簡介

目前，不間斷電源系統(tǒng)（UPS）所采用的基本上都是鉛酸蓄電池，一般使用以下三種技術(shù)之一：
1.排氣式蓄電池（富液蓄電池或濕蓄電池）
2.閥控密封式蓄電池（VRLA）
3.插裝式蓄電池模塊（MBC）

可適應(yīng)性

一般來說，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)中心或網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的UPS，安裝方式有以下三種情況：

1.新建場地–從一開始就完全投入使用
2.新建場地–開始時部分投入使用，為完全投入使用進(jìn)行規(guī)劃
3.場地升級–在現(xiàn)有環(huán)境中安裝新的UPS

在新建場地設(shè)計階段，客戶的選擇余地很多。在蓄電池蓄電池技術(shù)方面的選擇更是沒有限制，并且能夠在設(shè)計中體現(xiàn)對蓄電池的要求。

一種做法是新設(shè)施在開始時只是部分投入使用，從蓄電池系統(tǒng)的投資資本、折舊費用和維護(hù)成本的角度，最好能夠根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，并隨著負(fù)載的增加而加大投入；另一種做法是針對"最大需求"進(jìn)行設(shè)計，而不顧及長期目標(biāo)是否發(fā)生變化。

在場地升級時，由于對于場地的要求取決于當(dāng)前環(huán)境，可能會在設(shè)計和安裝方面有很多限制，因此對于靈活可適應(yīng)的蓄電池系統(tǒng)解決方案的需求日益增加。

場地要求較為復(fù)雜的蓄電池系統(tǒng)，其可適應(yīng)性較差。它們的可擴(kuò)展性較低，比較難以擺放和移動，需要更多基礎(chǔ)設(shè)施。下面介紹了影響場地要求的因素，以及各種蓄電池技術(shù)的可適應(yīng)性。

規(guī)劃問題

一旦功率和后備運行時間要求確定下來，就能夠?qū)π铍姵匦枨蟮囊?guī)劃進(jìn)行評估。在選擇蓄電池技術(shù)時，需要考慮六個主要問題，它們各自還會衍生出一串小問題，這六個主要問題是：工程設(shè)計、重量、所占空間、安裝、安全性和維護(hù)。下文的表1中概要介紹了不同蓄電池技術(shù)在這六個方面的特點。

工程設(shè)計

在蓄電池安裝過程中，場地特定工程設(shè)計是開支較為昂貴的一個部分。一般來說，每工時的花費可能高達(dá)150美元。新建項目的工程設(shè)計工作量最大，而升級項目的工作量則相對較少。富液蓄電池的安全和法規(guī)要求較高，需要大量工程設(shè)計。相比較而言，必須放置在專門蓄電池室中、配以專用通風(fēng)和防溢漏系統(tǒng)的富液蓄電池需要的工程設(shè)計量最大，而插裝式電池模塊需要的工程設(shè)計量最小。

重量

鉛酸蓄電池非常重。應(yīng)考慮地板承重和搬運。如果不將蓄電池安裝在底樓地板上，則需咨詢建筑物結(jié)構(gòu)工程師，以確保其它樓層的地板能夠承載此負(fù)重。因為VLRA蓄電池和插裝式電池模塊能放置在IT機(jī)房中，還必須考慮高架地板負(fù)載。應(yīng)將蓄電池的重量和所占面積提供給高架地板廠商，以便他們能提供適合的解決方案。最常見、也是最容易的方法就是在設(shè)備所在位置，鋪設(shè)高承重瓷磚、地臺或加固片。

VRLA蓄電池在交貨時可能已安裝在機(jī)柜中。因為其"移動"重量大，可能會給鋪設(shè)了高架地板的數(shù)據(jù)中心帶來問題。雖然最終擺放位置的瓷磚具有足夠承重能力，但在蓄電池機(jī)柜經(jīng)過時，過道處鋪設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)瓷磚可能無法承受此重量。在地板上鋪設(shè)枕木，以便其重量由更多瓷磚分擔(dān)。使用插裝式電池模塊的系統(tǒng)就不會有這個問題，因為它的框架是空的，擺放到最終位置后，一次添加一個插裝式電池模塊。

富液蓄電池安放到大型開放式機(jī)架中。這些蓄電池填滿了電解液，因此一旦安放完畢，就很難移動。通常需要叉車或蓄電池吊裝設(shè)備。與VRLA蓄電池或插裝式電池模塊相比，富液蓄電池要重大約40%，并占用兩倍的空間。

VRLA蓄電池體積較小，意味著在較小空間中能提供更多電量，但這一優(yōu)勢有時會被地板負(fù)重過高而抵消。這些蓄電池一般放在機(jī)架或機(jī)柜中。它們放好后，移動它們有一定難度。

插裝式電池模塊也會造成較小占地面積上重量極大的情況。在不同設(shè)計中，機(jī)柜內(nèi)可安放的插裝式電池模塊數(shù)量也不同。即使不打算在機(jī)柜中放滿蓄電池，也要說明機(jī)柜的最大重量。這種設(shè)計的優(yōu)勢之一是，能夠拆下模塊，所以如果需要，可以輕松地改動插裝式電池模塊機(jī)柜的位置。

所占空間

對很多數(shù)據(jù)中心來說，能否充分利用空間是首要關(guān)注的問題之一。過去，公司會安裝一個大型機(jī)，然后持續(xù)使用15年。富液蓄電池壽命長，很適合這種系統(tǒng)。大型機(jī)的優(yōu)化或升級對UPS和蓄電池所需的物理空間影響極小。

而現(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心內(nèi)常常會安裝運行速度更快、更為小巧的設(shè)備。數(shù)據(jù)中心已變成了一個高速運轉(zhuǎn)的機(jī)器。因為隨著時間推移，對于數(shù)據(jù)中心空間的預(yù)測可能會不斷改變，所以空間規(guī)劃十分困難。在很多情況下，利用率達(dá)不到預(yù)測值，因此僵硬的設(shè)計變得不合時宜。而在另一種情況下，數(shù)據(jù)中心填滿了各種設(shè)備，發(fā)展空間極為有限。數(shù)據(jù)中心的支持基礎(chǔ)設(shè)施會占到整體空間的40-50%。蓄電池是支持基礎(chǔ)設(shè)施中的一個大型組件，如果針對環(huán)境選擇了正確技術(shù)，能夠大幅節(jié)約空間。

因為富液蓄電池如需遵從安全法規(guī)，則開支巨大，所以限制了它們在400kW以上的大型安裝環(huán)境中的使用。提供可控蓄電池室、防溢漏和維護(hù)所需空間的成本是一筆高額固定開銷。

VLRA蓄電池是較為靈活的解決方案。它們所需的電解液水平較低，通常無需昂貴開銷，就能遵從法規(guī)要求。而且，它們需要的操作空間較小，因為不會溢出電解液，能夠移動，也能安放在上鎖的機(jī)柜中。這些優(yōu)勢提供了更高靈活性，降低了成本。但在設(shè)計時必須考慮到它們的更換，因為它們的壽命只有5-7年。

插裝式電池模塊不但具備VRLA的全部優(yōu)勢，甚至靈活性更高。雖然仍需要操作空間，但能夠更高效地發(fā)揮其作用。這種設(shè)計采用"插裝"的方式，減少了布線和線路所需空間。插裝式電池模塊及其機(jī)柜能隨著需求的改變而移動和添加。

安裝

所有蓄電池類型都應(yīng)小心處理。蓄電池很重，可能需要特殊方法才能搬起或運輸。對于UPS或蓄電池柜的最終擺放位置和運輸它們所經(jīng)過的通道，都必須考慮其重量。如果蓄電池不需要立即使用，應(yīng)將它們存儲在干燥、陰涼的地點，并定期維護(hù)。

富液蓄電池一旦進(jìn)場，就必須嚴(yán)格遵循安裝注意事項。在收到蓄電池并將其運輸?shù)阶罱K安放位置后，只有經(jīng)驗豐富的蓄電池專業(yè)技術(shù)人員才能操作它們。富液蓄電池基本上在開放式機(jī)架中現(xiàn)場連線，必須現(xiàn)場組裝。

發(fā)貨時，蓄電池是"干"的，雖然已充滿電，但未添加任何電解液。放置它們的最終位置一般是開放式機(jī)架，以便于使用。當(dāng)添加電解液時，需要測量每個蓄電池的比重。

VLRA蓄電池的安裝流程會視情況而有所不同。UPS生產(chǎn)商可以將這些蓄電池打包，作為UPS或蓄電池柜中的一個系統(tǒng)提供。通常，負(fù)責(zé)UPS安裝或試運行的承包商將完成UPS和蓄電池間的最終組裝和連接。VRLA蓄電池發(fā)貨時已充電，到達(dá)部署場地時，電量為總?cè)萘康?0-90%。

插裝式電池模塊與上述蓄電池不同，它們以模塊形式提供，這些模塊連接到已放置在最終位置上、提前生產(chǎn)的蓄電池柜中。應(yīng)對最終安放地點進(jìn)行檢查，了解其能否支持機(jī)柜重量。插裝式電池模塊的組裝、布線和酸處理無需任何特殊技巧。

安全性

所有蓄電池都有危險，必須小心處理。UPS使用的蓄電池通過串聯(lián)/并聯(lián)，實現(xiàn)極高電壓和安時容量，帶來一定風(fēng)險。

1.電擊危險：UPS系統(tǒng)可能會在一條總線上傳輸超過200V直流電壓。這有嚴(yán)重電擊危險。甚至蓄電池系統(tǒng)離線，這種危險也依然存在。
2.短路危險：蓄電池內(nèi)部阻抗低，會產(chǎn)生極高短路電流。如果短路發(fā)生，蓄電池或其電極端子連接會爆炸，或從蓄電池中濺出熔化的金屬。

因為富液蓄電池安放在開放式蓄電池機(jī)架中，它們應(yīng)處于安全環(huán)境，遠(yuǎn)離未受過培訓(xùn)的人員。開放式機(jī)架提供了所需的通風(fēng)和維護(hù)，但也有可能會接觸到高壓線。這種為了便于維護(hù)而采取的開放式機(jī)架帶來巨大風(fēng)險。蓄電池室的進(jìn)出應(yīng)嚴(yán)格限制，防止未授權(quán)人員進(jìn)入。

擺放VRLA蓄電池的機(jī)柜通常安裝有機(jī)柜門。只有接受過蓄電池和UPS維修培訓(xùn)的授權(quán)人員才能進(jìn)行機(jī)柜內(nèi)操作。上鎖的機(jī)柜將有助于防止無關(guān)人士無意間造成危險。

插裝式電池模塊已封裝好，降低了電擊風(fēng)險，獲得了獨立測試實驗室的操作許可。蓄電池和線路都位于模塊中，每個插裝式電池模塊都配以獨立熔斷器。

維護(hù)

所有蓄電池都需要維護(hù)和監(jiān)控。就VRLA蓄電池維護(hù)而言，估計一個小型UPS蓄電池柜每年至少需要維護(hù)25小時。根據(jù)采用的蓄電池技術(shù)和監(jiān)控的不同，所需時間也不相同。維護(hù)是一把雙刃劍。蓄電池柜的操作有風(fēng)險，在維護(hù)期間，可能會發(fā)生問題，導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)閉。而且維護(hù)時也會發(fā)生人為錯誤，因此減少維護(hù)通常有利于提高可用性。

排氣式（富液）蓄電池需要定期維護(hù)，才能正常運行。為確保維護(hù)成功，需要定期、一致地進(jìn)行，且遵循標(biāo)準(zhǔn)流程，并良好記錄。IEEE450標(biāo)準(zhǔn)要求富液蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行（月度）、季度、年度全面檢查，并跟蹤調(diào)查特殊情況。為防止蓄電池變干，必須加液及測量每個蓄電池的比重。加液必須適時適量，否則蓄電池的性能和壽命就會受損。這需要通過觀察和直接接觸來加以確定。在定期維護(hù)中，以上操作和連接端子擰緊操作都是必須進(jìn)行的。只有經(jīng)驗豐富、經(jīng)過培訓(xùn)的蓄電池操作技術(shù)人員才能維護(hù)富液蓄電池。

VRLA蓄電池一直被認(rèn)為"無需維護(hù)"。但實際上，如果認(rèn)為這些蓄電池完全或幾乎不需要關(guān)注，那就大錯特錯了。監(jiān)控可防止蓄電池故障后仍不為人所知的現(xiàn)象發(fā)生。必須準(zhǔn)確監(jiān)控VLRA蓄電池，來報告其健康狀態(tài)和運行時間。如果UPS系統(tǒng)不能持續(xù)監(jiān)控蓄電池，那么應(yīng)更多地采用人為監(jiān)控與維護(hù)。有大量接線柱連接的大型系統(tǒng)應(yīng)該每年都將其連接端子擰緊一遍。IEEE–1188標(biāo)準(zhǔn)建議的VRLA蓄電池系統(tǒng)例行維護(hù)計劃為：（月度）、季度、年度全面檢查，并跟蹤調(diào)查特殊情況。應(yīng)該安裝監(jiān)控系統(tǒng)，來提供有關(guān)蓄電池系統(tǒng)健康狀態(tài)的信息，這可能會減少對于大規(guī)模維護(hù)的需求。

插裝式電池模塊依靠外部監(jiān)控來通知用戶故障的發(fā)生，幾乎"無需維護(hù)"。準(zhǔn)確監(jiān)控插裝式電池模塊很重要，因為用戶無法訪問模塊內(nèi)部的蓄電池和線路。插裝式電池模塊的內(nèi)部連接采取的是焊接方式，或采用彈簧端子而非螺栓連接，因此無需反復(fù)擰緊。監(jiān)控由內(nèi)置在UPS中的智能特性完成。唯一需要采取的維護(hù)措施是對報警作出反應(yīng)，更換故障模塊。更換非常簡單，因為當(dāng)它們并聯(lián)連接時，它們是可熱插拔的。在蓄電池更換期間，UPS仍能正常運行。

VRLA蓄電池和插裝式電池模塊的壽命（預(yù)計5年）短于富液蓄電池（15年）。因此，在維護(hù)計劃中，這些蓄電池的更換頻率應(yīng)是富液蓄電池的2-3倍。但它們更換流程簡單，抵消了更換頻率高這一缺陷。

結(jié)論

目前，IT系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的要求在快速變化。迅速對此作出相應(yīng)反應(yīng)比較困難，但通過正確選擇UPS蓄電池技術(shù)，將有助于滿足其需求。

目前市場中有多種不同的蓄電池技術(shù)，它們的場地規(guī)劃要求和創(chuàng)建蓄電池系統(tǒng)、應(yīng)對不斷變化的要求的能力也各不相同。

一般來說，數(shù)據(jù)中心設(shè)計流程將功率和運行時間作為選擇蓄電池和確定成本的依據(jù)。另一種方法是關(guān)注蓄電池系統(tǒng)應(yīng)具備多高的可適應(yīng)性，才能滿足不斷變化的需求。這種方法能大幅節(jié)約系統(tǒng)生命周期成本。