閥控型鉛酸 (VRLA) 蓄電池常用于不間斷電源(UPS)系統(tǒng)的三相來源。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(huì)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(shí)更換，這也造成營(yíng)運(yùn)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(jià)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(dòng)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?，F(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) Bloomberg New Energy Finance 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(chǎng)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(gè)安培時(shí)，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(shí)，并搭載更長(zhǎng)的使用壽命與多種程度的故障防護(hù)。有時(shí)個(gè)別模塊，甚至個(gè)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(shí)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?jī)?chǔ)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(yíng)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(shí)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(shí)可扮演重要的角色。閑置時(shí)，鋰電池每月會(huì)損失約 1-2% 的電量。最重要的優(yōu)勢(shì)為其長(zhǎng)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(zhǎng)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。

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(gè)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(shí)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(huì)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(gè)別機(jī)架結(jié)束。

方便更換

所有客戶最后都會(huì)自問的最重要問題是：目前是否是將不間斷電源系統(tǒng)升級(jí)為鋰電池的適當(dāng)時(shí)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(jí)。即使在相同的標(biāo)稱電壓下，電池充電與放電的特性也會(huì)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(zhǎng)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(shí)鋰電池還能使用。若您的不間斷電源系統(tǒng)使用壽命接近中期，電池使用壽命可能更長(zhǎng)，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(shí)，應(yīng)考慮將您整套的 UPS 系統(tǒng)換為全新的鋰電池解決方案。不過，即便對(duì)老舊的 UPS 系統(tǒng)而言，安裝昂貴的電池仍十分方便。您應(yīng)考慮其價(jià)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。

預(yù)測(cè)及展望

盡管由鋰電池供電的 UPS 系統(tǒng)能持續(xù)降低營(yíng)運(yùn)成本及整體擁有成本，但大部分的客戶仍采用歷經(jīng)時(shí)間檢驗(yàn)的 VRLA 解決方案。首先可通過使用鋰電池只有長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)的觀點(diǎn)解釋此現(xiàn)象。不過，這確實(shí)會(huì)大幅增加資金成本。在任何情況下，客戶在創(chuàng)新的投資部分每年都持續(xù)成長(zhǎng)且只漲不跌。對(duì)大型數(shù)據(jù)中心而言，節(jié)省的數(shù)量會(huì)十分龐大，因此鋰電池供電系統(tǒng)將會(huì)在企業(yè)部門逐漸增加。鋰離子化學(xué)也持續(xù)在進(jìn)步中。新解決方案和技術(shù)將隨時(shí)間出現(xiàn)，而鋰電池的價(jià)格將進(jìn)一步下降。