Wie funktionieren USV-Batterien in Rechenzentren?

USV-Batterien Halten Sie Rechenzentren bei Stromausfällen am Laufen, indem Sie gespeicherte Energie an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) liefern, die kritische IT-Geräte kontinuierlich mit Strom versorgt. Diese sofortige Sicherung verhindert Stromunterbrechungen, während Generatoren starten oder Bediener eine kontrollierte Abschaltung vorbereiten.

Um ein Rechenzentrum online zu halten, ist jedoch mehr erforderlich als die Installation einer großen Batteriebank. Die USV muss Strom umwandeln, auf sich ändernde Lasten reagieren, die Batterieentladung verwalten und sich mit der Notstrominfrastruktur der Anlage koordinieren.

Das Verständnis, wie diese Komponenten zusammenarbeiten, hilft Rechenzentrumsbetreibern dabei, Batterietechnologien zu bewerten, die Backup-Laufzeit zu bestimmen und eine Batterielösung auszuwählen, die den Strombedarf ihrer Einrichtung erfüllt.

Wie USV-Batterien Rechenzentren bei einem Ausfall am Laufen halten

USV-Batterien speichern elektrische Energie und geben sie ab, wenn der eingehende Strom ausfällt. In einer Online-Doppelwandlungs-USV unterstützen die Batterien das Gleichstromsystem, während der Wechselrichter Server, Speichergeräte und Netzwerkinfrastruktur kontinuierlich mit Wechselstrom versorgt.

Diese Anordnung ermöglicht es der USV, die Leistung während eines Netzausfalls aufrechtzuerhalten, ohne auf den Start eines Standby-Generators warten zu müssen.

Der Prozess wird klarer, wenn er in drei Arbeitsschritte unterteilt wird.

Normaler Betrieb: Stromumwandlung und Batterieladung

Im Normalbetrieb gelangt der Strom über den Versorgungsanschluss und die Stromverteilungsinfrastruktur in das Rechenzentrum.

Bei einer Online-Doppelwandlungs-USV folgt die Leistung einem definierten Pfad:

Wechselstromversorgung → Gleichrichter → DC-Bus → Wechselrichter → Kritische IT-Ausrüstung

Der Gleichrichter wandelt eingehenden Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um. Der Gleichstrombus versorgt dann den Wechselrichter, der diese Energie wieder in geregelten Wechselstrom für die geschützten Geräte umwandelt.

Währenddessen hält das Batterieladesystem den erforderlichen Ladezustand aufrecht.

Der Akku muss nicht kontinuierlich entladen werden, solange Netzstrom verfügbar ist. Stattdessen hält die USV ihre Energiereserven für eine Unterbrechung bereit.

Dieses Design bietet zwei wichtige Funktionen. Die USV sorgt für eine kontrollierte Stromversorgung empfindlicher Geräte, während die Batterien weiterhin zur Unterstützung der Last zur Verfügung stehen, wenn der Strom ausfällt.

Einige USV-Systeme verfügen außerdem über einen automatischen statischen Bypass-Pfad für bestimmte Betriebsbedingungen oder Gerätefehler. Der Bypass-Betrieb unterscheidet sich vom normalen Doppelwandlungsbetrieb, da die Last möglicherweise über einen separaten Pfad mit Strom versorgt wird.

Stromausfall: Batterieentladung und Wechselrichterausgang

Bei einem Stromausfall kann der Gleichrichter seine normale Netzeinspeisung nicht mehr liefern. Das Batteriesystem unterstützt sofort den DC-Bus der USV.

Der Wechselrichter wandelt weiterhin Gleichstrom in Wechselstrom um, sodass angeschlossene Server und Netzwerkgeräte weiterhin mit Strom versorgt werden können.

Der Kraftpfad wird zu:

Batteriebank → DC-Bus → USV-Wechselrichter → Kritische IT-Ausrüstung

Bei einem ordnungsgemäß funktionierenden Online-Doppelwandlungssystem versorgt der Wechselrichter die Last bereits vor dem Ausfall. Folglich erfordert der Übergang zur Batterieenergie nicht, dass der Wechselrichter aus einem gestoppten Zustand startet.

Dies erklärt, warum Online-USV-Systeme häufig für geschäftskritische Anwendungen eingesetzt werden. Ihre Betriebsarchitektur unterstützt eine kontinuierliche Ausgabe, wenn die Eingabequelle ausfällt.

Allerdings folgt nicht jede USV dem gleichen Betriebskonzept. Standby- und Line-Interactive-USV-Systeme nutzen unterschiedliche Strompfade und können beim Umschalten auf Batteriebetrieb eine bestimmte Umschaltzeit haben.

Das erforderliche Leistungsschutzniveau eines Rechenzentrums hängt daher sowohl vom Batteriesystem als auch von der USV-Topologie ab.

Generatorübernahme und Batterieaufladung

USV-Batterien und Notstromgeneratoren übernehmen bei einem Stromausfall unterschiedliche Aufgaben.

Der Akku reagiert sofort. Nach dem Starten und Stabilisieren stellt der Generator eine alternative Stromquelle dar.

Ein typischer Ablauf sieht so aus:

1. Die Stromversorgung fällt aus und die USV-Batterien versorgen die geschützte Last.
2. Das Generatorsteuerungssystem der Anlage erkennt den Ausfall der Netzstromversorgung und leitet den Startvorgang ein.
3. Der Generator erreicht die erforderliche Betriebsspannung und Frequenz.
4. Die Übertragungsausrüstung verbindet die entsprechenden Anlagenlasten mit dem Generatorstrom.
5. Die USV kehrt zum unterstützten Normalbetrieb zurück und beginnt mit dem Aufladen ihrer Batterien im Rahmen des genehmigten Ladeprofils.

Die tatsächliche Reihenfolge hängt vom elektrischen Design der Anlage, den Generatorsteuerungen und der USV-Konfiguration ab.

Viele Rechenzentren verwenden Kurzzeitbatteriesysteme, da ihr Hauptzweck darin besteht, die Zeitspanne zwischen Netzausfall und Generatorbetrieb zu überbrücken.

Beispielsweise benötigt eine USV-Installation, die für einen 10-minütigen Backup-Anforderungsbedarf ausgelegt ist, genügend nutzbare Energie und Entladeleistung, um die geschützte Last über die angegebene Übergangszeit zu transportieren, einschließlich etwaiger erforderlicher technischer Spielräume.

Der Generator kann die Anlage dann über einen längeren Zeitraum unterstützen, abhängig von der Kraftstoffverfügbarkeit, der Gerätekapazität und den Betriebsbedingungen vor Ort.

USV und Generator bilden zusammen ein koordiniertes Stromschutzsystem.

Welche Arten von USV-Batterien werden in Rechenzentren verwendet?

Rechenzentren verwenden üblicherweise ventilgeregelte Blei-Säure-Batterien (VRLA) und Lithium-Ionen-Batterien für die USV-Notstromversorgung. Auch Nickel-Zink- und andere Batterietechnologien bedienen ausgewählte Anlagen.

Jede Technologie speichert Energie durch einen anderen elektrochemischen Prozess, der das Entladeverhalten, den Wartungsbedarf, die Betriebsdauer und die physische Installation beeinflusst.

Die richtige Batterie für das Rechenzentrum muss den Leistungs- und Laufzeitanforderungen der Einrichtung entsprechen und gleichzeitig zur USV-Ausrüstung passen.

VRLA-Blei-Säure-Batterien

VRLA-Batterien sind eine etablierte Technologie in USV-Installationen in Rechenzentren.

Sie verwenden bleibasierte Elektroden und einen immobilisierten Elektrolyten, typischerweise in absorbierter Glasmatten- (AGM) oder Gelausführung. Die interne Gasrekombination reduziert die routinemäßige Wartung des Elektrolyten im Vergleich zu herkömmlichen Blei-Säure-Batterien.

VRLA-Batteriebänke werden von den Anlagenteams weitgehend verstanden und durch etablierte USV-Installations- und Wartungspraktiken unterstützt.

Bei Rechenzentren mit bestehender Blei-Säure-Infrastruktur können diese Eigenschaften den laufenden Betrieb vereinfachen.

Eine weitere Entwicklung innerhalb der VRLA-Technologie ist Thin Plate Pure Lead (TPPL).

TPPL-Batterien verwenden dünne Bleiplatten aus hochreinem Blei, wodurch die verfügbare Elektrodenoberfläche vergrößert und eine schnelle Leistungsabgabe unterstützt wird.

Das Design kann je nach Batteriekonstruktion und Betriebsbedingungen auch den Innenwiderstand reduzieren und günstige Ladeeigenschaften unterstützen.

Diese Eigenschaften sind besonders relevant für Kurzzeit-USV-Anwendungen, bei denen Batterien über einen kurzen Zeitraum eine beträchtliche Leistung liefern müssen.

Die Betriebsumgebung ist immer noch wichtig. Umgebungstemperatur, Ladebedingungen, Entladehäufigkeit und Batteriealter beeinflussen alle die Langzeitleistung.

Da Rechenzentren Computerausrüstung mit höherer Dichte einsetzen, müssen Batteriewartungsprogramme sich ändernde thermische Bedingungen und elektrische Belastungen berücksichtigen, anstatt sich nur auf historische Austauschintervalle zu verlassen.

Lithium-Ionen- und LiFePO4-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien speichern und geben Energie ab, indem sie beim Laden und Entladen Lithiumionen zwischen ihren positiven und negativen Elektroden bewegen.

Im Vergleich zu vielen herkömmlichen Blei-Säure-Designs bietet die Lithium-Ionen-Technologie eine höhere Energiedichte und kann bei geeigneten Betriebsbedingungen eine längere Lebensdauer ermöglichen.

Für Rechenzentren können diese Eigenschaften zu mehr nutzbarem Geräteraum, weniger geplanten Batteriewechseln und umfangreichen Batterieüberwachungsfunktionen führen.

Lithiumeisenphosphat (LiFePO4 oder LFP) ist eine Lithium-Ionen-Chemie, die in stationären Energiespeicher- und Backup-Anwendungen verwendet wird.

LiFePO4-Batterien kombinieren eine relativ stabile Kathodenchemie mit wiederaufladbarer Energiespeicher- und Batteriemanagementelektronik.

Ein ordnungsgemäß konzipiertes LiFePO4-Batteriesystem kann die Spannung, den Strom und die Temperatur der Zellen überwachen und gleichzeitig das Laden und Entladen innerhalb der angegebenen Grenzen steuern.

Diese integrierte Überwachung hilft den Anlagenteams, die Betriebsbedingungen der Batterie zu verstehen, anstatt sich ausschließlich auf die Gesamtspannung eines Batteriestrangs zu verlassen.

Lithiumbasierte USV-Batterien können je nach individueller Nennleistung auch kontrollierte Ladeprofile und wiederholte Entladevorgänge unterstützen.

Für Einrichtungen, die langfristige Betriebskosten bewerten, umfasst der relevante Vergleich die erwartete Lebensdauer, Ersatzplanung, Überwachung, Installationsanforderungen und die Gesamtbetriebskosten.

Nickel-Zink und andere USV-Batteriechemien

Nickel-Zink-Batterien sind eine weitere Technologie, die in ausgewählten USV-Installationen in Rechenzentren eingesetzt wird.

Ihr elektrochemisches Design unterstützt eine Hochleistungsentladung und macht sie für Anwendungen relevant, bei denen über einen relativ kurzen Zeitraum eine erhebliche Leistung geliefert werden muss.

Für kompatible Rechenzentrumssysteme sind handelsübliche Nickel-Zink-USV-Batterieschränke erhältlich.

Nickel-Cadmium-Batterien kommen auch in speziellen stationären Energieanwendungen zum Einsatz, insbesondere dort, wo bestimmte Umgebungs- oder Betriebsanforderungen die Batterieauswahl beeinflussen.

Obwohl diese Technologien unterschiedliche Rollen erfüllen, bleibt die zentrale technische Anforderung dieselbe: Die Batteriebank muss den erforderlichen Gleichstrom für die erforderliche Dauer liefern und dabei innerhalb der elektrischen Grenzen des USV-Systems arbeiten.

MANLY-Batterielösungen für die USV-Notstromversorgung von Rechenzentren

MANLY Batteriehersteller LiFePO4-TeigY-Systeme für Notstrom-, Telekommunikations- und industrielle Energiespeicheranwendungen.

Als Batteriehersteller und Batterielieferant unterstützen wir kundenspezifische Anforderungen in Bezug auf Batteriespannung, Kapazität, physische Konfiguration und Batteriemanagementfunktionen.

Für Rechenzentrumsbetreiber hängt das geeignete Batteriedesign von der elektrischen Architektur und den zu schützenden Geräten ab. Hochspannungs-USV-Systeme, Netzwerkinfrastruktur und Edge-Computing-Installationen können unterschiedliche Batteriekonfigurationen erfordern.

Die folgenden MANLY Battery-Produkte veranschaulichen diese Anwendungsbereiche.

MLP30000U 307,2 V 100 Ah: Stromversorgungssystem für Rechenzentren

Kernspezifikationen: 307,2V Nennspannung | 100Ah Nennkapazität | Ungefähr 30 kWh Batteriesystem | 350,4 V maximale Ladespannung

MANLY Battery MLP30000U Rechenzentrums-Stromversorgungssystem ist auf die Hochspannungs-Gleichstromanforderungen ausgelegt, die mit Notstromanwendungen in Rechenzentren verbunden sind. Seine 307,2-V-Konfiguration bietet eine andere elektrische Architektur als Telekommunikationsbatterien mit niedrigerer Spannung, was es für Projekte zur Bewertung von Batteriebänken mit höherer Spannung relevant macht. Das System kombiniert vier 7,68-kWh-Batterieeinheiten mit Montage- und Anschlusskomponenten und stellt ca. 30,72 kWh nominell gespeicherte Energie bereit. Diese Konfiguration bietet Ingenieuren einen definierten Ausgangspunkt für die Beurteilung der Batteriekapazität, der Betriebsspannung und der physischen Integration. Seine Anwendung ist besonders relevant, wenn Anlagenplaner ein speziell für Rechenzentren entwickeltes Batteriesystem anstelle einer Sammlung kleinerer Allzweckbatterien benötigen. Die endgültige Entladefähigkeit und die USV-Kompatibilität müssen anhand der technischen Anforderungen der vorgesehenen Ausrüstung ermittelt werden.

MLP48100 51,2 V 100 Ah: Rack-Montagebatterie für Netzwerkinfrastruktur

Kernspezifikationen: 51,2V Nennspannung | 100Ah Kapazität | 5,12kWh Nennenergie | 58,4 V maximale Ladespannung

MANLY Batterie MLP48100 Telekommunikationsbatterie konzentriert sich auf den Notstrombedarf der Kommunikations- und Netzwerkinfrastruktur. Sein LiFePO4-Design für die Rackmontage liefert 5,12 kWh Nennenergie in einer Batteriekonfiguration der 48-V-Klasse und unterstützt Anwendungen wie Netzwerkzugangsgeräte, Kommunikationssysteme und zugehörige Backup-Installationen. Das integrierte Batteriemanagementsystem bietet Schutzfunktionen, während das integrierte Moduldesign einen praktischen Rack-basierten Installations- und Wartungszugang unterstützt. Für Rechenzentren, die verteilte Kommunikationsgeräte oder kompatible Niederspannungs-Backup-Systeme betreiben, bietet diese Batterie eine definierte Kombination aus Energiekapazität, Rack-Integration und LiFePO4-Technologie. MANLY Battery unterstützt auch die Anpassung von Spannung, Kapazität und physikalischen Abmessungen für Projekte mit spezifischen Installationsanforderungen.

51,2 V 50 Ah Telekommunikationsbatterie: Edge Data Center Backup

Kernspezifikationen: 51,2V Nennspannung | 50Ah Kapazität | 2,56 kWh Nennenergie | 50A maximaler Dauerentladestrom | RS485/CAN-Kommunikation

MANLY-Batterie 48V 50Ah Lithium-Ionen-Telekommunikationsbatterie basiert auf einer kompakten, rackbasierten Kommunikationssicherung. Aufgrund seiner Nennkapazität von 2,56 kWh und des Metallgehäuses eignet es sich für Netzwerkschränke, entfernte Telekommunikationsinstallationen und Edge-Infrastrukturen mit definierten Stromanforderungen. RS485- und CAN-Kommunikationsschnittstellen bieten eine Grundlage für die Integration von Batteriebetriebsinformationen in kompatible Überwachungs- und Steuerungsgeräte. Die angegebene Dauerentladungsleistung von 50 A ist eine besonders nützliche technische Referenz, da sie dabei hilft, festzustellen, ob das Modul den erforderlichen Strombedarf decken kann, anstatt sich nur auf die Kapazität zu verlassen. Für verteilte Netzwerkstandorte bietet die Kombination aus kompakter Installation, Batterieschutzfunktionen und Kommunikationsfähigkeit eine praktische Grundlage für die Gestaltung eines standortspezifischen Backup-Systems.

Diese Konfigurationen zeigen, wie unterschiedliche Batteriedesigns unterschiedliche Infrastrukturanforderungen erfüllen.

Ein Rechenzentrumsbetreiber, der eine geeignete Batterie auswählt, sollte mit den USV-Eingangsspezifikationen, der erforderlichen Entladeleistung, der Ziellaufzeit und der Überwachungsarchitektur beginnen. Unser Ingenieurteam kann dann die elektrischen Anforderungen überprüfen und die für das Projekt erforderliche Batteriekonfiguration besprechen.

Wie lange können USV-Batterien ein Rechenzentrum mit Strom versorgen?

Abhängig von der geschützten Last und dem Design des Batteriesystems können USV-Batterien ein Rechenzentrum mehrere Minuten oder länger unterstützen.

Viele Anlagen mit Generatorunterstützung verwenden Batterielaufzeiten, die in Minuten gemessen werden, da die Batterien in erster Linie den Übergang zur Standby-Stromerzeugung unterstützen.

Andere Installationen erfordern längere Sicherungszeiträume für die Netzwerkkontinuität, Betriebsabläufe oder ein kontrolliertes Herunterfahren.

Es gibt keine universelle Laufzeit, die für jede Rechenzentrumsbatterie gilt.

Kritische Last, Batteriekapazität und Laufzeit

Die Batterielaufzeit hängt davon ab, wie viel Energie das geschützte Gerät verbraucht und wie viel nutzbare Energie das Batteriesystem liefern kann.

Drei Messungen sind besonders wichtig:

• Kilowatt (kW): Die tatsächlich von der geschützten Last benötigte Leistung.
• Kilowattstunden (kWh): Die Menge der gespeicherten oder abgegebenen elektrischen Energie.
• Kilovoltampere (kVA): Die für USV-Geräte verwendete Scheinleistung.

Batterieenergie und USV-Stromkapazität hängen zusammen, messen jedoch unterschiedliche Dinge.

Für eine vorläufige Schätzung:

Erforderliche Wechselstromenergie (kWh) = Geschützte Last (kW) × Laufzeit (Stunden)

Stellen Sie sich eine beispielhafte Installation vor, die eine konstante 30-kW-Last für 10 Minuten schützt.

Die benötigte Wechselstromenergie beträgt:

30 kW × (10 ÷ 60) = 5 kWh

Das bedeutet, dass die angeschlossenen Geräte in diesem Zeitraum 5 kWh gelieferte Wechselstromenergie benötigen.

Wenn der USV-Wechselrichter während der Batterieentladung mit einem angenommenen Wirkungsgrad von 95% arbeitet, beträgt der theoretische Energiebedarf der Batterie:

5 kWh ÷ 0,95 ≈ 5,26 kWh

Dies ist eine illustrative Berechnung und keine getestete Laufzeit für ein MANLY-Batterieprodukt.

Ein praktisches Design muss auch den nutzbaren Ladezustand, Spannungsgrenzen, Batteriealterung, Temperatur, Reservemarge und die gewählte Entladerate berücksichtigen.

Diese zusätzlichen Bedingungen bestimmen die tatsächlich benötigte Batteriekapazität.

Warum die Batterieleistung genauso wichtig ist wie kWh

Eine Batterie kann ausreichend Energie speichern, ist aber dennoch nicht in der Lage, die erforderliche Leistung mit der erforderlichen Entladerate zu liefern.

Diese Unterscheidung ist besonders wichtig bei USV-Anwendungen in Rechenzentren.

Eine USV behält im Batteriebetrieb häufig eine nahezu konstante Ausgangsleistung bei. Da die Batteriespannung während des Entladens abnimmt, muss das System möglicherweise mehr Strom ziehen, um die gleiche Leistungsabgabe aufrechtzuerhalten.

Höhere Ströme erhöhen die Anforderungen an Zellen, Verkabelung, Schütze, Sicherungen und Batteriemanagementsystem.

Aus diesem Grund müssen Ingenieure sowohl die Energiekapazität als auch die Leistungsfähigkeit untersuchen.

Batteriespezifikationen wie maximaler Dauerentladestrom, zulässiger Spitzenstrom und minimale Betriebsspannung helfen bei der Ermittlung der verfügbaren Leistung.

C-Rate bietet eine andere Möglichkeit, die Batterieladung zu beschreiben.

Beispielsweise arbeitet eine 100-Ah-Batterie mit 100 A bei einer Nennentladungsrate von 1 °C. Die Bereitstellung von 200 A bei gleicher Kapazität entspricht 2 C.

Diese Werte beschreiben die Entladungsintensität. Sie garantieren nicht, dass eine bestimmte Batterie den angegebenen Strom unterstützt oder dass die Batterie diesen über einen Zeitraum einer vollständigen Entladung aufrechterhalten kann.

Kurzzeit-USV-Designs profitieren auch von den vom Hersteller bereitgestellten Entladedaten mit konstanter Leistung, die die verfügbare Ausgangsleistung mit einer definierten Betriebszeit und Endspannung in Beziehung setzen.

Ein Batterielieferant sollte dem USV-Integrator genügend technische Informationen zur Verfügung stellen, um diese Anforderungen beurteilen zu können.

Eine ausführlichere Erklärung finden Sie in unserem C-Rate-Leitfaden für USV-Batterien im Rechenzentrum.

Generatorstart, Übertragungszeit und Abschaltspielraum

Die erforderliche Backup-Dauer sollte widerspiegeln, was passiert, wenn die Stromversorgung ausfällt.

Eine von einem Generator unterstützte Anlage benötigt ausreichend Batterielaufzeit, um den Generatorstart, die Stabilisierung, die Lastübertragung und eine angemessene Betriebsspanne abzudecken.

Beim Entwurf sollte auch die Möglichkeit eines verzögerten Starts oder einer fehlgeschlagenen Übertragung berücksichtigt werden.

Anlagen ohne geeigneten Generator benötigen möglicherweise zusätzliche Laufzeit, um kritische Netzwerkdienste zu unterstützen oder eine kontrollierte Abschaltung durchzuführen.

Beispielsweise kann ein Edge-Computing-Standort auf Batterie-Backup angewiesen sein, um die Kommunikation aufrechtzuerhalten, während die Ausrüstung einer automatischen Abschaltsequenz folgt.

In einer größeren Anlage werden USV-Batterien möglicherweise hauptsächlich zur Überbrückung des Übergangs zwischen Netz- und Generatorstrom eingesetzt.

Diese Anwendungen stellen unterschiedliche Anforderungen an die Batteriekapazität und Entladeleistung.

Eine Erhöhung der Energiekapazität kann die Laufzeit verlängern, das Hinzufügen von Batteriemodulen führt jedoch nicht automatisch zu einer Erhöhung der Nennausgangsleistung der USV-Ausrüstung.

Die komplette Batterielösung muss daher sowohl auf die erwartete Lebensdauer als auch auf die maximal geschützte Last ausgelegt sein.

Wie werden die Batterien von Rechenzentren überwacht und gewartet?

Ein zuverlässiger USV-Batteriebetrieb erfordert eine kontinuierliche Überwachung, geplante Wartung und die Überprüfung, ob das installierte System die erforderliche Backup-Leistung erbringen kann.

Eine Batteriebank kann zwar über längere Zeiträume voll aufgeladen bleiben, ihre Einsatzbereitschaft hängt jedoch vom Zellenzustand, den elektrischen Anschlüssen, der Umgebungstemperatur und dem Betrieb des Steuerungssystems ab.

Die Überwachung bietet Einblick in diese Bedingungen, bevor es zu einer Stromunterbrechung kommt.

Batteriemanagementsysteme und Echtzeitüberwachung

Ein Batteriemanagementsystem (BMS) misst und steuert wichtige Betriebsbedingungen innerhalb eines Batteriesatzes.

In LiFePO4-Systemen umfassen diese Funktionen üblicherweise:

• Überwachung der Batteriespannung und der einzelnen Zellenspannungen.
• Messung des Lade- und Entladestroms.
• Überwachung der Batterie- und Zellentemperaturen.
• Betriebsgrenzen und Schutzreaktionen verwalten.
• Unterstützt den Zellausgleich.
• Meldung des Batteriestatus und Fehlerinformationen.

Das BMS trägt zum Schutz der Batterie bei, wenn die elektrischen oder thermischen Bedingungen außerhalb der konfigurierten Grenzen liegen.

Für den Rechenzentrumsbetrieb werden Überwachungsinformationen besonders wertvoll, wenn sie mit der umfassenderen Überwachungsinfrastruktur der Einrichtung verbunden werden.

Über kompatible Kommunikationsschnittstellen können Batteriebetriebsinformationen an externe Steuerungen oder Überwachungssysteme übermittelt werden.

Dies ermöglicht es dem Bediener, den Batteriezustand zu verfolgen, Alarme zu überprüfen und die Wartung mit anderen elektrischen Geräten zu koordinieren.

Ein BMS ist nicht dasselbe wie der USV-Controller. Die beiden Systeme erfüllen komplementäre Funktionen und müssen entsprechend kommunizieren, wenn die ausgewählte Architektur eine koordinierte Steuerung erfordert.

Batterieprüfung, Wartung und Austausch

Ein Wartungsprogramm sollte bestätigen, dass USV-Batterien weiterhin ihre erforderliche Leistung erbringen können, und nicht nur, dass sie eine normale Ladespannung aufweisen.

Zu den nützlichen Aktivitäten gehören die Überprüfung von Batteriealarmen, die Überprüfung von Anschlüssen, die Überwachung der Temperatur, die Aufzeichnung elektrischer Messungen und die Durchführung genehmigter Kapazitäts- oder Laufzeittests.

Die Wartungsanforderungen unterscheiden sich je nach Batteriechemie.

Stationäre VRLA-Installationen können IEEE 1188-2025 als Referenz für Wartungs-, Test- und Austauschpraktiken verwenden.

Lithium-Ionen-Installationen basieren auf batteriespezifischen Herstelleranweisungen, BMS-Informationen und genehmigten Systemtestverfahren.

Bei der Interpretation der Überwachungsergebnisse ist die Batteriealterung besonders wichtig.

Die Kapazität kann mit der Zeit abnehmen und die Betriebsbedingungen können Einfluss darauf haben, wie schnell dieser Rückgang eintritt.

Erhöhte Temperaturen, Ladeverhalten, Entladeereignisse und das Betriebsprofil beeinflussen alle die langfristige Batterieleistung.

Auch moderne Rechenzentren sind mit veränderten Anforderungen konfrontiert, da KI-Computing und Infrastruktur mit hoher Dichte die elektrische Belastung erhöhen und sich auf Kühlstrategien auswirken.

Daher sollten Betreiber prüfen, ob historische Wartungspläne noch zur aktuellen Umgebung des Batteriesystems passen.

Ein nützliches Wartungsprotokoll verknüpft den gemessenen Batteriezustand mit der tatsächlich von der Anlage benötigten Laufzeit.

Für detailliertere Vorgehensweisen konsultieren Sie bitte unsere Checkliste für die Wartung der USV-Batterie im Rechenzentrum.

Redundanz und Reaktion auf Batterieausfall

Rechenzentren verfügen häufig über Redundanz, sodass kritische Geräte geschützt bleiben, wenn eine Leistungskomponente gewartet werden muss oder ein Fehler auftritt.

Zu den gängigen elektrischen Designkonzepten gehören N-, N+1- und 2N-Konfigurationen.

Ein N-Design bietet die erforderliche Kapazität, um die vorgesehene Last zu tragen.

N+1 fügt über die Mindestanforderung hinaus redundante Kapazität hinzu, während 2N im Allgemeinen zwei unabhängige Kapazitätspfade umfasst, die jeweils für die erforderliche Last ausgelegt sind.

Der tatsächlich bereitgestellte Schutz hängt von der gesamten elektrischen Architektur ab, einschließlich USV-Modulen, Verteilungspfaden, Batteriesystemen, Schaltgeräten und angeschlossenen IT-Stromversorgungen.

Die Batterieüberwachung trägt zu dieser Architektur bei, indem sie abnormale Betriebsbedingungen erkennt und Fehler meldet.

Allerdings muss die Redundanz auf Systemebene bewertet werden. Durch die alleinige Erweiterung der Batteriekapazität entsteht nicht zwangsläufig ein unabhängiger redundanter Strompfad.

Für Betreiber besteht das Ziel darin, auch dann ausreichend Strom zur Verfügung zu stellen, wenn Wartungs- oder Geräteereignisse einzelne Komponenten betreffen.

Was sollten Sie prüfen, bevor Sie eine Rechenzentrumsbatterie in eine USV integrieren?

Eine Rechenzentrumsbatterie muss elektrisch zum USV-System passen, unter den erforderlichen Umgebungsbedingungen funktionieren und die für ihre Installation geltenden Sicherheitsanforderungen erfüllen.

Nennspannung und Energiekapazität sind nützliche Ausgangspunkte, sie begründen jedoch keine vollständige Kompatibilität.

Der USV-Hersteller, der Batteriehersteller und der Systemintegrator sollten die endgültige Konfiguration vor der Inbetriebnahme bestätigen.

USV-Spannung, Ladung und BMS-Kompatibilität

Die Batterieintegration beginnt mit den DC-Eingangsanforderungen der USV.

Die Nennspannung der Batterie muss mit der USV-Architektur übereinstimmen, aber der volle Betriebsspannungsbereich der Batterie ist ebenso wichtig.

Ladespannung, Entladeschlussspannung und Stromgrenzen müssen ebenfalls kompatibel sein.

Bei LiFePO4-Systemen muss die Ladeausrüstung einem genehmigten Ladeprofil folgen. Das Batteriemanagementsystem muss die erforderlichen Entladebedingungen und ggf. erforderliche Kommunikations- oder Steuerungsfunktionen unterstützen.

Beispielsweise ist die MANLY-Batterie MLP48100 auf eine Nennspannung von 51,2 V ausgelegt, während die MLP30000U eine Nennsystemspannung von 307,2 V verwendet.

Diese Spezifikationen beziehen sich auf unterschiedliche elektrische Konfigurationen und sollten anhand der beabsichtigten USV-DC-Architektur bewertet werden.

Weitere Überlegungen umfassen Kabeldimensionierung, Schutzvorrichtungen, Batterieisolierung, Installationslayout und die erforderliche Kommunikationsschnittstelle.

Eine maßgeschneiderte Batterielösung kann entsprechend den spezifischen Projektanforderungen entworfen werden, die Kompatibilität muss jedoch durch eine dokumentierte technische Überprüfung und entsprechende Systemtests sichergestellt werden.

US-amerikanische Batteriesicherheitsstandards und Brandschutz

Batterieinstallationen in Rechenzentren in den Vereinigten Staaten können mehreren Sicherheitsstandards für Geräte und geltenden Brandschutz- oder Elektrovorschriften unterliegen.

Die geltenden Anforderungen hängen von der Batteriechemie, der Installationskapazität, der Gerätekonfiguration und der örtlichen Gerichtsbarkeit ab.

Wichtige Referenzen sind:

• UL 1778: Sicherheitsanforderungen für Geräte zur unterbrechungsfreien Stromversorgung.
• UL 1973: Sicherheitsanforderungen für Batterien, die in stationären und bestimmten Hilfsenergieanwendungen verwendet werden.
• UL 9540A: Eine Testmethode zur Bewertung der thermisch außer Kontrolle geratenen Brandausbreitung in Batterie-Energiespeichersystemen.
• NFPA 855: Anforderungen, die sich mit Gefahren im Zusammenhang mit stationären Energiespeichersystemen befassen, sofern diese auf die Anlage anwendbar sind.

Diese Referenzen dienen unterschiedlichen Zwecken. Ein abgeschlossener UL 9540A-Test ist nicht gleichbedeutend mit einer allgemeinen Produktzertifizierung.

Ebenso bedeutet die Aussage eines Herstellers, dass seine Batterien eine bestimmte Chemie verwenden, nicht, dass jede Batteriekonfiguration nach einem bestimmten Standard zertifiziert wurde.

Bei einem US-amerikanischen Rechenzentrumsprojekt sollten Ingenieure die für die genaue Ausrüstung und Installation erforderliche Dokumentation überprüfen, einschließlich aller Anforderungen, die von der zuständigen örtlichen Behörde auferlegt werden.

Diese Überprüfung unterstützt die sichere elektrische Integration und hilft Betreibern bei der Planung geeigneter Brandschutz- und Notfallmaßnahmen.

Rack-Platz-, Kühlungs- und Installationsanforderungen

Die Auswahl der Batterie wirkt sich auch auf die physische Gestaltung des Rechenzentrums aus.

Der erforderliche Rack-Platz, die Gehäuseanordnung, die Zugangsfreiräume und die Kühlbedingungen hängen vom Batteriesystem und seiner elektrischen Konfiguration ab.

Rackmontierte Module können die ordnungsgemäße Integration von Geräten in die Kommunikations- und Netzwerkinfrastruktur unterstützen.

Größere Batteriesysteme erfordern möglicherweise spezielle Schränke, elektrische Schutzausrüstung und einen geplanten Wartungszugang.

Besondere Aufmerksamkeit verdient das Temperaturmanagement.

Die Leistung und Lebensdauer der Batterie hängt von der Betriebsumgebung ab, während das Laden und Entladen innerhalb der angegebenen Temperaturgrenzen bleiben muss.

Die Gerätedichte kann auch den Luftstrom und die Anordnung der unterstützenden elektrischen Infrastruktur beeinflussen.

Bei Projekten, die High-Density-Computing oder die Erweiterung von Anlagen beinhalten, sollten diese Faktoren neben der nominalen Batteriekapazität berücksichtigt werden.

MANLY Battery unterstützt OEM- und ODM-Anpassungen für Spannung, Kapazität, Abmessungen und damit verbundene Anforderungen an die Batteriekonfiguration.

Durch die direkte Zusammenarbeit mit einem Batteriehersteller können Projektteams ihre elektrischen und Installationsanforderungen definieren, bevor sie die endgültige Batteriebaugruppe auswählen.

Häufig gestellte Fragen

Kann eine USV-Batterie ein ganzes Rechenzentrum mit Strom versorgen?

Ein USV-Batteriesystem unterstützt normalerweise die an seine geschützte Stromverteilungsarchitektur angeschlossenen Lasten, anstatt jedes elektrische Gerät in der Anlage automatisch zu versorgen. Zu diesen Lasten können Server, Netzwerkgeräte, Speicherinfrastruktur und ausgewählte kritische Steuerungen gehören.

Die tatsächliche Abdeckung hängt vom USV-Design und dem Stromverteilungssystem ab. Betreiber von Rechenzentren sollten ermitteln, welche Lasten eine unterbrechungsfreie Stromversorgung benötigen, und die Batteriekapazität entsprechend diesen Anforderungen berechnen. Andere Anlagenlasten können durch separate USV-Systeme oder Standby-Stromerzeugung unterstützt werden.

Was passiert, wenn der Backup-Generator nicht startet?

Wenn ein Standby-Generator nicht startet, kann die USV weiterhin mit Batteriestrom betrieben werden, bis die verfügbare Batterieenergie oder eine andere Betriebsgrenze des Systems erreicht ist. Die verbleibende Laufzeit hängt von der geschützten Last und dem Zustand der Batteriebank ab.

Zur Bewältigung dieser Situation können Anlagen redundante Generatoren, alternative Stromeinspeisungen und automatische Abschaltverfahren nutzen. Die erforderliche Batteriereserve sollte die Wiederherstellungsstrategie des Standorts widerspiegeln und ausreichend Zeit für entsprechende Alarme und kontrollierte Maßnahmen umfassen.

Wie lange dauert das Aufladen der USV-Batterien im Rechenzentrum?

Die Ladezeit der USV-Batterie hängt von der Batteriechemie, der Entladetiefe, der Ladegerätkapazität, den Ladestromgrenzen und den Temperaturbedingungen ab. Bei einer Kurzentladung muss im Allgemeinen weniger Energie nachgefüllt werden als bei einer Tiefentladung. Das Ladeprofil bestimmt jedoch auch, wie schnell die Batterie wieder ihren Zielladezustand erreichen kann.

LiFePO4-Systeme nutzen kontrollierte Ladeparameter, die vom Ladegerät und der Batterieschutzelektronik verwaltet werden. Bei wiederholten Stromausfällen sollten Betreiber neben der Entladeleistung auch die Wiederaufladefähigkeit bewerten, um sicherzustellen, dass sie für das nächste Ereignis bereit sind.

Was ist der Unterschied zwischen einer USV-Batterie und einer normalen Backup-Batterie?

Eine USV-Batterie wird ausgewählt, um die elektrischen und betrieblichen Anforderungen eines bestimmten unterbrechungsfreien Stromversorgungssystems zu erfüllen. Abhängig von der Installation kann dies hohe Entladeströme, definierte DC-Spannungsbereiche, schnelle Reaktion und die Integration mit Überwachungsgeräten umfassen.

Eine Allzweck-Backupbatterie kann ebenfalls elektrische Energie speichern, ihre Nennkapazität begründet jedoch nicht die USV-Eignung. Die Entladewerte, Ladeanforderungen, Betriebsgrenzen und Systemkompatibilität der Batterie müssen mit der beabsichtigten Anwendung übereinstimmen.

Können LiFePO4-Batterien mit vorhandenen USV-Systemen für Rechenzentren verwendet werden?

LiFePO4-Batterien können in kompatible USV-Systeme integriert werden, wenn elektrische Anforderungen, Ladeverhalten, Schutzfunktionen und Steuerschnittstellen richtig aufeinander abgestimmt sind. Die Kompatibilität hängt von der spezifischen USV- und Batteriekonfiguration ab und nicht nur davon, dass beide Geräte eine ähnliche Nennspannung verwenden.

MANLY Battery bietet konfigurierbare LiFePO4-Batterieprodukte für Industrie- und Kommunikations-Backup-Anwendungen. Für eine bestehende USV-Installation kann unser Team die erforderliche Spannung, Kapazität, Entladestrom und Kommunikationsspezifikationen überprüfen, um eine geeignete Batteriekonfiguration für die technische Bewertung zu ermitteln.

Abschluss

USV-Batterien erfüllen in Rechenzentren einen bestimmten Zweck: Sie liefern bei einem Stromausfall sofort Notstrom und halten geschützte Geräte in Betrieb, während eine andere Stromquelle übernimmt.

Ihre Wirksamkeit hängt nicht nur von der gespeicherten Energie ab. Die USV-Architektur, die Entladeleistung, die Betriebsspannung, die Batterieüberwachung, die Generatorkoordination und das Wartungsprogramm beeinflussen alle die Leistung des Systems während eines Ausfalls.

Für moderne Einrichtungen, insbesondere solche, die High-Density-Computing und eine verteilte Netzwerkinfrastruktur unterstützen, sollte die Batterieauswahl den tatsächlichen Strombedarf mit einer geeigneten Energiespeicherkonfiguration verbinden.

MANLY Battery bietet LiFePO4-Batteriesysteme für Rechenzentrums- und Kommunikations-Backup-Anwendungen mit Anpassungsmöglichkeiten für projektspezifische Spannungs-, Kapazitäts- und Installationsanforderungen.

Entdecken Sie unsere 307,2-V-Stromversorgungssystem für Rechenzentren Und 51,2-V-Telekommunikations-Backupbatterien, oder Kontaktieren Sie MANLY Battery um eine Batteriekonfiguration für Ihre USV-Infrastruktur zu besprechen.

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