Grundlagenwissen zur Stromversorgung in Rechenzentren, Teil 4 Batterien für Datacenter sind Sensibelchen

Batterien sind in Anlagen für die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) die gängigste Art der Energiespeicherung und die derzeit einzige Form, um Überbrückungszeiten von über einer Minute sinnvoll und wirtschaftlich zu realisieren. Doch sie können schwächeln.

Batterien gelten für die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit als das wichtigste und entscheidende Element einer USV. Außerdem sprechen eine hohe Modularisierung, und die weite Verbreitung für Batterien als Speichermedien sprechen. Allerdings sind sie in ihrer elektrochemischen Arbeitsweise sind sie im Vergleich zum Schwungrad fehleranfälliger und hinsichtlich ihrer Betriebsbedingungen anspruchsvoller.

Nur in engen Grenzen der Umgebungstemperaturen wird die optimale Gebrauchsdauer erreicht. Auch die Entlade- und Auflade-Kennlinien sind für die Lebensdauer und Betriebssicherheit mitentscheidend. In USV-Systemen werden überwiegend wartungsfreie, verschlossene Bleisäurebatterien, geschlossene Bleisäurebatterien (häufig auch offen oder flüssig genannt) oder NiCd-Batterien eingesetzt.

Batterien haben eine Selbstentladung,. Somit müssen Batterien zwangsläufig ständig mit Spannung geladen werden. Diese dauerhafte Kompensationsladung nennt man auch Erhaltungsladung und sollte möglichst schonend für die Batterie sein.

Die unterschätzte Größe Starkladung

Die Erhaltungsladung wird mit einer Spannung von 2,23 Volt bis 2,30 Volt pro Zelle ausgeführt. Im Gegensatz dazu gibt es die Starkladung, welche die Aufladung nach einem Gebrauch beschleunigt. Die Starkladung erfolgt mit einer Spannung von 2,35 Volt bis 2,40 Volt pro Zelle.

Und genau diese Starkladung wird bei der Leistungsdimensionierung für eine USV-Anlage meist unterschätzt, da die Leistungsaufnahme bei Starkladung die Gesamtaufnahmeleistung einer USV-Anlage stark ansteigen lassen kann. Dies ist nicht nur bei der Dimensionierung der elektrotechnischen Anlage relevant, sondern insbesondere bei der Dimensionierung der Netzersatzanlage, die schnell zu klein dimensioniert wird.

Starkladeunterdrückungen bei Netzersatzbetrieb können eine Lösung sein, wobei man sich für den Fall Gedanken machen muss, wenn der Netzersatzbetrieb über einen langen Zeitraum anhält und die Batterien in dieser Zeit nur eine Erhaltungsladung erfahren.

Belüftung und Laden

Beim Ladevorgang selbst wird Wasser im Elektrolyt zersetzt. Es entsteht Sauerstoff und Wasserstoff, der als Gas entweicht. Der Wasserstoff bildet mit dem Sauerstoff oberhalb einer Konzentration von vier Prozent eine explosionsfähige Mischung, das so genannte Knallgas. Dieses kann sehr gefährlich werden.

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Die einschlägigen Vorschriften besagen, dass über geeignete Maßnahmen verhindert werden muss, dass die kritische Wasserstoffkonzentration von vier Prozent überschritten wird. Dies erfolgt in der Regel über separate, direkt ins Freie führende Be- und Entlüftungsanlagen, auch Sonderfortluftanlagen genannt. Die Verordnung über den Bau von Betriebsräumen für elektrische Anlagen (EltBauVO) ist zu beachten.

In der Batterie selbst muss das zersetzte und somit fehlende Wasser nachgefüllt werden. Die Alternative sind verschlossene Typen, die bezüglich des Nachfüllens von Wasser wartungsfrei sind.

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