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10 facteurs clés à prendre en compte lors du choix d’une batterie UPS pour data centers

juillet 2020 par Enersys

Les exploitants data centers souhaitent tout naturellement bénéficier de la meilleure technologie disponible – ainsi que des batteries correspondantes – pour leurs systèmes UPS (uninterruptible power supply, ou ASI pour Alimentation Statique sans Interruption en français). Fiabilité absolue, efficacité énergétique, longue durée de vie et coût total de possession attractif doivent aller de pair.

A l’heure actuelle, les deux principales technologies de batteries UPS existantes sont le plomb-acide et le lithium-ion (Li-ion). Chacune possède ses propres variantes. La technologie TPPL (Thin Plate Pure Lead), par exemple, est une technologie plomb-acide de pointe et à hautes performances disponible auprès d’EnerSys®.

Cet article présente les points forts et les difficultés propres à chacune de ces technologies pour les utilisateurs potentiels. Nous recommandons dès lors de faire appel à un fabricant de grande envergure comme EnerSys®, qui sera à même de vous conseiller sur l’équilibre optimal entre performances et économie dans le cadre d’une application spécifique.

1 Une technologie sûre et fiable

Q : Compte tenu du degré critique des applications qu’elles protègent, dans quelle mesure ces technologies de batteries plomb-acide et Li-ion, les plus courantes et les plus utilisées, ont-elles fait leurs preuves en termes de sécurité et de fiabilité ?

R : Le plomb-acide, en tant que technologie de stockage de l’énergie établie de longue date, a fait ses preuves dans les applications de data centers. Il existe de nombreuses technologies plomb-acide, et la performance est connue pour être un facteur déterminant dans le choix de la technologie des batteries. Les batteries Li-ion, dotées du système intégré et associé de gestion de batterie BMS (Battery Management System), peuvent être considérées comme une technologie sûre, utilisée dans de nombreuses applications de la vie quotidienne. Environ deux milliards d’éléments sont produits chaque année, principalement pour des applications grand public. La technologie Li-ion offre également un environnement de travail sain et de bonnes performances dans des conditions de forte chaleur et de froid.
On dispose de peu de données sur les performances des batteries Li-ion pour les data centers. Les batteries Li-ion nécessitent un BMS comme une sécurité redondante pour éviter tout risque de décharge profonde ou de surcharge. Certaines précautions, notamment le choix des éléments et la conception globale de la batterie, sont essentielles pour une solution de batterie Li-ion sûre. Néanmoins, le BMS lui-même accentue la complexité de la conception globale du système, en augmentant le nombre de composants.

2 Coût d’investissement

Q : Le coût d’investissement est-il encore un facteur de décision entre les batteries Li-ion et plomb-acide ?

R : Malgré des baisses de coût historiques, le prix des batteries Li-ion demeure un obstacle pour de nombreux utilisateurs. Il dépend de nombreux facteurs, notamment le fournisseur, la qualité, les volumes d’achat et la chimie exacte utilisée.
Le type de chimie du lithium a également une incidence sur le coût. Par exemple, la technologie nickel-manganèse-cobalt (NMC) est plus récente et constitue l’option préférée de l’industrie automobile. Cela influence la recherche qui vise à améliorer les performances et à réduire les coûts. La technologie lithium-fer-phosphate (LFP), qui est plus ancienne, offre une densité spécifique et des performances cycliques plus faibles.

3 Capacité de charge rapide

Q : La technologie Li-ion offre-t-elle un avantage significatif en termes de rapidité de charge ?

R : La technologie Li-ion affiche une acceptation de charge élevée et une capacité de charge rapide, mais cela peut aussi obliger à utiliser un chargeur plus gros et plus coûteux.
Par ailleurs, la technologie de pointe TPPL diminue la vulnérabilité des data centers aux multiples pannes de courant en minimisant les temps de recharge et de préparation pour le cycle suivant. Par exemple, avec un courant de charge de 0,4C10 A, en utilisant la méthode de charge rapide, la batterie TPPL peut être entièrement rechargée, après une décharge d’une minute à 1,6 V/élément, en 2,5 heures, et prête pour le cycle suivant en 22 minutes.

4 Besoins de maintenance

Q : Comment peut-on comparer les besoins de maintenance des batteries Li-ion avec ceux des batteries plomb-acide ?

R : Les besoins de maintenance des batteries Li-ion sont pratiquement nuls grâce aux autodiagnostics intégrés qui signalent la majorité des problèmes. Cependant, les batteries VRLA (Valve Regulated Lead-Acid) nécessitent également peu de maintenance et aucun ajout d’eau. Les systèmes de surveillance des batteries peuvent être utilisés avec la technologie des batteries plomb-acide pour fournir des informations concernant le fonctionnement et faciliter la maintenance.
Le TPPL est une technologie de batterie éprouvée et de haute qualité, qui peut garantir une longue durée de vie et un temps d’arrêt réduit dans les data centers.

5 Durée de vie

Q : Quelles conclusions peut-on tirer en comparant les technologies de batteries Li-ion et plomb-acide ?

R : Dans les applications UPS, la durée de vie devient le facteur déterminant, car les batteries fonctionnent le plus souvent en mode veille avec une faible autonomie de cyclage. La durée de vie dépend de la chimie du lithium et de la technologie utilisées, ainsi que de la qualité de la batterie tant au niveau des éléments que du système.
La durée de vie des éléments des batteries est généralement estimée entre 15 et 20 ans à 25 °C.
Par ailleurs, il existe actuellement des batteries dotées de la technologie TPPL qui peuvent atteindre une durée de vie nominale de plus de 12 ans, avec une période d’activité effective observée de 8 à 10 ans. Ces résultats sont comparables à ceux de la norme standard AGM (Absorbent Glass Mat), qui prévoit une durée de vie de 5 à 6 ans pour les applications UPS.

6 Dimensions et poids

Q : Les batteries Li-ion sont-elles moins encombrantes et plus légères que celles au plomb-acide ?

R : Oui, d’environ 50 à 70 %. Cependant, le poids réduit des batteries Li-ion n’est pas essentiel dans les data centers. La réduction de son encombrement et de sa surface au sol peut toutefois être avantageuse, en particulier dans les installations de colocation. Cet avantage peut devenir plus important dans la mesure où la demande de traitement de données continue de croitre rapidement.
La technologie de batteries TPPL est également proposée comme une solution à densité d’énergie élevée conçue par EnerSys®, qui offre des avantages par rapport aux batteries plomb-acide standard.

7 Restrictions de transport

Q : Les technologies de batteries plomb-acide et Li-ion impliquent-elles des restrictions en matière de transport ?

R : Les batteries VRLA, y compris les TPPL, sont classifiées inversables et approuvées comme marchandises non dangereuses pour le transport terrestre, maritime et aérien. Les batteries Li-ion sont toutefois soumises à des restrictions réglementaires plus strictes en matière d’expédition, car appartenant à la classe UN3480. Les batteries doivent être expédiées dans un état de charge partiel (PSoC - partial state of charge) et être conformes aux réglementations en matière d’emballage. Elles ne peuvent être transportées en gros que par des compagnies spécialisées dans le fret.

8 Recyclage des batteries

Q : Quelles sont les possibilités de recyclage pour les technologies plomb-acide et Li-ion ?

R : Bien que les composants et les matières contenues dans les batteries Li-ion soient recyclables à 100 %, leur recyclage et leur élimination peuvent se révéler coûteux pour les utilisateurs finaux. Le recyclage des batteries lithium-fer-phosphate (LFP) n’est donc pas commercialement viable à l’heure actuelle. Toutefois, les batteries nickel-manganèse-cobalt (NMC) possèdent une valeur intrinsèque en termes de recyclage, car elles contiennent à la fois du nickel et du cobalt.
Les batteries plomb-acide contiennent du plomb ainsi que d’autres métaux, des acides et des plastiques. Au global, elles sont recyclables à environ 95 % et possèdent donc une valeur intrinsèque en fin de vie.

9 Passage du plomb-acide au Li-ion

Q : Est-il facile de reconfigurer un système UPS pour qu’il utilise des batteries Li-ion au lieu de batteries plomb-acide ?

R : Si les batteries plomb-acide et les batteries Li-ion utilisent généralement des chargeurs à tension constante, leurs caractéristiques de charge sont différentes. Les batteries plomb-acide fonctionnent en floating, qui est la pratique habituelle dans un data center. Pourtant, les batteries de types Li-ion ne sont pas entretenues et chargées à pleine charge. Les batteries plomb-acide et Li-ion présentent également des différences de tension de charge. Par conséquent, le passage du plomb-acide au Li-ion entraînerait un changement de l’architecture de charge, ainsi que les coûts associés. En revanche, le passage des batteries VRLA standard aux batteries de types TPPL permettra d’améliorer considérablement les performances sans qu’il soit nécessaire d’investir dans de nouveaux équipements de charge. 10 En résumé

Q : Pouvons-nous résumer les comparaisons entre les technologies plomb-acide et Li-ion ?

R : La technologie Li-ion suscite un intérêt croissant pour les exploitants de data centers et peut constituer une solution optimale pour les applications nécessitant une densité énergétique très élevée et une longue durée de vie. Son coût d’investissement élevé reste toutefois un obstacle. Néanmoins, l’analyse du coût total de possession (TCO) pourrait changer à mesure que les exigences d’autonomie évoluent et que les coûts de fabrication diminuent.

Comme il s’agit d’une technologie éprouvée, les batteries plomb-acide continueront à être très prisées dans les installations UPS. En outre, les utilisateurs désireux d’employer la technologie Li-ion peuvent discuter des alternatives TPPL avec EnerSys®. Citons notamment les gammes de batteries DataSafe® HX+ et DataSafe® XE d’EnerSys®. De surcroît, la gamme de batteries PowerSafe® SBS®EON Technology® est adaptée aux applications nécessitant une autonomie de cyclage, comme les applications destinées à soulager le réseau et à écrêter les pics de consommation.




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