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Energiespeicher Wie chemische Kondensatoren Computersysteme stützen

Autor / Redakteur: Robert Hieber * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Lithium-Ionen-Akkus und Supercaps zum Puffern der Spannungsversorgung von Rack-Servern haben einige Nachteile. Ein neuer Batterietyp auf Basis eines chemischen Kondensators wäre hier die bessere Wahl.

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Entwickler von Servern für Rack-Einbau wissen nur zu gut: die Versorgung mit Netzspannung ist alles andere als sicher. Daher gibt es in Blade-Computern für die Vermittlungszentralen von Telekomunternehmen sowie für Rechenzentren eine eigene Backup-Schaltung für Notfälle mit einer eigenen, netzunabhängigen Spannungsversorgung. Dieser Backup-Speicher enthält wichtige Konfigurationsdaten und andere Informationen, um den Rechner korrekt hochfahren zu können, wenn die Netzspannungsversorgung wieder hergestellt ist.

Konventionelle Spannungsversorgungen schränken den Schaltungsentwickler ein

Konventionelle Spannungsversorgungen mit Batterien oder Supercaps für den Backup-Speicher legen den Schaltungsentwicklern jedoch eine Reihe von Beschränkungen auf. Dieser Artikel beschreibt einen neuen Batterietyp, der sich durch überlegene Zuverlässigkeit in Rechnern für Rack-Einbau auszeichnet und den Schaltungsentwicklern mehr Freiheit lässt.

Flash-Speicher benötigen bei Schreibzugriffen 5 bis 10 W

Die Backup-Schaltungen in heutigen Blade-Rechnern arbeiten mit Flash-Speicher, einem preiswerten und zuverlässigen nicht-flüchtigen Speichertyp. Flash-Speicher benötigt bei den Schreibzugriffen vergleichsweise hohe Eingangsleistungen von typisch 5 bis 10 W für mehrere Sekunden pro 1 GB in den Speicher geschriebener Daten.

Lithium-Ionen-Zellen oder Superkondensatoren

Einschubrechner für Telekommunikation und Netzwerkserver arbeiten heute im Allgemeinen mit zwei Arten von unterbrechungsfreien Notstromversorgungen: Lithium-Ionen-Zellen oder Superkondensatoren, den sog. Supercaps, auch als „Gold Caps“ bekannt.

Lithium-Ionen-Zellen bieten hohe Energiedichte

Lithium-Ionen-Zellen haben den Vorzug einer hohen Energiedichte, d.h., die benötigte Kapazität lässt sich auf kleinem Raum unterbringen, was besonders bei den beengten Platzverhältnissen in einem Einschubrechner von Vorteil ist. So bietet die Microbattery LIP 423048 AJL eine Kapazität von 720 mAh bei einer Größe von nur 48 mm x 30 mm x 4,5 mm.

Supercaps ermöglichen hohe Entlade- und Ladeströme

Andere Einschubrechner verwenden Supercaps für den Backup-Speicher. Diese Bauteile ermöglichen hohe Entlade- und Ladeströme, wie sie beim Schreiben in Flash-Speicher benötigt werden.

Li-Ion-Akkus und Supercaps vertragen keine hohen Temperaturen

Beide Bauarten haben jedoch bei Systemen für Rack-Einbau den gleichen Nachteil: Sie vertragen weder beim Laden noch beim Entladen hohe Temperaturen. Typische Supercaps mit 1 F von führenden japanischen Herstellern haben z.B. eine Nennlebensdauer von nur 1000 h im Betrieb bei bis zu 70 °C. Der Betrieb elektrischer Doppelschichtkondensatoren – das ist die Technologie, auf der Supercaps basieren – bei hohen Temperaturen verkürzt die Lebensdauer ganz erheblich.

Bei Temperaturen über 45 °C nimmt die Lebensdauer von Li-Ion-Zellen deutlich ab

Bei Lithium-Ionen-Zellen ist das Problem noch ausgeprägter. Die Nenndaten der Bauteile Varta-Microbattery sehen beim Laden und Entladen Temperaturen nur bis 45 °C bei einer Lebensdauer von 400 Ladezyklen vor. Bei Temperaturen über 45 °C nimmt die Lebensdauer deutlich ab.

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