Por Nicola Corradinge, rente de marketing estratégico y de productos en FIAMM Energy Technology

Las baterías han estado presentes en el centro de datos desde su introducción, conectadas al sistema UPS para garantizar un funcionamiento fluido y sin interrupciones del servicio. En este artículo profundizamos en el mundo de las baterías para identificar medidas y consideraciones preventivas, con un enfoque específico en el monitoreo de baterías y el análisis de datos predictivos.

Los sistemas de baterías de los centros de datos están diseñados para proporcionar continuidad de energía instantánea para respaldar la energía extraída de la red. Las baterías suelen estar diseñadas para cubrir necesidades de energía a corto plazo. Más allá de ese tiempo y cuando se necesita un soporte más prolongado, un generador u otro medio de generación de energía, como pilas de combustible, arranca y continúa alimentando el sitio.

Recientemente, se han generado nuevas oportunidades por la posibilidad de utilizar baterías de respaldo para brindar servicios de red y, por lo tanto, convertirse en una fuente de ingresos para los operadores de centros de datos.

Opciones de tecnología de batería

Durante décadas, las baterías de plomo han sido básicamente la única opción disponible en el mercado. Su diseño ha evolucionado a lo largo de los años, mejorando la densidad energética y reduciendo las necesidades de servicio.

Durante los últimos 10 años, se han desarrollado soluciones de litio como alternativa al plomo. El litio ofrece varias ventajas, como menor peso y, en algunos diseños, un mejor ciclo de vida. Pero también tiene sus inconvenientes, principalmente relacionados con la inestabilidad inherente del litio, que necesita un control y una gestión adecuados para permanecer dentro de límites operativos seguros.

Por esta razón, todas las baterías de litio incluyen un Sistema de Gestión de Batería (BMS) que está diseñado para proteger la batería, proporcionar alarmas y desconectarla de la carga en caso de que los parámetros controlados salgan de la ventana de seguridad preestablecida.

En cualquier caso, debido a la inestabilidad del litio, que a veces puede provocar incendios que no pueden controlarse fácilmente, no se recomienda instalar baterías de litio en las instalaciones del centro de datos, sino en salas o contenedores separados y dedicados.

Criterios de diseño del sistema de baterías

Al seleccionar, diseñar y dimensionar un sistema de baterías se deben tener en cuenta varios factores. Como ocurre con cualquier otro componente o dispositivo, las baterías pueden fallar. Por lo tanto, el sistema debe ser tolerante a fallas por diseño.

Por lo general, esto se logra seleccionando múltiples cadenas de baterías en una configuración n+1 junto con un diseño de UPS n+1, específicamente en el caso de UPS conectados a sistemas de baterías comunes.

Dicho esto, la redundancia conlleva problemas en términos de espacio, peso y coste vinculados a los dispositivos adicionales. Por tanto, el nivel de redundancia debe seleccionarse de acuerdo con el nivel de disponibilidad solicitado por el sistema.

El rendimiento de la batería también se degrada durante la vida operativa. Esto también se debe considerar durante la fase de diseño para obtener el tiempo de respaldo adecuado al final de la vida útil de la batería. Desafortunadamente, según estudios que examinan las interrupciones en los centros de datos, parece que en varios casos estas recomendaciones no siempre se implementan por completo.

Monitoreo de batería

Al igual que con cualquier otro componente, las baterías deben ser revisadas periódicamente por personal calificado. Sin embargo, el servicio in situ es costoso y los procedimientos de prueba pueden chocar con la renuencia del usuario final a asumir el riesgo asociado con la descarga real de la batería.

Las dificultades asociadas con el mantenimiento de las baterías se han identificado como una de las principales causas de los cortes. Para superar este problema, se han desarrollado sistemas de monitoreo de baterías para todas las tecnologías de baterías.

Estos dispositivos están conectados en vivo a los terminales de las celdas de la batería, para verificar constantemente parámetros funcionales como voltaje, temperatura e impedancia interna.

El equilibrio celular también es una característica importante. Si bien este tipo de sistema está pensado como una característica opcional para la tecnología de plomo (es decir, envío de alertas y alarmas en caso de mal funcionamiento), para las baterías de litio es una parte fundamental y obligatoria, necesaria para mantener la batería dentro de los parámetros funcionales de la ventana de seguridad.

Siempre que los parámetros exceden los ajustes designados, la batería de litio se desconecta de la carga crítica y se activa una alarma. Estos dispositivos, si bien no reemplazan por completo el servicio en sitio, brindan información esencial sobre los parámetros operativos y funcionales de la batería.

Vale la pena señalar que cuando se alcanzan los umbrales de alarma, significa que las baterías están funcionando en condiciones críticas y, por lo tanto, no pueden proporcionar un rendimiento completo, lo que a su vez puede provocar un corte de energía de la carga crítica.

Análisis de datos de la batería

Fiamm lleva más de 15 años recopilando y analizando datos de un gran número de baterías instaladas. Al principio, el objetivo era detectar cualquier problema con la batería y alertar al cliente para poder sustituirla rápidamente.

Después de años de recopilar y analizar datos, los ingenieros de Fiamm desarrollaron un algoritmo avanzado para predecir un fallo de la batería basándose en la información detectada por el sistema de gestión de la batería (es decir, voltaje, temperatura e impedancia).

En un principio, el análisis de los datos destacó que en muchos casos las baterías no funcionan como deberían. La temperatura es el principal factor que afecta la duración de la batería y, en varias instalaciones, fue mucho más alta de lo necesario.

Esto resultó en una vida operativa más corta de lo esperado, poniendo en riesgo la carga crítica. Para mejorar la situación y reducir los costes generales, se recomienda la instalación de baterías resistentes a la temperatura en habitaciones donde la implementación de refrigeración es difícil o costosa.

Otro elemento crítico que surgió del análisis de datos preliminares fue la falta de coincidencia entre el voltaje de carga y la temperatura de la batería, que a menudo puede provocar el deterioro de la batería. En este caso el problema se puede solucionar activando la compensación de voltaje de la batería en el cargador del UPS y colocando el sensor de temperatura de la batería en el lugar correcto.

Además de estos hallazgos iniciales, se lanzó la elaboración de big data, cruzando datos recopilados de BMS con información de análisis de laboratorio de desmontaje de baterías defectuosas. El objetivo de la elaboración era cotejar los hallazgos de laboratorio sobre baterías defectuosas con datos procedentes de su vida operativa.

Esto dio como resultado metodologías confiables que permiten predecir e identificar problemas potenciales en baterías operativas en función de los parámetros disponibles en BMS (voltaje, temperatura, impedancia). Con esta información, los operadores de centros de datos tienen control total de sus baterías y pueden planificar su reemplazo en el momento adecuado, antes de que alcancen un punto crítico, pero no demasiado pronto, por lo que se deshacen de un activo aún valioso.

Para llevar a cabo este análisis, el BMS debe estar conectado en vivo a Fiamm o, cuando esto no sea posible, los datos deben descargarse periódicamente y enviarse a los ingenieros de I+D de Fiamm. De esta manera, el riesgo de corte debido al envejecimiento de la batería se puede reducir a casi cero.

Recomendaciones de Fiamm Energy Technology

Los BMS se implementan ampliamente en la industria de los centros de datos, pero la mayoría de los clientes los consultan en caso de cualquier alerta o alarma. Nuestra experiencia muestra que los datos recopilados y almacenados en un BMS tienen un enorme valor a la hora de optimizar la duración de la batería y predecir posibles fallos del sistema.

Fiamm Energy Technology recomienda aprovechar al máximo este valor analizando adecuadamente los datos disponibles para tomar las medidas necesarias.