (5)工作在温度较高的环境

  锂电池可以在86°F(30°C)的温度下工作,比铅酸蓄电池高出近10°C。这使组织可以提高数据中心的室温,从而节省用于冷却的电能,降低冷却成本,节省总体拥有成本(TCO)。此外,锂离子电池对温度变化不太敏感,过高的温度明显不会缩短电池的使用寿命。

  (6)减少维护

  锂电池配有内置电池管理系统(BMS),可提供自动状态、故障监控、电池平衡、电源优化和外部通信等监测和维护功能。电池管理系统(BMS)使数据中心设施工程师能够更轻松地监控电池的运行时间和健康状况,降低人工和维护成本,并显著降低电池组故障的风险。

  (7)充电更快速

  锂离子电池在大约两小时内完全充电,而铅酸电池在大约24小时内完全充电。更快的充电时间意味着锂离子电池能够更好地处理多个电力中断情况。(例如,如果在24小时内有多次断电,锂电池可以更快地充电,为每次断电提供完整的UPS后备供电时间。)

  (8)环境优势

  锂离子电池的碳足迹为铅酸电池的三分之一,并且更具有环保性。

  但是并不是所有的锂离子电池都是相同的。其实有几个品种,其中包括钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、镍钴锰三元电池(NMC)、磷酸铁锂(LFP)、钛酸锂等。而且,每一种电池都有优点和缺点。例如,锰酸锂(LMO)电池提供更高的功率,但容量小,但它比钴酸锂(LCO)电池更加安全,并经常与镍钴锰三元电池(NMC)混合使用以提高性能。

  适合范围

  高层数据中心

  多层数据中心设施的上层有时必须用钢梁加固,以支撑更重的铅酸蓄电池组。由于锂电池重量较轻且占用空间较小,因此更适合高层的数据中心。数据中心运营人员可以将锂电池柜放在更高的位置而无需加固地板,重量更轻的锂离子电池更容易部署在数据中心的高层。

  锂离子电池占地面积较小,使其成为模块化数据中心的理想选择,模块化数据中心旨在将大量设备安装在较小的空间内。

  模块化数据中心

  锂离子电池占地面积较小,非常适合在模块化数据中心使用,模块化数据中心旨在将大量设备安装在较小的空间内。由于锂电池也更轻巧,因此减少了模块化数据中心的总重量,使其运输到安装地点变得更加容易且成本更低。

  锂离子电池如何工作

  在转换到辅助电源期间,数据中心配备的UPS需要提供几秒到10分钟(或更长)的供电时间,这需要更高容量的电池。为了在数据中心中有效应用,锂离子电池必须具有在短时间内提供大量电能的能力,同时确保电池保持安全的内部温度。锂离子电池使用与所有电池系统相同的组件。正极(阴极)是锂金属,而负极(阳极)是碳物质,通常是石墨。在放电期间,由锂离子产生的电流从负电极移动到正电极(阳极到阴极),由锂化学物质组成的电解质在有机溶剂中传导。在充电期间,外部电流将离子从正电极移动到负电极(阴极到阳极)。

  蓄电池通常按特性分为储能电池或动力电池。储能电能是一个“较长的运行时间源”,其在较长的时间段内释放较低的电能。动力电池是一个“较短的运行时间源”,可在短时间内释放更高的电能。由于UPS的功能是在电源转换期间提供短暂的供应时间,所以在UPS应用中,动力电池优于锂离子电池的储能电池。

  不同特性的锂电池

  所有锂电池通常被称为“锂离子电池”。但实际上,“锂离子电池”是一个通用术语。不同的锂离子电池使用不同的锂化学物质,不同的锂电池在性能和安全性方面存在显著差异。为正确的应用选择合适的锂电池非常重要。

  责任编辑:DJ编辑

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