Energiespeicher

Wie chemische Kondensatoren Computersysteme stützen

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Der Betrieb bei hohen Temperaturen ist unvermeidlich

Das Problem bei Servern für Rack-Einbau ist, dass ein Betrieb bei hohen Temperaturen unvermeidlich ist. Platz ist teuer und diese Anlagen sind für eine hohe Rechnerdichte ausgelegt.

Bei Einschubrechnern, die über 200 W aufnehmen und dicht gepackt betrieben werden, steigt die Temperatur z.B. in Fernmelde-Vermittlungszentralen auf bis zu 55 °C. Hier ist eine Zwangskühlung erforderlich, um Bauteile mit hoher Leistungsaufnahme, z.B. Prozessoren, auf einer sicheren Betriebstemperatur zu halten.

Typische Kühlung mit Luftstrom von vorn nach hinten

Bei einer typischen Kühlungsanordnung mit einem Luftstrom, der von vorn nach hinten durch den Rechner verläuft, tritt vorn am Einschub relativ kühle Luft ein, die sich an den heißen Bauteilen erwärmt. Diese heiße Luft verlässt den Einschub auf der Rückseite und die in ihr enthaltene Verlustwärme wird an die Umgebungsluft abgegeben.

Auswirkung der Anordnung auf die Backup-Speichersysteme

Wie wirkt sich diese Anordnung auf die Backup-Speichersysteme aus? Sie führt dazu, dass viele Bauteile möglichst weit vorn im Einschub angeordnet werden sollten, wo die Luft noch am kühlsten ist. Der Entwickler möchte hier natürlich die Komponenten platzieren, die am meisten gekühlt werden müssen, z.B. Prozessor und Festplatten.

Server in Rechenzentren sind für eine Lebensdauer von drei Jahren und mehr ausgelegt

Für die übrigen Komponenten, die weiter hinten angeordnet sind, bedeutet dies, dass sie auch bei Lufttemperaturen über 55 °C funktionieren müssen. Wie bereits erklärt, leiden die unabhängigen Spannungsversorgungen, die heute üblicherweise eingesetzt werden, daran, dass ihre Lebensdauer bei Temperaturen über 45 °C rasch abnimmt. Die Server in Vermittlungseinrichtungen und Rechenzentren sind jedoch für eine Lebensdauer von drei Jahren und mehr ausgelegt, bevor sie ersetzt werden.

Der Entwickler hat nur zwei Möglichkeiten

Dem Entwickler dieser Einschübe lässt dies nur zwei Möglichkeiten, die ihm beide nicht recht sein können: Entweder opfert er für die Backup-Spannungsversorgung kostbaren Platz in der Nähe des Lufteinlasses und verweigert so anderen Bauteilen, die gekühlt werden müssen, die kühlere Luft, oder er verlegt die Backup-Spannungsversorgung in einen heißeren Bereich des Boards und nimmt hin, dass die Lebensdauer unter drei Jahre absinkt.

Für den Betreiber des Servers heißt das, dass er die Back-up Spannungsversorgung vor dem Ende der Lebensdauer des Servers austauschen muss. Diese notwendige Wartungsmaßnahme ist für den Anwender teuer und unpraktisch.

Vorteile einer verbesserten NiMH-Zelle

Jetzt gibt es jedoch eine Alternative. Nickel-Metallhydrid-Zellen (NiMH) sind für ihre Robustheit in elektronischen Systemen bekannt. Sie eignen sich besonders gut für Notstrom- und Backupsysteme, da sie dauerladefähig sind.

Durch ständiges kurzes Nachladen der Zelle mit einem Strom von wenigen Milliampere gleicht das System den Energieverlust durch Selbstentladung aus und sorgt so dafür, dass die Zelle jederzeit voll geladen ist. Eine mit Erhaltungsladung betriebene NiMH-Batterie gibt daher mit Sicherheit ihre Nennleistung ab, wenn sie benötigt wird.

Auch NiMH-Zellen sind bei hohen Temperaturen problrmatisch

In der Vergangenheit waren aber auch NiMH-Zellen nicht für ihre Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen bekannt. Außerdem haben sie eine geringere Energiedichte als Lithium und sind daher größer als eine Lithium-Ionen-Zelle mit gleicher Kapazität. Entwickler von Einschubrechnern, die so viel Rechenleistung wie möglich in einen möglichst kleinen Raum packen müssen, haben daher in der Vergangenheit Lithium-Ionen-Batterien bevorzugt.

Eine Batterie mit neuer Kunststoffdichtung

Eine neue Batterieentwicklung von Varta Microbattery, die V 500 HT (HT = High Temperature), eröffnet nun jedoch auch der NiMH-Technologie den Einsatz in Telekom-Servern. Bei der V 500 HT wurde die herkömmliche Kunststoffdichtung der Zelle durch eine neue Technik mit einem hochtemperaturfesten Synthetikmaterial ersetzt und diese mit einer proprietären Beschichtung versehen. Gleichzeitig wurde der Elektrolyt mit neuen Additiven für eine bessere Stabilität so modifiziert, dass die Ladefähigkeit der Batterie bei hohen Temperaturen verbessert wird.

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