後備電源：電池的性能參數及優缺點

後備電源，隨着各行業數據中心機房建設的飛速發展，數據中心機房的設備承載壓力逐漸擴大，機房中鉛酸蓄電池也叫閥控密封式鉛酸蓄電池，高頻開關電源、不間斷電源（UPS）等電源設備的數量也隨之急劇增加，從而使得蓄電池得到了廣泛應用，下面詳解數據中心機房中鉛酸蓄電池的性能參數及優缺點。

隨着各行業數據中心機房建設的飛速發展，數據中心機房的設備承載壓力逐漸擴大，機房中鉛酸蓄電池也叫閥控密封式鉛酸蓄電池，高頻開關電源、不間斷電源（UPS）等電源設備的數量也隨之急劇增加，從而使得蓄電池得到了廣泛應用，下面詳解數據中心機房中鉛酸蓄電池的性能參數及優缺點。
鉛酸蓄電池的電性能用下列參數量度：
1、容量
電池容量是指電池儲存電量的數量，以符號C表示。常用的單位爲安培小時，簡稱安時（Ah）或毫安時（mAh），電池的容量可以分爲額定容量（標稱容量）、實際容量。
（1）實際容量
實際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等於放電電流與放電時間的乘積，單位爲Ah。
（2）額定容量
額定容量是電池規定在在25℃環境溫度下，以10小時率電流放電，應該放出最低限度的電量(Ah)放電率是針對蓄電池放電電流大小，分爲時間率和電流率，放電終止電壓。鉛蓄電池以一定的放電率在25℃環境溫度下放電至能再反覆充電使用的最低電壓稱爲放電終了電壓，額定容量，固定鉛酸蓄電池規定在25℃環境下，以10小時率電流放電至終了電壓所能達到的額定容量。10小時率額定容量用C10表示。
2、儲存性能
蓄電池在貯存期間，由於電池內存在雜質，如正電性的金屬離子，這些雜質可與負極活性物質組成微電池，發生負極金屬溶解和氫氣的析出。又如溶液中及從正極板柵溶解的雜質，若其標準電極電位介於正極和負極標準電極電位之間，則會被正極氧化，又會被負極還原。所以有害雜質的存在，使正極和負極活性物質逐漸被消耗，而造成電池喪失容量，這種現象稱爲自放電。
電池自放電率用單位時間內容量降低的百分數表示：即用電池貯存前（C10’）（C10”）容量差值和貯存時間T（天、月）的容量百分數表示。
3、循環壽命
蓄電池經歷一次充電和放電，稱爲一次循環（一個週期）。在一定放電條件下，電池工作至某一容量規定值之前，電池所能承受的循環次數，稱爲循環壽命，各種蓄電池使用循環次數都有差異，傳統固定型鉛酸電池約爲500~600次，起動型鉛酸電池約爲300~500次。閥控式密封鉛酸電池循環壽命爲1000~1200次。
影響循環壽命的因素一是廠家產品的性能，二是維護工作的質量，固定型鉛電池用壽命，還可以用浮充壽命（年）來衡量，閥控式密封鉛酸電池浮充壽命在10年以上，對於起動型鉛酸蓄電池，按我國機電部頒標準，採用過充電耐久能力及循環耐久能力單元數來表示壽命，而不採用循環次數表示壽命。即過充電單元數應在4以上，循環耐久能力單元數應在3以上。
4、內阻
電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化與濃差極化。內阻的存在，使電池放電時的端電壓低於電池電動勢和開路電壓，充電時端電壓高於電動勢和開路電壓。
電池的內阻不是常數，在充放電過程中隨時間不斷變化，因爲活性物質的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變，歐姆電阻遵守歐姆定律，極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關係，常隨電流密度的對數增大而線性增大。
5、電池電動勢、開路電壓、工作電壓
當蓄電池用導體在外部接通時，正極和負極的電化反應自發地進行，倘若電池中電能與化學能轉換達到平衡時，正極的平衡電極電勢與負極平衡電極電勢的差值，便是電池電動勢，它在數值上等於達到穩定值時的開路電壓。
電動勢與單位電量的乘積，表示單位電量所能作的最大電功，但電池電動熱與開路電壓意義不同：電動勢可依據電池中的反應利用熱力學計算或通過測量計算，有明確的物理意義。後者只在數字上近於電動勢，需視電池的可逆程度而定，電池在開路狀態下的端電壓稱爲開路電壓。電池的開路電壓等於電池正極電極電勢與負極電極電勢之差，電池工作電壓是指電池有電流通過（閉路）的端電壓。
在電池放電初始的工作電壓稱爲初始電壓，電池在接通負載後，由於歐姆電阻和極化過電位的存在，電池的工作電壓低於開路電壓。
數據中心機房中鉛酸蓄電池的優缺點：
鉛酸蓄電池作爲存儲電能的裝置，它具有電動勢能高、充放電可逆性好、使用溫度範圍廣、原材料豐富廉價等特點，獲得了廣泛的應用，儘管鉛酸蓄電池具有這些優點，但是在數據中心裏，大規模的鉛酸蓄電池應用也暴露出了其缺點，其重量造成的機房承重問題、維修要求高、相對壽命短、並且還富含毒性。
1、鉛酸蓄電池的優缺點
從150年前第一隻鉛酸蓄電池問世至今，它依然是三首眩的備用能源存儲解決方案，能夠有效地滿足數據中心獨特的供電需求，其經濟特性還沒有其他主流技術可以匹敵，鉛酸蓄電池在數據中心的使用情況不像****車、電動車等，能獲得正常穩定的使用，而是大部分時間處於閒置狀態，鉛酸蓄電池先用直流電源對其充電，將電能轉化爲化學能儲存起來，當市電中短時，UPS依靠儲存在蓄電池中的能量維持其逆變器的正常工作，在此期間，鉛酸蓄電池可以提供充足的備份時間，當市電恢復後，蓄電池又進行充電，然後進入等後期，另外，鉛酸蓄電池價格相對較低，是目前最具成本效益的電能儲存解決方案。
2、鉛酸蓄電池也有一些較爲突出的缺點：
（1）高昂的維修費用
目前的UPS產品所使用的蓄電池通常叫做“免維護鉛酸蓄電池”，事實上，它們面年至少需要兩次檢查，以確保它們無腐蝕、工作狀態良好以及單隻蓄電池之間連接緊密。
（2）可靠性的不可預見隱患
爲了保障蓄電池的可靠性，唯一的途徑是對蓄電池進行監測。然而每次測試蓄電池都會減少其容量並縮短其使用壽命。雖然最現代的UPS內置電池測試方案可以減少這種磨損，但是並沒有消除。
（3）更換成本高
密封鉛酸蓄電池的使用壽命一般爲4到5年，而UPS的壽命一般是它們的2到3倍，所以在UPS的一個完整生命週期裏，數據中心需要把更換電池組的費用也做在初期的預算裏。
（4）能量密度低
鉛酸蓄電池質量比較重，體積較大，一臺典型的中型UPS的電池組大約爲5到8噸，需要考慮放置位置及承重問題。
（5）電池監測系統
蓄電池容量檢測時，無論是離線方式還是在線方式，都必須設置備用電源作爲防範措施，以保證安全，但是，檢測時因爲電池組數量多，放電時間長，放電後又要及時進行充電，所需的人力和電能消耗很大，對蓄電池本身也有一定的損耗。在操作過程中，在脫開和鏈接蓄電池及假負載時，由於電位差的村財似的操作帶有危險性。並且檢測過程相當複雜，費用昂貴。
（6）高處理成本
UPS的電池組裏均含大量的劇毒硫酸，因此，處理淘汰掉的蓄電池需要昂貴的費用。通常，廢舊電池可用來循環再造，回收的蓄電池需要按照國家的要求做相應處理，其中包製造商回收時的運費，所以前期購置蓄電池組是應把後期的處置費用考慮進去。

後備電源，电源保护的需求

後備電源，規模較小的數據中心可以小到僅僅只有少量支持遠程用戶的機架。邊緣、分支和遠程數據中心的目的都是旨在使數據，應用程序和資源更貼近用戶。很顯然，數據中心資源的過度集中根本沒有意義。這就是爲什麼當前如此多的企業組織紛紛都在有效地分配他們的數據中心操作環境。

請務必記住，小型數據中心也需要提升能源效率。根據我的經驗，有三種很好的方法可以確保您企業的遠程數據中心實現更高效地運行。
1. 投資靠譜的監測解決方案。對於這一點，我真的不能強調得更多了。良好的數據中心管理和監控工具絕對是至關重要的。這些類型的解決方案可以幫助您連接數據中心內的操作，物理IT甚至虛擬系統。DCIM工具甚至可以與氣流管理、環境監測系統、虛擬環境等等實現無縫整合。當前市場上有各種爲規模最大和最小的數據中心分別設計的真正強大的解決方案。問題的關鍵在於，您企業永遠不能失去對於所有關鍵資源的可見性。故而您數據中心所選擇的DCIM工具是非常重要的。
2. 擺脫傳統遺留問題，並投資於新的架構。讓我們明確地說明一下：絕對不要將來自大型數據中心的舊服務器放在一個小的應用場景，然後就將其簡單的稱之爲新的“分支”數據中心了。這樣的話，您只是將傳統遺留成本從較大的數據中心轉移到較小的位置。請務必記住，您正在支持新的業務類型和用戶計劃。傳統的設備絕對會減緩這個過程。此外，其將佔用更多的空間，使用更多的功率，並需要更多的AFM解決方案。花點時間來了解您的遠程數據中心，並絕對有必要投資於更新的數據中心設計。這意味着您將需要改進過道，機架甚至氣流設計。最重要的是，這也意味着使用融合和超融合基礎設施等新型服務器技術。這些類型的解決方案可以幫助節省空間，功耗，甚至成本。
3. 即使對於小型數據中心而言，氣流管理也是至關重要的。而不僅僅是涉及到氣流的冷卻，與省煤器以及更好的熱容器控制解決方案實現充分的兼容都是至關重要的。請不要以爲小型數據中心就不需要太多關注。在一個商業環境中，“緩慢就是新的下降”。所以，如果一處遠程數據中心開始出現延遲或緩慢的情況，這絕對會影響到其他業務。在遠程或分支數據中心內，您需要考慮環境變量。同樣，你數據中心可以只有一兩臺機架，但仍然務必需要確保其高效的運行。
隨着我們進入到嶄新的2018年，以後將會有越來越多的企業組織將依靠他們的數據中心服務取得業務運營上的成功。這意味着任何規模的企業組織都相當有必要投資於良好的技術來幫助您業務運營的順利進行。這其中很大一部分將會涉及到數據中心的分佈，以及您對所有數據中心進行控制和優化的能力。
擁有先進的技術，優秀的合作伙伴和經典的使用案例一起工作，對於確保您企業數據中心擁有最爲合適的解決方案是至關重要的。即使您企業擁有一處小型的遠程數據中心，也務必要知道您的工作人員正在如何實施操作運營，這對您企業的業務是至關重要的。這意味着您需要應用良好的SLA，以確保您的所有數據中心資源（或大或小）都能夠保持以最佳狀態運行。

後備電源的蓄电池监控与管理

儘管鋰離子電池科技正日益普及，閥控式鉛酸（VRLA）後備電源仍然在當今資料中心的UPS供電系統的應用更為廣泛。但是，必須採用一個適當的電池監控策略進行管理，以最大限度地延長其使用壽命，並確保在電池損壞之前檢測，並改善不利的環境或操作條件。

閥控式鉛酸（VRLA）蓄電池仍保持其主導地位，因為仍然被認為是大多數應用中最安全、最可靠、最具成本效益的科技。
然而，閥控式鉛酸（VRLA）蓄電池的可靠性取決於在合適的環境中運行，並在整個工作壽命期間正常工作。囙此，UPS供電系統的擁有者有必要構建一個電池監控系統，或聘請協力廠商（如UPS供應商）提供遠程電池監控服務。這將减少或消除UPS需要時電池失效的可能性，同時還優化了電池的使用壽命。
例如，行業廠商推出的產品可以提供基於網絡的服務，可以依次檢查每個電池的內部電阻、溫度，以及電壓。它能够通過調整電池組的充電電壓來校正單個電池在不同的充電時產生的均衡問題。適當的均衡可防止充電不足、硫酸鹽化，以及容量損失問題。
監測也提供了其他好處。通過發現過度充電，可以防止氣體洩露，乾燥，熱失控和腐蝕。電阻測試結果的趨勢可以提供受損或弱化電池組的預警。這樣可以及時更換電池組，從而改善整個電池系統的壽命。無論如何，通過將所有電池持續保持在理想的電壓範圍內，電壓實現均衡可將延長30%使用壽命，消除了不正確的充電電壓和電流而產生的負面影響。
監控系統通常會顯示電池狀態，並記錄電阻、溫度、電壓的任何變化。通過對使用者介面的持續監控和定期的報告生成，運營商可以優化電池效能和可靠性。電池監測的好處如下：
通過均充延長電池壽命。
監控並調節電池充電過程，避免充電不足。
找出電池出現故障前的問題。
單獨監控每個電池的狀態，包括溫度。

瞭解這些後備電源知識能提高機房供電可靠性

如果說：“後備電源是資料中心機房的生命線”，這句話一點也不誇張，因為離開了電我們的機房是連一分鐘也運行不了的，囙此要建一個好的機房，首先要將供配電解决好，而機房的供配電系統就是這基礎工程的心臟和大動脈，供配電系統的穩定，能够保障其它系統發揮作用和覈心業務正常運行，由此看出瞭解這些電源知識對機房供電的可靠性提高及其重要下麵瞭解一些專業知識：

如何提高機房供電可靠性
（1）第一步維護是關鍵
維護一家資料中心是一項複雜的任務，需要訓練有素的專業人員保持業務平穩運行。維護複雜的資料中心，最基本的原則是進行定期維護。就像我們都知道的汽車需要定期保養和維修一樣，例如，99.99%的時間，當您駕駛汽車時，你插入鑰匙，點火。我們幾乎總是把汽車是可靠的視為理所當然的，直到某天引擎突然無法正常啟動。
同樣，如果資料中心供電失去可靠性，其就會在運行時失敗，對於我們大多數人來說，汽車方便了我們每天的上班、上學及其他社會活動。在許多方面，車輛是日常生活必要。資料中心是企業的生命線，我們的社會媒體和金融機構必須依賴對資料中心的使用。我們必須向保證車輛正常駕駛一樣來保證資料中心的正常運營。
（2）後備電源設備需要維護和測試
所以，當我看到市電供應不足造成資料中心轉換交換機運行失敗，便覺得十分詫異。我不知道這些交換機的維修方案以及現場電力系統是怎樣的。維護和測試現場電力系統供電的可靠性是一個有機組成部分。資料中心管理人員難道不知道執行維護計畫的成本較之資料中心後備電源系統出現故障而損失的費用孰輕孰重？因停電中斷所導致的資料中心雇主或客戶的業務連續性受損而帶來的收入損失，如果其為託管服務，那每年的損失金額將數以百萬計。
資料中心停機可以大致與汽車故障相比，資料中心的維護和測試就類似於為你的汽車定期加油，這是一個簡單的任務而且相對便宜，但拖延著遲遲不加油也相當方便。這樣您的汽車和資料中心在現時以及未來幾天之類的運行狀況都是良好的。你很容易因為犯懶而遲遲不想進行維護。但一段時間後，發動機可能會出故障，這時您將需要耗資數千來修理或更換發動機，而不是僅僅支付30元至70元的油費。類比一下現場電源組件和停機相關的成本的關係吧。
沒有定期維護和測試程式，不管您的電源系統被評為一級還是四級，都有故障新增的可能性。很多時候，企業談論配電系統內的冗餘水准。沒有定期檢測和維護，所有的設備“可能”仍然要在需要時啟動。但是，僅僅“可能”就夠了嗎？汽車的備用輪胎也是多餘的，但大多數汽車都還是攜帶了備用輪胎。但是，如果備胎沒有氣呢？你能保證您的備用輪胎是可用的嗎？您最後一次檢查您的備胎是什麼時候呢？但維修在確保最大功率可靠性方面只能走這麼遠。傳統設備，或超過20年以上的設備，可正常工作沒有任何重大故障。然而，在採用相同的維修方案的條件下，舊設備比新設備更容易產生故障。
（3）購買新的還是保留舊設備？
在今天經濟大背景不景氣的情况下，很多企業沒有預算購買新設備。有一種方法可以保證在預算吃緊的情况下供電的可靠性。即現代化陞級設備。現代化的手段或改造，意味著利用新的組件陞級原有傳統的設備。這為IT和設館管理經理帶來了三大顯著的好處：處理成本低於更換整個系統的費用，花費更少的時間，以及最大限度地减少對業務連續性的破壞。
通常情况下，將現有的設備實施現代化陞級較之更換系統，將節省一半到三分之二的費用。當資本支出預算緊張時，現代化陞級意味著有更多的資金用於計算設備。總之，現代化陞級資料中心相當於給你的汽車進行大調整，提高供電可靠性。