Batterie al litio, un’alternativa possibile per gli Ups dei data center

Quello dei data center è un mondo in continua trasformazione. Mentre server, sistemi iperconvergenti e appliance sempre più performanti aumentano la capacità di calcolo e di storage, le connessioni in fibra ottica mettono il turbo al trasferimento dati, e intanto le aziende e i service provider più lungimiranti adottano soluzioni più “green” per l’alimentazione delle sale macchine. Ma nel mondo dei data center ci sono anche altre trasformazioni in corso, di cui magari si parla di meno. Una di esse riguarda gli Ups, Uninterruptible Power Supply, i gruppi statici di continuità: l’utilizzo delle batterie al litio anziché quelle a piombo-acido. Questa alternativa comporta dei vantaggi, ma solleva delle domande: quanto è sicura, duratura, controllabile? Ce ne parla 

Roberto Sabbatini, direttore vendite AC Power di Vertiv Italia.

Le batterie agli ioni di litio stanno attirando l’attenzione come alternativa alle batterie al piombo-acido per l’utilizzo nei sistemi Ups dei data center. Uno degli aspetti più interessanti di questa tecnologia è l’autonomia: non solo offrono un leggero miglioramento rispetto a quelle al piombo-acido, ma la loro maggiore durata può potenzialmente eliminare almeno due cicli di sostituzione. Il problema, naturalmente, è che al momento non ci sono batterie agli ioni di litio che siano state in funzione nei data center per un periodo di tempo abbastanza lungo, poiché la tecnologia in questa applicazione è troppo recente. Senza dati operativi reali cui fare riferimento, come possono gli operatori dei data center essere certi che le batterie agli ioni di litio garantiranno la durata prevista? Questa è una delle domande più comuni che riceviamo dai clienti che stanno valutando la conversione a tale tipologia di batterie. Per rispondere a questo quesito, è necessario capire brevemente come le batterie agli ioni di litio subiscano il processo di degrado nei sistemi dei data center.

Il degrado delle batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio hanno due modalità di degrado in gran parte indipendenti: vita in cicli e vita da calendario. Nelle applicazioni dei data center, i cicli di alimentazione delle batterie di solito non sono frequenti e la vita da calendario è il fattore principale per la vita utile. La vita da calendario descrive come la capacità della batteria diminuisca nel tempo. Come avviene anche per le tecnologie usate nelle altre batterie, la temperatura è un elemento essenziale per la vita da calendario. Una batteria agli ioni di litio operante a temperature più elevate si degrada più velocemente di un’altra identica che opera a temperature inferiori.

Dal momento che le batterie agli ioni di litio sono usate da oltre un decennio nei sistemi automobilistici, oggi i produttori dispongono di una grande quantità di dati sulla vita da calendario, sia in laboratorio sia in condizioni reali. Queste informazioni mostrano che le batterie agli ioni di litio subiscono un degrado prevedibile nel tempo e non sono soggette a cali improvvisi al di sotto di un determinato livello di capacità. Inoltre, i dati sono più che sufficienti per garantire previsioni molto affidabili sulla durata delle batterie agli ioni di litio, in particolare nei data center dove la temperatura dell’ambiente è molto più controllata rispetto a un contesto automobilistico. Quindi, se da una parte non possiamo rivolgerci alle applicazioni del data center in cui le batterie agli ioni di litio sono in funzione da dodici o tredici anni, dall’altra possiamo basarci su altre esperienze per definire aspettative realistiche sull’autonomia della batteria in base al suo sistema e alla sua applicazione specifici. 

I tempi di funzionamento

Un’altra domanda comune che riceviamo riguarda l’impatto del deterioramento da calendario (invecchiamento) sui tempi di funzionamento. In altre parole, le batterie agli ioni di litio sono soggette a guasti imprevisti con il passare degli anni, come avviene per le batterie a piombo-acido? Come detto in precedenza, le batterie agli ioni di litio si degradano in modo prevedibile e più invecchiano più il loro tasso di degrado in realtà diminuisce. Di conseguenza, è improbabile che i tempi di funzionamento possano presentare un declino rapido della capacità. 

Tuttavia, quando invecchiano, le batterie agli ioni di litio subiscono anche aumenti della loro resistenza interna, proprio come le batterie a piombo-acido. Se il calore generato da questa resistenza causa temperature che superano la soglia, stabilita nel sistema di gestione della batteria (Battery Management System, Bms), questo limiterà i tempi di funzionamento per impedire il surriscaldamento. Ciononostante, le variazioni regolate durante il funzionamento con batterie agli ioni di litio sono più prevedibili e meno drastiche col passare del tempo rispetto a quanto avviene con le batterie a piombo-acido.

La sicurezza
Spesso riceviamo domande sulla sicurezza delle batterie agli ioni di litio dopo che si legge o si sente di episodi di incendi in computer portatili o altri dispositivi con questa tipologia di alimentazione. Le batterie agli ioni di litio sono soggette ad alcune condizioni note, che possono portarle a incendiarsi o a rilasciare gas se la pressione interna diventa troppo alta. Conoscere queste condizioni di rischio e tenerle sotto controllo è lo scopo principale del Battery Management System integrato in ogni sistema di batterie agli ioni di litio. Il continuo monitoraggio dell’affidabilità è una funzione estremamente importante ma secondaria del Bms.

In genere le condizioni di abuso più rischiose sono la ricarica eccessiva, il surriscaldamento e il cortocircuito delle celle della batteria. Il Bms implementa controlli che mantengono la batteria nei limiti del suo raggio d’azione sicuro in base alla continua misurazione della tensione delle celle, delle temperature del sistema, della corrente della batteria e di altri parametri. La certificazione UL o CE del sistema di batterie verifica la funzionalità e l’efficacia del Bms. Un esempio di quanto il sistema sia efficiente in questo compito sta nel fatto che di solito durante i test antincendio i produttori devono scollegare il Bms, poiché altrimenti sarebbe impossibile causare un incendio all’interno della batteria quando questo sistema è operativo.