Batterie al litio negli UPS per i data center: affidabilità, sicurezza e durata

Uno dei principali trend per i sistemi UPS dei data center è l'impiego delle batterie al litio al posto di quelle al piombo-acido. I vantaggi di questa tecnologia consistono nella riduzione di spazio, di peso, e del maggior numero di cicli di carica e scarica supportati. Oltre a un leggero miglioramento sul fronte dell'autonomia. Ne aveva accennato Andrea Ferro, EMEA AC Power Line of Business Director di Vertiv, durante la nostra visita al Customer Experience Center di Castel Guelfo.

Torna sull'argomento Roberto Sabbatini, AC Power Sales Director di Vertiv Italia. Illustra in maniera più estesa il ruolo che potrebbero rivestire le batterie al litio negli UPS dei data center. E fornisce i dati per rispondere a una domanda molto diffusa: "Come si può essere certi che le batterie agli ioni di litio garantiranno la durata prevista?"

Abbiamo riepilogato sopra alcuni dei vantaggi. Come qualcuno avrà notato, le informazioni non sono supportate da numeri e statistiche. Il motivo è che le batterie agli ioni di litio non sono in funzione nei data center da un periodo di tempo abbastanza prolungato. Da qui sorge l'interrogativo proposto sopra.
Sabbatini conferma che non ci sono dati operativi reali a cui fare riferimento. Tuttavia, ci sono diversi elementi che puntano a favore delle batterie al litio. Per comprenderli bisogna riepilogare come le batterie agli ioni di litio subiscano il processo di degrado nei sistemi dei data center.

Le modalità di degrado sono due: vita in cicli e vita da calendario. Quella rilevante per un'applicazione per data center è la seconda, dato che i cicli di alimentazione in genere non sono frequenti. Concentriamoci quindi sulla vita da calendario, ossia la modalità in cui la capacità della batteria diminuisce nel tempo.

Qui entra in gioco un fattore importante: la temperatura. Una batteria agli ioni di litio che opera a temperature più elevate si degrada più velocemente di una, identica, che opera a temperature inferiori. In mancanza di dati relativi ai data center, bisogna rifarsi a un settore che impiega le batterie al litio da tempo: quello automobilistico. I dati in possesso dei produttori di auto mostrano che le batterie al litio subiscono un degrado prevedibile nel tempo. E che non sono soggette a cali improvvisi sotto a un determinato livello di capacità.

Inoltre, questi dati sono garanzia di previsioni molto affidabili sulla durata delle batterie agli ioni di litio nei data center. Il motivo è che in questi ambienti la temperatura è molto più controllata rispetto a un contesto automobilistico.

La conclusione è che i dati relativi ai data center non sono sufficienti per formulare stime precise. E non lo saranno prima che le batterie al litio siano state operative continuativamente per dodici o tredici anni. Però le altre esperienze tratteggiano aspettative ottimistiche e realistiche sul loro impiego.

Guasti imprevisti

Le batterie al piombo-acido sono soggette a guasti imprevisti con il passare degli anni. Molti si chiedono se questo difetto sia comune anche a quelle agli ioni di litio. La risposta è negativa. I dati finora raccolti dimostrano che queste ultime si degradano in modo prevedibile, e che più invecchiano più il loro tasso di degrado diminuisce.

C'è tuttavia un problema comune con le batterie al piombo-acido. Quando invecchiano, entrambi i tipi di batterie subiscono aumenti della loro resistenza interna. Questo genera calore, e quando il calore supera una certa soglia è necessario limitare i tempi di funzionamento per prevenire surriscaldamenti. La soglia in questione è stabilita nel sistema di gestione della batteria (Battery Management System, BMS). Anche in questo caso le batterie agli ioni di litio presentano un piccolo vantaggio: le variazioni durante il funzionamento sono più prevedibili e meno drastiche di quelle registrate con le batterie a piombo-acido.

Sicurezza

Le perplessità circa l'impiego delle batterie al litio nelle applicazioni per data center includono i rischi per la sicurezza fisica. Sono legate alle notizie di incendi di computer e altri dispositivi che le integrano. Sabbatini chiarisce che problemi di questa natura si verificano in concomitanza con condizioni note, che possono portare le batterie a incendiarsi. In particolare, possono accadere se la pressione interna diventa troppo alta.

Le condizioni di rischio si verificano per lo più in concomitanza con una ricarica eccessiva, un surriscaldamento o un cortocircuito delle celle della batteria. Il BMS (Battery Monitoring System) implementa controlli che mantengono la batteria nei limiti del suo range di sicurezza. Misura continuamente la tensione delle celle, le temperature del sistema, la corrente e altri parametri. La funzionalità e l'efficacia del BMS sono certificate UL o CE.

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