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Die wichtigsten Fragen zum Einsatz von Lithium-Ionen-Akkus in USV-Systemen

Im Data Center könnten Lithium-Ionen-Akkus bald herkömmliche Blei-Säure-Batterien für USVs ersetzen. Diese Vorteile bietet die neue Technologie.

Lithium-Ionen-Batterien sind bereits seit einigen Jahren eine Feste Größe im Markt für Elektronikgeräte und bieten eine verlässliche Stromquelle für Laptops, Tablets und Smartphones. In letzter Zeit entdecken nun immer weitere Branchen die vielen Vorteile der Lithium-Ionen-Technologie, beispielsweise die Automobilindustrie, aber zunehmend auch die Rechenzentrumsindustrie für USV-Systeme (unterbrechungsfreie Stromversorgung).

Wer Rechenzentren betreibt und plant, tut also gut daran, sich mit den Vor- und Nachteilem von Lithium-Ionen-Akkus auseinanderzusetzen. Über kurz oder lang könnten entsprechende USVs die herkömmlichen Bleiakkumulatoren ersetzen.

Welche Vorteile bringen Lithium-Ionen-Batterien für USV-Systeme?

Im gleichen Maße, indem die Virtualisierung die Serverdichte im Rechenzentrum erhöht, müssen sich auch USV-Systeme weiterentwickeln, um den neuen Anforderungen im Data Center gerecht zu werden. So versuchen moderne USVs beispielsweise, den Stromverbrauch zu senken sowie den vorhandenen Platz im Rechenzentrum besser zu nutzen. USV-Systeme sollen gleichzeitig auch immer kühler werden und natürlich auch intelligenter, um den Lebenszyklus der Batterie zu überwachen, mögliches Versagen vorherzusehen und so die Wartung zu vereinfachen.

Lithium-Ionen-Akkus bieten ganz generell ein Vielfaches an der Energie, die gleich große Blei-Säure-Batterien liefern. Damit können auf Lithium-Ionen-Technologie basierte USVs deutlicher kleiner werden und bieten so mehr Flexibilität bei der Installation. Kleinere Batterien bedeuten aber auch ein geringeres Gewicht, womit Unternehmen USV-Systeme an Stellen platzieren können, die für Blei-Säure-Akkus nicht geeignet wären.

Lithium-Ionen-Akkus sind auch auch gegenüber höheren Temperaturen unempfindlicher als Blei-Batterien. Normalerweise ermöglicht eine höhere Betriebstemperatur auch mehr Strom, allerdings auf Kosten der Dauer, die der Strom zur Verfügung gestellt werden kann. Traditionelle USV-Systeme sind also wesentlich abhängiger von der vorhandenen Kühlung im Rechenzentrum. Im Vergleich dazu beeinflusst die Umgebungstemperatur Lithium-Ionen-Batterien kaum, zumindest nicht in dem Temperaturbereich, in dem auch die IT-Hardware sicher betrieben werden kann.

Blei-Säure-Akkumulatoren sind enorm schwer zu überwachen, und so gibt es eigentlich keine brauchbare Möglichkeit, den Zustand der Batterie zu überprüfen oder gar Vorhersagen zur Lebensdauer zu machen. Lithium-Ionen-Akkus dagegen arbeiten, was Temperatur und Energie-Output betrifft, enorm vorhersagbar und beinhalten meist auch ein umfangreiches Monitoring-Tool, mit dem sich Vorhersagen zur Laufzeit und zum Zustand der Batterie machen lassen. Lithium-Ionen-Batterien reagieren kritisch auf Veränderungen, daher sollten Management-Tools zum Einsatz kommen, um Ladezyklen und interne Temperatur kontrollieren zu können. Dafür können Lithium-Ionen-Akus aber auch mehr als zehn Jahre lang verwendet werden, bevor sie ersetzt werden müssen.

Welche Nachteile gibt es beim Einsatz von Lithium-Ionen-Akkus für USVs?

Wer über den Einsatz von Lithium-Ionen-Akkus für seine USV nachdenkt, der sollte sich aber auch über mögliche Nachteile im Klaren sein.

Erstens wäre da der Unterschied bei der chemischen Zusammensetzung zu nennen. Das ist zunächst natürlich ein großer Vorteil, weil Lithium-Ionen-Batterien so maßgeschneidert für sehr individuelle Anwendungsfälle zum Einsatz kommen können. Dabei muss aber auch eine Lithium-Ionen-Technologie verwendet werden, die möglichst genau auf die Anforderungen der USV abgestimmt ist. So muss ein Lithium-Ionen-Akku in einer USV sehr schnell sehr viel Energie zur Verfügung stellen können, dies aber meist nicht sehr lange – anders als beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akku in einem elektrischen Auto. Genauso müssen Lithium-Ionen-Akkus für USVs nicht für viele Ladezyklen optimiert werden, weil eine USV im Regelfall nur selten zum Einsatz kommt.

Einer der Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre enorm hohe Energiedichte, was durch die oftmals ebenso hohe Wärementwicklung zu einem weiteren Nachteil werden kann. Bei einer Fehlfunktion, etwa durch äußere Krafteinwirkung, könnte unter Umständen ein Feuer ausbrechen – Samsungs Galaxy Note 7 ist aufgrund einer Fehlkonstruktion des Lithium-Ionen-Akkus gerade in aller Munde. Im Ergebnis gelten für Lithium-Ionen-Akkus sehr strikte Vorgaben für Transport und Lagerung.

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Ausfallrisiken im Rechenzentrum

Ein weiterer Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien liegt in der Einschränkung, dass sie meist nicht im laufenden Betrieb von USV-Systemen ausgetauscht werden können. Die Unterschiede zwischen Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Akkus machen deutlich, dass letztgenannte nicht zwangsläufig ein direkter Ersatz für Blei-Säure-Batterien sind. Auch wenn es theoretisch möglich ist, ein vorhandenes USV auf Basis von Blei-Säure-Akkus durch Lithium-Ionen-Batterien auszutauschen, dann müsste zum Beispiel trotzdem zusätzlich die Firmware der USV aktualisiert werden, um so die Ladezyklen und Vorhersagen zur Lebensdauer anzupassen.

Zu guter Letzt können auch die Kosten ein möglicher Nachteil sein. Lithium-Ionen-Akkus kosten deutlich mehr als Blei-Säure-Batterien und auch die höhere Komplexität bei Überwachung und Verwaltung einer solchen USV kann Mehrkosten verursachen.

Gibt es schon kommerzielle Lithium-Ionen-USVs?

Im privaten Bereich und in bestimmten Industrien spielen Lithium-Ionen-Akkus bereits eine wichtige Rolle, beispielsweise für Laptops und Peripheriegeräte, und auch für bestimmte Heimgeräte kommen sie immer häufiger zum Einsatz.

Im Rechenzentrum steht diese Entwicklung gerade erst am Anfang. USV-Hersteller wie Methode Electronics oder Schneider Electric haben allerdings bereits Lithium-Ionen-Optionen für verschiedene USV-Produktlinien im Angebot. Die Verfügbarkeit entsprechend ausgestatteter USVs dürfte sich dabei in den nächsten Monaten deutlich erhöhen, für 2017 sind dann auch dreiphasige USV-Produkte auf Lithium-Ionen-Basis zu erwarten.

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Artikel wurde zuletzt im Oktober 2016 aktualisiert

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