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Portuguese ¿Cuántas baterías de rack de servidores necesita para el respaldo del UPS?
Tabla de contenido
- ¿Cuántas baterías de rack de servidores necesita para el respaldo del UPS?
- Comience con la carga del UPS y el tiempo de respaldo requerido
- Cómo calcular la capacidad de la batería del rack de servidores
- Ejemplos de tamaño de baterías de rack de servidores para cargas comunes de UPS
- Por qué puede cambiar el recuento final de la batería
- Cómo validar el banco de baterías antes de la instalación
- Obtenga más información sobre la batería
A Batería para rack de servidores El plan comienza con tres entradas: la carga real del UPS en vatios, el tiempo de respaldo requerido y la energía utilizable que cada módulo de batería puede entregar a través del UPS. Un proceso de dimensionamiento práctico comienza con la energía de carga en vatios-hora, ajusta ese número según las pérdidas del UPS y la capacidad utilizable de la batería, luego divide el resultado por la energía disponible de una batería de rack de servidor.
Para una estimación de primer paso:
Energía de carga requerida (Wh) = carga del UPS (W) × tiempo de respaldo (horas)
Luego tenga en cuenta las pérdidas de conversión y la capacidad utilizable permitida de la batería:
Energía nominal requerida de la batería = energía de carga requerida ÷ eficiencia del modo de batería del UPS ÷ fracción de batería utilizable
Finalmente:
Cantidad de batería = energía nominal requerida de la batería ÷ energía nominal por módulo de batería
Redondee siempre la cantidad de batería al siguiente módulo completo.
Este cálculo es sólo el punto de partida. El dimensionamiento final también debe confirmar el rango de voltaje CC del UPS, la corriente de descarga de la batería, los límites del BMS, la capacidad del cargador, el espacio del rack y los datos de tiempo de ejecución para la configuración real del UPS.
Comience con la carga del UPS y el tiempo de respaldo requerido
Antes de dimensionar un banco de Baterías para Rack de Servidores, defina qué debe soportar el UPS y por cuánto tiempo. Schneider Electric recomienda agregar la potencia del equipo a proteger y seleccionar un UPS con altura superior a la carga conectada. También señala que el tiempo de ejecución disminuye a medida que se conectan más equipos.
Mida la carga real del UPS
Utilice energía medida o monitoreada siempre que sea posible. Las placas de identificación de los servidores y las clasificaciones de las fuentes de alimentación generalmente indican la capacidad máxima en lugar de una demanda operativa continua. Schneider Electric también señala que las clasificaciones de la placa de identificación del equipo pueden ser superiores al consumo de energía real.
Para un bastidor de servidores, mida la carga combinada de servidores, almacenamiento, conmutadores, enrutadores, firewalls y otros equipos que deben permanecer en línea durante una interrupción. Una PDU para rack con medidor, una interfaz de administración de UPS o una auditoría de energía del sitio pueden proporcionar un valor de diseño más útil que simplemente agregar las clasificaciones máximas de la placa de identificación.
El resultado debería ser una cifra realista en vatios para la carga protegida. Ese número se convierte en la base para el dimensionamiento de la batería del bastidor del servidor. Un banco de baterías para rack de servidores dimensionado a partir de la carga medida es más útil que uno basado únicamente en los valores máximos de la placa de identificación.
Utilice vatios, no solo VA
VA y vatios responden preguntas diferentes.
VA, o voltios-amperios, representa la potencia aparente y ayuda a determinar si un UPS puede soportar el equipo conectado. Los vatios representan la potencia real que consume el equipo y son el insumo más directo al calcular la energía en el tiempo.
Eaton define la relación como:
Vatios = VA × Factor de potencia
También señala que muchas cargas de TI más nuevas, incluidos los servidores, tienen un factor de potencia de 0,9 o superior. Schneider Electric recomienda mantener el margen de capacidad en lugar de dimensionar el UPS exactamente según la carga conectada.
Por lo tanto, para la cantidad de batería, no tome un “UPS de 3000 VA” y asuma que el bastidor consume continuamente 3000 vatios. Primero determine la carga real en vatios, luego calcule cuánta energía requieren esos vatios durante el período de respaldo requerido.
Definir el tiempo de ejecución de copia de seguridad requerido
El tiempo de ejecución debe reflejar el trabajo que debe realizar el UPS.
Algunas instalaciones solo necesitan suficiente tiempo de batería para superar una breve interrupción o completar un apagado ordenado del servidor. Otros necesitan cerrar el intervalo entre la falla del servicio público y el arranque del generador. Un sitio sin generación de reserva puede requerir una ventana de batería más larga.
Schneider Electric define el tiempo de ejecución del UPS como el período durante el cual el UPS puede soportar su carga conectada a partir de la energía de la batería y enfatiza que la duración requerida depende de las necesidades operativas y la criticidad del equipo protegido.
Escriba el requisito como un valor específico, como por ejemplo:
- 15 minutos
- 30 minutos
- 1 hora
- 2 horas
El mismo banco de baterías para rack de servidores proporcionará un tiempo de ejecución diferente a medida que cambie la carga de vatios admitida.
Convierte minutos en horas antes de calcular la energía. Por ejemplo:
30 minutos = 0,5 hora
Separe las cargas críticas y no críticas
Una carga protegida mayor aumenta directamente la capacidad requerida de la batería del bastidor del servidor. Si solo los equipos seleccionados necesitan energía continua, separe esos sistemas críticos de los equipos que pueden apagarse durante un corte.
Schneider Electric recomienda específicamente reservar energía de respaldo para equipos esenciales porque cada carga adicional conectada reduce el tiempo de ejecución disponible.
Para una red o un rack de servidores, la carga protegida puede incluir:
- Servidores centrales
- Sistemas de almacenamiento
- Conmutadores de red
- Enrutadores
- Cortafuegos
- Equipo de comunicaciones esencial
La lista final debe reflejar el plan de continuidad y apagado real de la organización en lugar de cada dispositivo físicamente instalado en el rack.
Cómo calcular la capacidad de la batería del rack de servidores
Una vez que se conocen la carga crítica y el tiempo de respaldo requerido, convierta esos requisitos en energía. Aquí es donde el cálculo de la batería del rack de servidores se vuelve más útil que comparar únicamente las clasificaciones de Ah.
Convertir el tiempo de ejecución en vatios-hora
Comience con la energía requerida por la carga:
Energía de carga (Wh) = Carga (W) × Tiempo de ejecución (h)
Por ejemplo:
| Carga protegida | Tiempo de ejecución requerido | Cargar energía |
|---|---|---|
| 1.000 vatios | 30 minutos | 500 Wh |
| 2.000 vatios | 1 hora | 2.000 Wh |
| 3.000 vatios | 2 horas | 6.000 Wh |
Los cálculos son sencillos:
1.000 W × 0,5 h = 500 Wh
2000 W × 1 h = 2000 Wh
3000 W × 2 h = 6000 Wh
Estos números describen la energía que debe llegar al equipo protegido. Aún no son la capacidad nominal final del banco de baterías.
Ajuste para la eficiencia de UPS
Un UPS consume algo de energía mientras convierte la energía CC de la batería en energía CA regulada. Por lo tanto, la batería tiene que suministrar más energía de la que finalmente recibe el equipo conectado.
Schneider Electric define la eficiencia del UPS como la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada y señala que la eficiencia varía con la carga operativa.
Para fines de dimensionamiento:
Energía de la batería antes del ajuste de la capacidad utilizable = energía de carga ÷ eficiencia del modo de batería del UPS
No aplique un porcentaje de eficiencia genérico a cada SAI.
Para el diseño final, utilice la eficiencia del modo de batería, el cuadro de tiempo de ejecución o los datos de configuración proporcionados para el UPS específico. Si el fabricante proporciona datos de tiempo de ejecución para la configuración exacta del UPS y de la batería externa, utilícelos para verificar la cantidad calculada de batería del bastidor del servidor.
Cuenta de la capacidad utilizable de la batería
La energía nominal de la batería y la energía utilizable de la batería no deben considerarse automáticamente idénticas.
La cantidad utilizable puede depender de factores como:
- Límites de descarga de BMS
- Voltaje mínimo de entrada de CC del UPS
- Profundidad de descarga aprobada
- Temperatura de la batería
- Corriente de descarga
- Reserva de capacidad requerida
Por tanto, el cálculo se puede expresar como:
Energía nominal requerida de la batería = energía de carga ÷ eficiencia del UPS ÷ fracción utilizable de la batería
Utilice los límites operativos aprobados para la batería y el UPS específicos en lugar de aplicar un porcentaje genérico a cada instalación de batería de litio.
Un fabricante de baterías debería poder proporcionar los límites eléctricos y la información de descarga necesarios para determinar cómo funcionará una batería de bastidor de servidor con la corriente y la duración de respaldo previstas.
Utilice la fórmula del recuento de baterías
Una vez conocida la energía nominal requerida, divídala por la energía nominal de un módulo de batería del rack de servidores:
Número de baterías = energía nominal requerida de la batería ÷ energía por batería
Luego redondea la respuesta al siguiente módulo completo.
Por ejemplo, supongamos que el requisito de batería corregido después de los ajustes de ingeniería pertinentes es de 7,0 kWh, mientras que cada batería aprobada proporciona 5,12 kWh de energía nominal:
7,0 kWh ÷ 5,12 kWh = 1,37
No se pueden instalar módulos de batería de 1,37, por lo que el cálculo de energía requiere al menos:
2 módulos de batería
Eso no convierte automáticamente a dos módulos en la configuración final. Aún se deben verificar el voltaje, la corriente, el BMS, la carga, la comunicación y la compatibilidad del UPS.
Ejemplos de tamaño de baterías de rack de servidores para cargas comunes de UPS
Los siguientes ejemplos ilustran el cálculo de energía inicial antes de que se apliquen las pérdidas del UPS, los límites de capacidad utilizable, la reserva de antigüedad o la redundancia específica del proyecto.
Para mantener la coherencia, utilizan un Batería de 51,2V 100Ah con 5,12 kWh de energía nominal como módulo de referencia.
Carga de 1 kW durante 30 minutos
Una carga de 1 kW que funcione durante 30 minutos requiere:
1 kW × 0,5 hora = 0,5 kWh
Por tanto, la demanda teórica de energía de carga es de 0,5 kWh.
Desde el punto de vista de la energía únicamente, una batería de rack de servidor de 5,12 kWh contiene más energía nominal almacenada que este requisito.
El siguiente paso no es simplemente pedir una batería. El módulo propuesto aún debe verificarse con el rango de voltaje de la batería del UPS, la corriente de descarga permitida, la energía utilizable y el tiempo de ejecución requerido bajo la carga real.
Este ejemplo también ilustra por qué la planificación de la batería debe comenzar con los vatios y el tiempo de ejecución en lugar de adivinar la cantidad del módulo.
Carga de 2 kW durante una hora
Para una carga crítica de 2 kW que debe permanecer en línea durante una hora:
2 kW × 1 hora = 2 kWh
El requerimiento inicial de energía de carga es de 2 kWh.
El mínimo de energía sigue siendo un módulo de 5,12 kWh. Después de incorporar las pérdidas del UPS y los límites operativos de la batería aplicables, se puede comparar la capacidad requerida con la salida utilizable de la configuración de batería seleccionada.
Esto hace no Esto significa que cada UPS de 2 kW requiere una batería de rack de servidor. Esto significa que una carga de 2 kW que funciona durante una hora requiere 2 kWh en la carga, lo que brinda a los ingenieros un punto de partida claro para evaluar la combinación real de batería y UPS.
Carga de 3 kW durante dos horas
Una carga de 3 kW que funcione durante dos horas requiere:
3 kW × 2 horas = 6 kWh
Una batería de 5,12 kWh no contiene suficiente energía nominal para satisfacer un requisito de energía de carga de 6 kWh.
El mínimo teórico es:
6 kWh ÷ 5,12 kWh = 1,17 módulos
Redondeo:
Cantidad mínima basada en energía: 2 módulos
La cantidad corregida del proyecto puede cambiar después de que se incorporen la eficiencia, los límites de energía utilizable, los requisitos de reserva y la redundancia.
En este nivel de carga, la capacidad de corriente de descarga también se convierte en un criterio importante para dimensionar la batería del rack de servidores.
Ejemplo de módulo MANLY 51.2V 100Ah
MANLY Battery ofrece configuraciones LiFePO4 montadas en bastidor de 51,2 V y 100 Ah para aplicaciones de respaldo estacionarias de clase 48 V.
La energía nominal almacenada se deriva directamente del voltaje y la capacidad:
51,2 V × 100 Ah = 5120 Wh
o:
5,12 kWh
La gama de almacenamiento de energía orientada a bastidor de MANLY Battery incluye una configuración MF48100 de 51,2 V y 100 Ah, mientras que su configuración montada en bastidor MLP48100 también utiliza una clasificación de 51,2 V, 100 Ah y una base de energía nominal de 5,12 kWh.
Para los integradores de sistemas, esto proporciona un valor claro a nivel de módulo para los cálculos preliminares de capacidad.
Como fabricante de baterías, MANLY Battery también puede admitir la configuración de baterías específicas del proyecto. Sin embargo, para la integración del UPS, la configuración de la batería seleccionada debe coincidir con el rango operativo de CC del UPS, los parámetros de carga, los requisitos actuales, la arquitectura BMS, los requisitos de comunicación y el diseño de protección del sistema.
Por ejemplo, utilizando 5,12 kWh como energía nominal del módulo:
| Carga del SAI | Tiempo de ejecución | Cargar energía | Mínimo de solo energía |
|---|---|---|---|
| 1 kilovatio | 30 minutos | 0,5 kWh | 1 módulo |
| 2 kilovatios | 1 hora | 2,0 kWh | 1 módulo |
| 3 kilovatios | 2 horas | 6,0 kWh | 2 módulos |
Estos son recuentos de energía preliminares, no configuraciones finales del UPS.
Por qué puede cambiar el recuento final de la batería
La aritmética proporciona una cantidad inicial. El banco de baterías en rack de servidor instalado puede requerir una cantidad diferente de módulos una vez que se incluyen los límites eléctricos, las condiciones ambientales, el crecimiento futuro de la carga y los requisitos de resiliencia.
Eficiencia del UPS y voltaje CC
Primero vienen dos controles: eficiencia de conversión y compatibilidad de voltaje.
Las pérdidas de conversión del UPS aumentan la energía extraída de la batería en relación con la energía entregada al equipo protegido.
El voltaje es igualmente importante. Un UPS funciona en un rango definido de voltaje de batería externa. Una descripción nominal de “clase 48 V” por sí sola no establece compatibilidad eléctrica entre un UPS y una batería.
Controlar:
- Tensión máxima de la batería
- Tensión CC nominal
- Tensión mínima de funcionamiento
- Corte de bajo voltaje del UPS
- Tensión de carga
- Configuración en serie o paralelo permitida
La ventana de voltaje operativo de la batería debe permanecer dentro del rango aprobado para el UPS durante todo el ciclo de descarga.
Envejecimiento y temperatura de la batería
La capacidad de la batería no es un valor de vida útil fijo.
El tiempo de ejecución disponible puede verse influenciado por la temperatura de funcionamiento, la antigüedad de la batería, el estado de carga, la tasa de descarga y el historial de servicio. Server Room Environments también identifica el estado de la batería y el entorno operativo como factores que influyen en el tiempo de ejecución disponible del UPS.
En lugar de aplicar un porcentaje de envejecimiento universal arbitrario, utilice los datos de rendimiento aplicables del fabricante de la batería y la reserva de capacidad requerida por el proyecto.
Para la infraestructura crítica, las pruebas periódicas de capacidad o tiempo de ejecución también pueden establecer si el banco de baterías del bastidor del servidor continúa cumpliendo con los requisitos de respaldo previstos a medida que el sistema envejece.
Límites actuales de BMS
La capacidad de energía es sólo la mitad del tamaño de la batería del UPS. La batería también debe entregar suficiente potencia y corriente.
Un cálculo útil de DC de primer orden es:
Corriente de la batería ≈ Potencia de carga ÷ Voltaje de la batería
Por ejemplo, ignorando las pérdidas de conversión para el cálculo inicial:
3.000W ÷ 51,2V ≈ 58,6A
La corriente real de la batería cambiará según el voltaje de la batería y las condiciones de funcionamiento del UPS.
La batería del rack de servidor seleccionada debe permanecer dentro de la corriente de descarga continua aprobada de las celdas, BMS, conectores, dispositivos de protección e interconexiones de la batería.
Por ejemplo, la especificación MLP48100A de 51,2 V 100 Ah de MANLY Battery identifica una corriente de descarga continua máxima de 100 A.
Esta es la razón por la que dos baterías con la misma potencia nominal en kWh no deben considerarse automáticamente equivalentes para un UPS determinado. La corriente de descarga requerida también debe estar dentro del ámbito operativo aprobado.
N+1 Capacidad y Crecimiento de Carga
Es posible que el tamaño de la batería también deba adaptarse a la resiliencia y la expansión futura.
Si el diseño de continuidad de la instalación requiere redundancia N+1, la reserva requerida debe incorporarse antes de que se apruebe la cantidad final de módulos. La arquitectura exacta depende de cómo se implementa la redundancia en el UPS, las cadenas de baterías, las rutas de energía y la infraestructura asociada.
La carga futura también importa.
Servidores adicionales, almacenamiento, equipos de red o hardware de mayor densidad pueden aumentar la carga de vatios protegida durante la vida útil de la instalación. Schneider Electric recomienda conservar el margen de capacidad del UPS y considerar el crecimiento futuro del equipo durante el dimensionamiento del sistema.
Un plan de crecimiento realista es más útil que agregar una cantidad arbitraria de capacidad de batería sin hacer referencia a los cambios esperados en el equipo.
Cómo validar el banco de baterías antes de la instalación
El cálculo de la batería del bastidor del servidor se completa solo después de que el banco propuesto funcione eléctrica, mecánica y operativamente con el UPS. Trate la validación de la batería del rack del servidor como parte del proceso de dimensionamiento, no como una ocurrencia de último momento.
Verifique la compatibilidad del voltaje del UPS
Compare el rango completo de voltaje de funcionamiento de la batería con la especificación de la batería externa del UPS.
Confirmar:
- Tensión nominal de la batería
- Tensión de carga máxima
- Tensión mínima de funcionamiento
- Corte de bajo voltaje del UPS
- Configuración del cargador
- Arquitectura en serie o paralelo
- Comunicación de batería requerida
No asuma que dos productos son eléctricamente compatibles simplemente porque ambos se describen como sistemas de “48 V”.
Todos los rangos de funcionamiento deben coincidir.
Verificar la corriente de descarga continua
Calcule la corriente CC esperada en la carga máxima protegida y compárela con las clasificaciones permitidas de:
- Batería
- Sistema de gestión de edificios
- Conectores
- Cables de interconexión
- Barras colectoras
- Dispositivos de protección
También se deben verificar los requisitos transitorios especificados por el fabricante del UPS.
Un banco de baterías puede contener suficientes kWh para el tiempo de funcionamiento deseado y al mismo tiempo requerir una verificación de ingeniería adicional si la demanda actual del inversor cae fuera de los límites operativos de la batería aprobados.
Confirmar espacio en rack y cableado
La cantidad de batería también tiene una consecuencia física.
Confirme que haya suficiente espacio en el gabinete para:
- Módulos de batería
- Hardware de interconexión
- Dispositivos de protección
- Enrutamiento de cables
- Ventilación
- Acceso al servicio
La longitud del cable, el tamaño del conductor, los requisitos de terminación y los dispositivos de protección deben seguir los requisitos aprobados de instalación del UPS y de la batería.
Para un banco de baterías de bastidor de servidor de varios módulos, utilice la arquitectura de interconexión especificada por el fabricante de la batería para que los procedimientos actuales de distribución, protección y servicio sigan siendo predecibles.
Tiempo de ejecución de prueba bajo carga real
El tiempo de ejecución calculado debe verificarse después de la instalación.
Una prueba de tiempo de funcionamiento controlado bajo una carga representativa proporciona evidencia directa de cómo se comporta todo el sistema UPS y batería. Server Room Environments recomienda igualmente simular un corte de energía y medir el tiempo de ejecución real como verificación práctica de una instalación.
Registre las condiciones clave de la prueba, que incluyen:
- Estado de carga inicial
- Carga de vatios protegida
- Temperatura de la batería
- Tiempo de ejecución
- Voltaje de batería más bajo observado
- Alarmas UPS o BMS
- Punto de parada
Estos registros proporcionan una base de puesta en servicio útil para futuros controles de capacidad y mantenimiento.
Planifique el tiempo de recarga después de cortes
La planificación del tiempo de ejecución no debe detenerse cuando la batería alcanza su punto final de descarga.
Después de un corte, el sistema debe restaurar la energía que se utilizó. Por lo tanto, un banco de baterías de rack de servidores más grande impone mayores exigencias al sistema de carga.
Verifique el UPS:
- Salida del cargador
- Capacidad de batería externa admitida
- Tensión de carga
- Perfil de recarga
- Especificación del tiempo de recarga
- Requisitos de comunicación de la batería de litio, cuando corresponda
Es necesario considerar en conjunto la duración extendida de la batería y la capacidad de recarga de la misma. El material de referencia sobre el diseño de UPS de tiempo de funcionamiento extendido enfatiza de manera similar que los bancos de baterías más largos requieren una capacidad de carga adecuada después de la descarga.
Para la adquisición y el diseño del sistema, el proceso se puede reducir a una secuencia práctica:
- Mida la carga crítica real en vatios.
- Defina el tiempo de ejecución requerido del UPS.
- Calcule los vatios-hora requeridos por la carga.
- Corrija los límites operativos aprobados del UPS y de la batería.
- Divida por la energía utilizable disponible de cada módulo de batería.
- Redondee hacia arriba la cantidad de baterías del bastidor del servidor.
- Verifique el voltaje, la corriente, el BMS, la carga, la integración del rack y el tiempo de ejecución.
Ese proceso convierte una estimación aproximada de la capacidad de la batería en un banco de baterías para rack de servidor con un tamaño aproximado al servicio real del UPS en lugar de una relación supuesta entre VA, Ah y tiempo de ejecución.
