Що таке блок резервного живлення (БРЖ) і як він працює?

Оскільки центри обробки даних і системи обчислень на основі штучного інтелекту стають все більш вимогливими, забезпечення надійного електроживлення є обов’язковою умовою для безперебійної роботи серверів та іншого критичного обладнання. Навіть короткочасне переривання електроживлення може порушити процеси обчислень, вплинути на доступність даних і перервати бізнес-операції.

Блок резервного живлення (БРЖ) забезпечує тимчасове електроживлення критичного обладнання у разі перерви в основному електроживленні. У центрах обробки даних БРЖ зазвичай інтегрують у стійки серверів або пов’язані системи живлення, що дозволяє подавати резервну енергію поблизу обладнання, якому вона потрібна.

Але що саме таке BBU, як вона працює та з яких компонентів складається ця система? Розуміння цих основ допомагає пояснити роль технології акумуляторів у сучасній інфраструктурі електроживлення центрів обробки даних.

Що таке пристрій резервного живлення (BBU)?

Блок резервного живлення (БРЖ) — це акумуляторна система резервного електроживлення, призначена для тимчасового забезпечення електроенергією критичного обладнання, коли його основне джерело живлення стає недоступним або виникає перерва в його роботі.

У центрах обробки даних і серверних середовищах резервні батарейні блоки зазвичай розміщуються всередині або поблизу серверних стоїків і пов’язаних систем живлення. Таке розташування дозволяє подавати резервне електроживлення безпосередньо до обладнання, якому воно потрібне, що сприяє підтримці безперервності електроживлення під час неочікуваних перебоїв у постачанні.

Блок резервного живлення зазвичай проектується з урахуванням вимог до електроживлення обладнання, яке він підтримує, а не для забезпечення резервним живленням усього приміщення. Його конфігурація та можливості залежать від підключеного навантаження та загальної інфраструктури електропостачання.

На відміну від автономного акумулятора, резервний акумуляторний блок (BBU) є інтегрованою системою, яка об’єднує акумуляторні елементи, управління акумулятором, перетворення електроенергії та функції захисту для забезпечення контролюваного резервного живлення.

Основні цілі ББУ включають:

• Забезпечення безперервності електропостачання: Забезпечення тимчасового електропостачання критичного обладнання у разі перерви в основному постачанні.

• Підтримка переходів живлення: Забезпечення живлення під час коротких перерв у подачі електроенергії, поки не буде ввімкнено резервне джерело живлення.

• Захист критичних операцій: Допомагає серверам та обчислювальному обладнанню залишатися в робочому стані під час тимчасових перерв у постачанні електроенергії.

• Підтримка контролюваних завершень роботи: Забезпечення резервної енергії, коли наявна потужність недостатня для підтримки нормальної роботи.

Блоки резервного живлення особливо важливі для центрів обробки даних на основі штучного інтелекту, корпоративних серверних стоїк та інших обчислювальних середовищ, де перерви в електропостачанні можуть впливати на критичні робочі навантаження.

Фактична тривалість резервного копіювання та підтримуване навантаження залежать від кількох факторів, у тому числі від доступної енергії акумулятора, потужності, необхідної для живлення, архітектури системи та умов експлуатації.

Як працює ББУ?

ББУ працює шляхом зберігання електричної енергії в акумуляторних елементах і надання цієї енергії, коли основне джерело живлення переривається.

Хоча точний процес роботи залежить від архітектури живлення, типова система резервного живлення проходить три основні етапи: нормальна робота, активація резервного живлення та відновлення живлення.

1. Нормальна робота: заряджання акумулятора та його моніторинг

За звичайних умов експлуатації основна електроживильна система забезпечує електроенергією підключене обладнання, наприклад сервери або системи розподілу електроенергії на рівні стійок.

У той самий час акумулятор BBU підтримується в належному стані заряду за допомогою його схеми заряджання. Система керування акумулятором (BMS) постійно контролює ключові параметри акумулятора, зокрема напругу, струм, температуру та стан заряду (SOC).

Це спостереження допомагає забезпечити, щоб акумулятор залишався в межах дозволених робочих параметрів і був готовий забезпечити резервне електроживлення у разі потреби.

2. Перерва в електропостачанні: активація резервного живлення

Коли основне джерело живлення переривається або виходить за межі допустимого робочого діапазону, система керування резервним джерелом живлення ініціює процес резервного живлення.

Акумулятор вивільняє свою накопичену електричну енергію, тоді як схема перетворення потужності регулює вихід так, щоб він відповідав вимогам підключеного енергосистеми.

У типових серверних застосунках резервний акумулятор (BBU) забезпечує постійний струм для відповідної шини розподілу електроенергії, що дозволяє підключеним пристроям продовжувати отримувати електроенергію під час перерви.

Залежно від загальної інфраструктури електропостачання, цей період резервування може забезпечити перехід на інше джерело живлення, наприклад, на резервну систему вищого рівня, або надати достатньо часу для коректного завершення роботи.

Тривалість резервного живлення залежить від корисної енергії акумулятора та підключенного навантаження.

3. Відновлення живлення: підзарядка та відновлення системи

Після відновлення основного джерела живлення та повернення системи до нормального режиму роботи резервний блок живлення виходить із резервного режиму роботи.

Система заряджання акумулятора поповнює енергію, витрачену під час перерви. Тим часом BMS продовжує контролювати стан акумулятора, щоб забезпечити заряджання в межах дозволених напруги й температури.

Після перезаряджання резервний акумулятор повертається в режим очікування, готовий до наступного переривання живлення.

Цей робочий цикл дозволяє ББУ забезпечувати резервне живлення за потреби, залишаючись інтегрованим у звичайний процес управління електроживленням.

Що визначає тривалість резервного копіювання ББУ?

Час резервного живлення, який забезпечує модуль резервного живлення (BBU), залежить не лише від номінальної ємності акумулятора. Корисна енергія акумулятора, втрати при перетворенні потужності, вимоги навантаження, підключеного до системи, та експлуатаційні обмеження акумулятора впливають на тривалість підтримки обладнання системою.

Наприклад, більша підключена навантаження, як правило, споживає накопичену енергію швидше, тоді як втрати при перетворенні зменшують кількість енергії, доступної для обладнання. Саме тому продуктивність ББУ потрібно оцінювати в контексті повної системи живлення, а не лише ємності акумулятора.

Для пов’язаного пояснення ємності акумулятора та розрахунків тривалості резервного живлення див. наше керівництво з Розрахунок ємності акумулятора UPS.

Які основні компоненти ББУ?

Блок резервного живлення складається з кількох взаємопов’язаних компонентів, які спільно забезпечують зберігання енергії, керування роботою акумулятора, подачу резервного живлення та захист системи.

Хоча конкретна конфігурація залежить від програми та виробника, більшість систем резервного живлення містять такі функціональні компоненти.

1. Елементи акумулятора

Акумуляторні елементиє основними компонентами зберігання енергії в ББУ. Вони накопичують електричну енергію під час нормальної роботи й віддають її, коли потрібне резервне живлення.

Хімічний склад акумулятора, конфігурація елементів та електричні характеристики впливають на ємність енергії системи, потужність виводу, робочі межі та термін служби.

Залежно від застосування та проектування системи, у системах резервного живлення (BBU) можуть використовуватися технології літій-іонних акумуляторів. Вибрані елементи мають бути сумісними з необхідними напругою, струмом, діапазоном температур та умовами заряджання й розряджання.

ACE Battery також надає рішення для акумуляторів UPS із литієвих батарей для центру обробки данихта інші застосування резервного живлення. Підхожість певної конфігурації акумулятора залежить від електричних вимог і вимог щодо інтеграції цільової системи.

2. Система управління акумулятором (BMS)

The Система керування акумулятором (BMS) контролює та керує робочими умовами акумуляторного блоку.

До його основних функцій належать:

• Моніторинг напруги окремих елементів або груп елементів.

• Вимірювання струму та температури акумулятора.

• Оцінка Стан заряду (SOC) та стан здоров’я (SOH).

• Керування межами заряджання та розряджання.

• Моніторинг ненормальних умов роботи акумулятора.

• Підтримка балансування елементів, де це застосовно.

Постійно контролюючи стан акумулятора, система управління акумулятором (BMS) сприяє безпечній експлуатації та надає інформацію, необхідну для управління акумулятором і координації системи. Щоб детальніше ознайомитися з її основними функціями, прочитайте наше керівництво з Система керування акумулятором (BMS).

3. Схема перетворення електроенергії

Конверторна схема живлення керує передачею електричної енергії між акумулятором і підключеним обладнанням.

Оскільки напруга акумулятора може змінюватися під час заряджання та розряджання, для регулювання вихідної напруги та забезпечення сумісності з постійним струмом шини живлення системи може знадобитися схема перетворення потужності.

Залежно від архітектури BBU ця функція може включати перетворення постійного струму, регулювання напруги або інші засоби керування живленням.

Його основна роль полягає в забезпеченні того, щоб електрична потужність відповідала вимогам підключеного енергосистеми.

4. Захисне коло

Захисне коло забезпечує додатковий рівень електричного захисту для BBU.

Це допомагає керувати ненормальними умовами експлуатації та захищає акумулятор і підключене обладнання від потенційних електричних несправностей.

Функції захисту можуть включати:

• Захист від перевантаження.

• Захист від короткого замикання.

• Захист від перевищення та зниження напруги.

• Електрична ізоляція та переривання аварійного струму, де це потрібно.

Деякі функції захисту інтегровано в систему управління акумулятором (BMS), тоді як інші реалізовано за допомогою окремих апаратних компонентів залежно від конструкції системи. Специфічне розташування визначає, як система виявляє та реагує на електричні несправності.

5. Система термокерування

Експлуатаційна температура впливає на продуктивність та безпеку акумулятора. Система термокерування допомагає підтримувати акумулятор у заданому діапазоні температур.

Залежно від конфігурації акумулятора та вимог до потужності, термокерування може використовувати пасивне охолодження, охолодження примусовим повітрям або рідинне охолодження.

Ефективне управління температурою сприяє зниженню теплового навантаження, забезпечує стабільну роботу акумулятора та підтримує надійну експлуатацію.

6. Інтерфейс моніторингу та зв’язку

Інтерфейс моніторингу та зв’язку дозволяє BBU обмінюватися робочою інформацією з більш широкою інфраструктурою керування живленням або серверами.

Типова інформація може включати:

• Напруга та струм акумулятора.

• Стан заряду (SOC).

• Температура акумулятора.

• Статус роботи.

• Інформація про несправності та аварійні сигнали.

Ця інформація допомагає операторам системи та контролерам управління живленням відстежувати стан акумуляторів і координувати роботу резервної системи живлення.

У поєднанні ці компоненти дозволяють ББУ функціонувати як інтегрована система резервного живлення. Її надійність залежить не лише від самих акумуляторних елементів, а й від того, як спільно працюють функції керування акумулятором, перетворення електроенергії, захисту та моніторингу.

Висновок

Блок резервного живлення (БРЖ) забезпечує тимчасове резервне живлення критичного обладнання у разі перерви в основному електроживленні. Поєднуючи акумуляторні елементи, систему керування акумуляторами (СКА), схеми перетворення електроенергії, функції захисту та можливості моніторингу, БРЖ сприяє підтримці безперервності електроживлення в центрах обробки даних і серверних середовищах.

Функція резервного живлення ББУ залежить від співвідношення між корисною енергією акумулятора, вимогою навантаження, ефективністю перетворення потужності та загальною архітектурою системи. Тому підбір відповідних акумуляторних елементів і узгодження різних функцій системи є важливими аспектами розробки ББУ.

Для виробників обладнання (OEM), що розробляють системи резервного живлення на основі акумуляторів, вибір акумуляторів та інтеграція системи мають враховуватися разом із електричними вимогами цільового застосування. Такі чинники, як діапазон напруги, вимоги до потужності, робоча температура, функції захисту та вимоги до зв’язку, можуть впливати на конфігурацію акумуляторного блоку. Наше керівництво з розробка спеціалізованої системи резервного живлення з літієвими акумуляторамипояснює, як ці вимоги можна оцінити під час проекту OEM або ODM.

ACE Battery надає індивідуальні рішення на основі літієвих акумуляторів для промислових застосувань та резервного електроживлення, забезпечуючи вимоги OEM щодо продуктивності акумуляторів, адаптованих до конкретних застосувань, та інтеграції в систему.