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蓄电池在硕天UPS供电系统中的作用和意义

蓄电池在硕天UPS电源中已得到广泛的应用，其品种繁多，型号齐全，规格各异，但按其基本性质可以分为酸性电池和碱性电池两大类：

　　酸性电池：酸性电池的电解液一般是由稀硫酸(H2SO4)或者胶体硫酸构成，极板由铅Pb和过氧化铝PbO2构成，通过化学反应贮存电荷，起到电池储能的作用。

　　碱性电池：碱性电池的电解液一般是由氢氧化钾KOH或者氢氧化钠NaOH(烧碱)组成。极板由于电池的结构不同而各异。如镉镍电池正极板是氢氧化镍Ni(OH)3，负极板是镉Cd;铁镍电池的正极板是氢氧化镍Ni(OH)3，负极板是铁Fe;银锌电池的正极板是过氧化银Ag2O3，负极板是锌Zn。

　　在硕天UPS电源供电系统中，蓄电池大多采用免维护蓄电池。蓄电池在硕天UPS电源供电系统中的主要作用就是储存电能，一旦市电中断，由电池放电供给逆变器，由逆变器将电池释放出的直流电转变为正弦交流电，维持硕天UPS电源的电源输出，确保负载在一定的时间内正常用电。

　　在市电正常供电时，电池在整流-充电电路中储存电能，同时对直流电路起到平滑滤波的作用，并在逆变器发生过载时，起到缓冲器的作用。

　　而在日常工作中，人们往往片面地认为蓄电池是免维护的而不加重视。然而由于对蓄电池的不合理使用，产生了蓄电池的电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题，进而严重影响到供电系统的可靠性。有资料表明，蓄电池故障而引起硕天UPS电源主机故障或工作不正常的比例大约为60%。由此可见，加强对硕天UPS电源电池的正确使用与维护，对延长蓄电池的使用寿命，降低硕天UPS电源供电系统故障率，有着越来越重要的意义。

数据中心工作人员对于机房备用硕天UPS电源的重要性，应该了如指掌，配置机房的冗余设备还是有必要，毕竟有备无患是有实力机房的行为宗旨。但是虽然机房UPS主机的性能很重要，也不能忽略了对机房硕天UPS电源蓄电池的选择，因为蓄电池和硕天UPS电源是配套使用的。

　　那么硕天UPS电源蓄电池有哪些种类吗?各自的优缺点又有哪些?

　　IDC机房蓄电池

　　蓄电池是硕天UPS电源系统中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个硕天UPS电源系统的可靠程度，然而蓄电池却又是整个硕天UPS电源系统中平均无故障时间(MTBF)最短的一种器件。如果用户能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会大大缩短。

　　蓄电池的种类一般可分为阀控式密封铅酸蓄电池、胶体电池等。UPS要求所选用的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性。

　　机房硕天UPS电源蓄电池

　　1、阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)

　　因其体积较小、密封性能好、绝少维护而被广泛应用于各类硕天UPS电源中。VRLA防止电池内部电解液流动有两种技术方法:一种是将硫酸电解液与SiO2，胶体混合后充满电池内部，制成胶体电池(简称GEL)。这类产品产量较低，约占VRLA电池总量的15%!另一种是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住，制成吸液式电池或贫液式电池(简称AGM)。由于后者具有较好的大电流放电性能，在硕天UPS电源系统中较多采用，国内厂家也大多生产AGM蓄电池。

　　2、胶体电池

　　胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类，最简单的做法，是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液变为胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。广义而言，胶体电池与常规铅酸电池的区别不仅仅在于电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体，从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如在板栅中结附高分子材料，俗称陶瓷板栅，亦可视作胶体电池的应用特色。近期已有实验室在极板配方中添加一种靶向偶联剂，大大提高了极板活性物质的反应利用率，据非公开资料表明可达到70wh/kg的重量比能量水平，这些都是现阶段工业实践及有待工业化的胶体电池的应用范例。胶体电池与常规铅酸电池的区别，从最初理解的电解质胶凝，进一步发展至电解质基础结构的电化学特性研究，以及在板栅和活性物质中的应用推广。其最重要的特点为：用较小的工业代价，沿已有150年历史的铅酸电池工业路子制造出更优质的电池，其放电曲线平直，拐点高，比能量特别是比功率要比常规铅酸电池大20%!以上，寿命一般也比常规铅酸电池长一倍左右，高温及低温特性要好得多。

消费电子公司通常使用锂钴电池，该电池容量可达多个安培时，这些不间断电源系统均搭载矩形的锂锰电池。而其安装容量为60安培时，并搭载更长的使用寿命与多种程度的故障防护。有时个别模块，甚至个别电池需负责监控重要性能参数，如温度、电压和电流。有时电源机柜或甚至整部系统都可负责此监控流程。必须实施监控才能完全掌控充电与放电流程，避免发生临界加热与不可逆的化学程序。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)。拥有与铅酸电池相似的能量储存容量，而重量则是铅酸电池的三分之一不到，此优点有助于降低系统的总质量达60-80%。

　　近年来，数据中心因空间限制与更高效率营运的需求而皆以增加其功率密度为主要目标。更有效率的可用空间俨然是数据中心拥有者最重要的工作之一。体积小巧的锂电池能减少在不间断电源系统中的占用空间达50-80%。此类电池的充电时间更少且自行放电的速率更佳，当发生频繁的运行中断时可扮演重要的角色。闲置时，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，只有3至6年。而另一方面，锂电池则能持续使用约10年。根据不同的化学、技术与温度，锂电池的充电效率可长达5,000次生命周期且免维护，而铅酸电池的平均充电效率则只有700次生命周期。

　　锂电池的整体拥有成本为期10年(数据中心UPS的平均使用寿命)，相较之下铅酸电池少了39%。尽管此为乐观预估值，但至少能保证节省10%。锂电池唯一一个严重的缺点就是初期投资明显更高。这也是为何大型数据中心早已成为导入新型解决方案的先驱。此设施更重要的目的在于降低整体拥有成本，而非短期获利，即便在此情况下积少成多的节省成本仍相当可观。另外，小型电池的好处能更有效的利用可用空间，同时可靠的监控系统也能确保更优异的安全及稳定的性能。锂电池可在比VRLA更高温度下运行，而不会损失容量，并可降低冷却系统的负荷。当然，甚至还有配备锂电池的单相UPS。各种应用模型都是从最大数据中心开始、其次为工业应用，最后于小型服务器室或甚至个别机架结束。

　　方便更换

　　所有客户最后都会自问的最重要问题是：目前是否是将不间断电源系统升级为锂电池的适当时机?若要回答此问题，首先要考虑的是技术容量的可用性。新电池无法适用于所有UPS机型，因此可能需要重大的硬件与嵌入式软件升级。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。

　　在数据中心中一般硕天UPS电源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。在硕天UPS电源系统(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。

　　预测及展望

　　尽管由锂电池供电的硕天UPS电源系统能持续降低营运成本及整体拥有成本，但大部分的客户仍采用历经时间检验的VRLA解决方案。首先可通过使用锂电池只有长期优势的观点解释此现象。不过，这确实会大幅增加资金成本。在任何情况下，客户在创新的投资部分每年都持续成长且只涨不跌。对大型数据中心而言，节省的数量会十分庞大，因此锂电池供电系统将会在企业部门逐渐增加。锂离子化学也持续在进步中。新解决方案和技术将随时间出现，而锂电池的价格将进一步下降。

在大多数公司，通常都是由两个独立的部门负责数据中心的管理：IT部门和基础设施部门。IT部门负责监控数据中心的计算机基础设施与应用程序，该部门通常是向所在企业的首席信息官报告。

　　而基础设施部门则负责处理数据中心的能源和冷却方面的要求，该部门通常是向所在企业的首席运营官或负责公司不动产方面的副总裁报告。

　　长期以来，这种企业组织结构的划分已经成为大型企业的规范常态，但其往往会导致负责维持工作负载的人员与负责提供电力资源的人员之间的沟通不畅。

　　从历史上看，企业IT和基础设施部门之间的协商不充分并为对数据中心的可用性构成太大的危险。直到最近，即使是在最大型的数据中心，其工作负载和功耗要求也是较为适中的，其IT管理人员们可以安全地重新安置服务器和工作负载，而不会对电力或冷却系统带来太大的压力。

　　然而，今天的大规模的服务器基础架构正在变得越来越大、更为耗电、同时也就会散发更多的热量。此外，刀片式服务器和虚拟化的广泛采用——在简化管理，并提高服务器利用率的同时，也大大增加了计算密度和由此产生的热量——也进一步的加速了上述这些趋势。

　　而在今天，在没有咨询基础设施工程师的前提下，服务器的蔓延，数据中心的散热冷却，工作负载或硬件的迁移都可能导致电力设施的超负荷或HVAC系统的不堪重负，这可能反过来进一步降低关键系统的运行效率。

　　然而，不幸的是，虽然最近几年以来数据中心行业本身已经获得了相当显著的发展，但数据中心内部的企业组织结构却并没有。其内部的IT和基础设施部门仍然是两个相关独立的部门，且相互之间在重要的业务事项方面往往缺乏充分有效的沟通。

　　解决方案：为了尽可能的减少与电力相关的停机时间的发生，企业组织应该就IT管理人员和基础设施管理人员在对数据中心的实现修改时应该如何以及何时进行相互协商的程序建立明确且标准的文档记录。

　　为了进一步推动IT和基础设施部门之间的有效沟通，企业组织也应该考虑改变自己的组织结构图，使得IT和基础设施两个部门都向相同的CXO级的高管报告。这可以通过在两个部门之间设置一套通用的业务期望目标和共同的报告结构，使得IT和设施管理人员之间的互动变得更容易。

　　2、着眼于长期价值，而不是短期成本

　　在许多公司中，当涉及到数据中心的建设或改造翻新时，短期的投入成本和企业长远的价值二者之间的优先级别总是冲突的。企业的高级管理人员们通常都要督促负责数据中心建设的人员务必要尽可能的压低成本，缩短完工时间。

　　其结果是，在数据中心的建设项目中所涉及到的供应链参与者、工程师、承包商和项目经理们往往都是基于谁的报价最低、并承诺最快的设备交付，而做出设备的选择决定。

　　但是，真正负责运营数据中心的工作人员们则有着一套不同的优先级，他们往往更为看重公司的长期利益。最低报价的硬件确实能够在数据中心的初期建设方面节省成本。

　　但如果这一价格水平的设备其实并不符合原数据中心建筑设计定义的操作规范的话，随着时间的推移，其最终将以降低运营效率和正常运行时间的形式来让企业组织付出昂贵的代价。

　　解决方案：当对一处数据中心的建设或改造翻新项目进行审查和决策时，企业的关键执行人员务必应该仔细审查采购决策，确保一线的项目管理人员和承包商并没有以牺牲企业的长期利益为代价，来换取短期的成本压缩。他们也应该清楚明确地传达严格遵守数据中心原始设计操作规范的重要性，即使这意味着在施工过程中的花费会更多一点。

　　企业组织机构也需要为其数据中心设施建设的管理人员们设定目标，而不要过于把重点放在短期成本的降低压缩方面。为其采取了一套符合企业长远利益的、进而减少了对于数据中心设备寿命的可用性带来不利影响的采购方法而奖励其数据中心建设团队。

　　3、采用标准化设施的工作流程

　　现如今的IT部门正在越来越多地利用标准化的最佳实践框架，如信息技术基础设施库(ITIL®，参见www.itil-officialsite.com)来帮助他们提高他们的工作流程系统化。

　　ITIL是由英国政府在上世纪80年代提出的，其定义了特定的、有效的、可重复的方法来处理事件管理、服务台操作和其他常见的IT任务。那些遵循ITIL指南的企业组织机构大都充分享受到了更好的IT资产控制，进而使得他们能够更容易地诊断和解决IT故障。

　　不幸的是，一些企业的基础设施部门采用了严格、统一的维护流程，如那些由ITIL定义的流程，而不是依靠特设的程序和基础设施管理人员们所积累的专业知识。因此导致了数据中心电源和冷却系统的维护标准往往较低;或与IT系统不太一致，进而导致了停机时间的增加。

　　解决方案：虽然基础设施流程框架作为ITIL尚有待开发，但基础设施部门可以而且应该采取相应的措施，以制定他们自己的标准化、文档化的流程。

　　按照一致的，可重复的方式进行必要的活动，可以显着降低功率和冷却故障的可能性，同时提高基础设施技术人员的工作效率。

　　4、维护一个基础设施变更管理数据库

　　航空工程师和专业的维护人员们早就了解到了强有力的变更管理流程的重要性。在一架既定的飞机上对于其所进行的所有维护程序都保持一份全面和准确的文档记录，对于确保飞机的安全飞行是至关重要的。

　　此外，一旦发生事故，维修记录可以为在第一时间找出造成潜在的灾难性的系统故障的根本原因提供重要的线索。基于类似的原因，ITIL特别侧重于强调在一个全面变更管理数据库(CMDB)对于IT资源所有变化的仔细跟踪。

　　在CMDB中的信息可以帮助 IT员工们更有效的解决服务中断，而且在紧急情况下，对于确保对于重要数据的及时访问是至关重要的时候特别有价值。

　　然而，不幸的是，仅仅只有很少一部分的企业基础设施部门维护了一套CMDB。其结果是，关于其数据中心的不间断电源系统(UPS)或关于当前哪些服务器或其它相关负载正在被处理等等诸如此类的唯一记录都只存在于管理人员的头脑里。

　　而一旦这位管理人员离职或退休，这些宝贵的纪录便随之离开了，这无疑会使得数据中心被暴露在不必要的停机风险之下，同时电源/冷却设备受干扰后也将需要更长的恢复时间。

　　解决方案：企业数据中心的基础设施部门应建立并严格维护他们自己的CMDB。ITIL的指导方针为这一举措提供了一个有用的起点，企业组织也可以利用各种专门的CMDB软件应用程序。

　　5、评估电力系统组件时，要考虑易于维修性与可靠性等

　　人们经常会混淆了“可用性”和“可靠性”这两大概念。然而，事实上，这两个术语有相关的，但彼此又有着不同的含义。

　　可靠性——其是通过平均系统故障间隔时间(mean time between system failures，MTBF)来测量的，而其本身也是可用性的两大关键组成部分之一。另一大关键组成部分则是当发生故障失败时的平均修复间隔时间(Mean Time To Repair，MTTR)。

　　可用性的计算公式如下：可用性= MTBF /(MTBF + MTTR)

　　一台服务器、交换机或供电设备可能是高度可靠的，因为其很少出现运行中断停机;但却并不一定是高度可用的，因为其有着很高的平均修复间隔时间。然而，当评估系统的可用性时，IT部门往往完全忽视了维修时间。

　　为了搞清楚对于数据中心的这方面的可用性的疏忽或将导致的使得数据中心陷入的具体危险。我们可以假设一种情况：一家公司试图决定在其新的公司总部使用普通荧光灯泡与更复杂的LED照明系统之间做出选择。

　　该LED系统是高度可靠的，因为它很少遇到机械问题。而一旦发生问题时，如果备用的LED灯泡没有存放在本地库存或无法从本地供应商处及时获得，那么，更换这些灯泡将会是一个相当耗时的过程。

　　而另一方面，如果采用普通荧光灯的话，其MTBF大约是6000小时，这使得其可靠性显著降低。但是，更换普通荧光灯的过程通常是一个相当快速且成本相对便宜的过程，因为普通荧光灯是一款标准化的产品。

　　故而当兼顾考虑到了可靠性和平均修复时间之后，该公司决定采用普通荧光灯泡实际上可能为其提供较之LED系统更好的可用性。

　　同样的逻辑也适用于电力系统的基础设施组件。设计用于长时间无间断平稳运行的系统，如果对其进行修复是一个耗时的操作过程的话，那么其可能不会提供高可用性。

　　解决方案：当评估电力系统的组件时，企业组织应该寻找那些既有高度可靠性，又能够快速修复的产品。特别是，企业组织应该仔细研究一款既定电力系统的制造商对于其产品提供服务的速度和有效性。

　　该电力系统的制造商雇用了多少服务工程师，他们在哪里办公，以及当您企业的数据中心站点发生中断事故后，他们将如何迅速地到达现场?他们的服务支持是24/7全天候的吗?服务工程师们对于制造商的产品了解熟悉程度如何?

　　如果他们不能解决某个问题，他们是否有权限访问升级的资源呢?如果其制造商不能调度安排经过了严格培训的服务支持人员及时进行故障修复的话，那么即使最完善和最可靠的电力系统，最终可能只会有糟糕的可用性。

　　企业也应寻找那些具有冗余的，模块化设计的产品。

　　如果一款模块化产品在这种系统中发生故障，那么其他模块将会自动补偿，增加了父单元的MTBF。

　　此外，更换的模块往往会比传统的组件更容易获得，而且其过程通常也是很容易的，只需要一两名技术人员能够快速安装，往往无需制造商的协助。其结果是降低了MTTR，从而带来了更好的可用性。

　　二、旧数据中心电力节省有哪些策略

　　通过虚拟化整合，节省15%的能源

　　通过虚拟化技术整合服务器可以降低物理服务器的数量并节省能耗，但可能并没有你想象的那么多，这是为什么呢?一个原因是可能这些配置更高的服务器要比替换掉的那些消耗更多的电力，那么在一个服务器整合项目中，我们应该期待能节省多少电力呢?托管服务器上Terremark的副总裁Ben Stewart通过公司数据中心的一些案例得出，平均上，通过服务器整合项目，可以节省约15%的电力。

　　高密度部署会造成额外的花费

　　高密度部署服务器可以在每平方英尺上获得更高的性能，但是从长远来看这可能并不值。在比较大规模的部署中，高密度的机柜通常不是最好的解决方案，如果你的数据中心需要整体考量冗余、电源分配、制冷和空间等因素，因为采用高密度机柜可能会消耗光数据中心的供电和制冷能力，而留下很多空闲的空间，这是没有必要的。

　　高密度部署环境中，扩展服务器的时候很可能需要额外购买昂贵的制冷系统，所以按照数据中心的设计规格正常部署服务器，不要超过电力和制冷的负载上限，可以节省数据中心费用。

　　谈到制冷费用，可以有免费的午餐

　　一种新的数据中心的设计方法是选址于气温比较低的地方，比如太平洋西北部或加拿大，可以显著的降低甚至消除制冷费用。这些地方可以利用外部自然的冷空气降低数据中心温度，是很经济的一种方法。

　　这种“免费冷却”的技术可以应用“空气和空气”或者“空气和水”的热交换系统，让外部的冷空气进入到数据中心。

　　这种“免费制冷”方式的优点并不仅仅是绿色环保，对于数据中心运营成本的节省也是引人瞩目的。如美国富国银行三年前在明尼阿波利斯建立了采用“免费制冷”的数据中心，每年可以减少450,000美元的制冷成本。