鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:838次 | 2018年11月04日
數(shù)據(jù)中心使用鋰電池有哪些優(yōu)缺點(diǎn)
閥控型鉛酸(VRLA)蓄電池常用于不間斷電源(UPS)系統(tǒng)。由于其重量與尺寸的緣故,數(shù)據(jù)中心需具備強(qiáng)化的承載結(jié)構(gòu)。VRLA電池的性能特性也會受溫度影響,進(jìn)而增加空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)載。VRLA電池并非特別耐用且需定時更換,這也造成運(yùn)營成本的增加。
由于VRLA電池沒有經(jīng)濟(jì)可行的替代方式,因此設(shè)計(jì)工程師必須忍受其缺點(diǎn)。不過,近年來鋰電池的情況有所改變。直到目前為止,由于在價格、能源、容量、安全與可靠性之間未達(dá)到合理平衡,因此數(shù)據(jù)中心的不間斷電源系統(tǒng)并沒有使用的可行性。但由于電動車技術(shù)的進(jìn)步,此問題已獲得解決。第一部由鋰電池供電的不間斷電源系統(tǒng)已于2016年上市。現(xiàn)在所有的主要大廠皆使用鋰電池,此方向已公認(rèn)為最有希望的選擇。根據(jù)BloombergNewEnergyFinance報(bào)導(dǎo),截至2025年,鋰電池解決方案將占數(shù)據(jù)中心使用UPS市場的40%。
鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)
消費(fèi)電子公司通常使用鋰鈷電池,該電池容量可達(dá)多個安培時,這些不間斷電源系統(tǒng)均搭載矩形的鋰錳電池。而其安裝容量為60安培時,并搭載更長的使用壽命與多種程度的故障防護(hù)。有時個別模塊,甚至個別電池需負(fù)責(zé)監(jiān)控重要性能參數(shù),如溫度、電壓和電流。有時電源機(jī)柜或甚至整部系統(tǒng)都可負(fù)責(zé)此監(jiān)控流程。必須實(shí)施監(jiān)控才能完全掌控充電與放電流程,避免發(fā)生臨界加熱與不可逆的化學(xué)程序。鋰電池也具備更高的能量密度(Wh/kg)與更高的輸出功率密度(W/kg)。擁有與鉛酸電池相似的能量儲存容量,而重量則是鉛酸電池的三分之一不到,此優(yōu)點(diǎn)有助于降低系統(tǒng)的總質(zhì)量達(dá)60-80%。
近年來,數(shù)據(jù)中心因空間限制與更高效率營運(yùn)的需求而皆以增加其功率密度為主要目標(biāo)。更有效率的可用空間儼然是數(shù)據(jù)中心擁有者最重要的工作之一。體積小巧的鋰電池能減少在不間斷電源系統(tǒng)中的占用空間達(dá)50-80%。此類電池的充電時間更少且自行放電的速率更佳,當(dāng)發(fā)生頻繁的運(yùn)行中斷時可扮演重要的角色。閑置時,鋰電池每月會損失約1-2%的電量。最重要的優(yōu)勢為其長效的使用壽命。鉛酸電池的使用壽命極短,只有3至6年。而另一方面,鋰電池則能持續(xù)使用約10年。根據(jù)不同的化學(xué)、技術(shù)與溫度,鋰電池的充電效率可長達(dá)5,000次生命周期且免維護(hù),而鉛酸電池的平均充電效率則只有700次生命周期。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
閥控型鉛酸(VRLA)蓄電池與鋰電池對比
鋰電池的整體擁有成本為期10年(數(shù)據(jù)中心UPS的平均使用壽命),相較之下鉛酸電池少了39%。盡管此為樂觀預(yù)估值,但至少能保證節(jié)省10%。鋰電池唯一一個嚴(yán)重的缺點(diǎn)就是初期投資明顯更高。這也是為何大型數(shù)據(jù)中心早已成為導(dǎo)入新型解決方案的先驅(qū)。此設(shè)施更重要的目的在于降低整體擁有成本,而非短期獲利,即便在此情況下積少成多的節(jié)省成本仍相當(dāng)可觀。另外,小型電池的好處能更有效的利用可用空間,同時可靠的監(jiān)控系統(tǒng)也能確保更優(yōu)異的安全及穩(wěn)定的性能。鋰電池可在比VRLA更高溫度下運(yùn)行,而不會損失容量,并可降低冷卻系統(tǒng)的負(fù)荷。當(dāng)然,甚至還有配備鋰電池的單相UPS。各種應(yīng)用模型都是從最大數(shù)據(jù)中心開始、其次為工業(yè)應(yīng)用,最后于小型服務(wù)器室或甚至個別機(jī)架結(jié)束。
方便更換
所有用戶最后都會問到的最重要問題是:目前是否是將不間斷電源系統(tǒng)升級為鋰電池的適當(dāng)時機(jī)?若要回答此問題,首先要考慮的是技術(shù)容量的可用性。新電池?zé)o法適用于所有UPS機(jī)型,因此可能需要重大的硬件與嵌入式軟件升級。即使在相同的標(biāo)稱電壓下,電池充電與放電的特性也會有不同。
在數(shù)據(jù)中心中一般UPS系統(tǒng)的預(yù)期壽命通常為10-15年。鉛酸電池可使用3-6年,而鋰電池可使用長達(dá)10年或甚至更久。在UPS系統(tǒng)(低于5年)的使用初期,大量更換為鉛酸電池可證明其實(shí)用性。不過換成鋰電池后,極可能到UPS系統(tǒng)使用壽命結(jié)束時鋰電池還能使用。若用戶的不間斷電源系統(tǒng)使用壽命接近中期,電池使用壽命可能更長,因此在大多數(shù)情況下更換電池根本毫無意義。在其使用壽命結(jié)束時,應(yīng)考慮將其整套的UPS系統(tǒng)換為全新的鋰電池解決方案。不過,即便對老舊的UPS系統(tǒng)而言,安裝價格昂貴的電池仍十分方便。用戶應(yīng)考慮其價格不斷下降,以及老舊系統(tǒng)維護(hù)成本與完全更換成本的比率。
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