שאלה נפוצה בתפעול מרכזי נתונים: לאחר כמה שנות שירות, בדיקה שגרתית מגלה תא נפוח אחד במחרוזת סוללות UPS. המתח שלו נמוך, אך שאר התאים נראים תקינים. האם אפשר להחליף רק את היחידה הפגומה, או שצריך להחליף את כל המחרוזת?
התשובה היא כמעט תמיד: להחליף את כל המחרוזת.
מדוע תא כושל אחד גורם לעיתים קרובות לפסילת המחרוזת כולה
מחרוזות סוללות עופרת-חומצה מחוברות בטור. במעגל טורי, הזרם זהה בכל תא, אך המתח, ההתנגדות הפנימית והקיבולת לעולם אינם זהים לחלוטין בין התאים. זהו שורש הבעיה.
הבדל בהתנגדות הפנימית
לסוללת עופרת-חומצה חדשה בקיבולת קטנה של 12V יש בדרך כלל התנגדות פנימית בין 0.015 ל-0.018Ω. בסוללה שהייתה בשירות במשך שלוש עד חמש שנים, ההתנגדות הפנימית יכולה לעלות מעל 0.05 Ω – ולעיתים קרובות הרבה יותר.
כאשר תאים ישנים וחדשים נטענים יחד בטור, מתח הטעינה מתחלק בהתאם להתנגדות הפנימית. התא הישן, בעל ההתנגדות הגבוהה יותר, מקבל מתח גבוה יותר. כתוצאה מכך, התא החדש עלול שלא להיטען במלואו, בעוד שהתא הישן כבר נמצא בטעינת יתר – מתחמם יתר על המידה, מאבד מים, מתנפח ומאיץ את מותו שלו. במהלך פריקה, המצב מתהפך: ההתנגדות הפנימית הגבוהה יותר של התא הישן גורמת למתח שלו לרדת מהר יותר. המחרוזת כולה נכבית מוקדם בגלל המתח הנמוך של התא הישן, והקיבולת של התא החדש נותרת בלתי מנוצלת לחלוטין.
אי-התאמה במתח
תקנים למחרוזות סוללות מגדירים את ההפרשים המרביים המותרים במתח מעגל פתוח בין תאים. הפרש המתח בין תא ישן לתא חדש חורג בהרבה מהמגבלה הזו. מנקודת מבט של עמידה בתקנים, ערבוב תאים ישנים וחדשים פשוט אינו מומלץ.
ירידת קיבולת
הקיבולת השימושית של מחרוזת סוללות נקבעת לפי התא החלש ביותר שלה. לאחר שלוש עד חמש שנים, קיבולת של תא ישן עשויה לרדת ל-70–80% מהערך הנקוב שלו, בעוד שתא חדש נמצא ב-100%. במהלך פריקה, התא הישן מתרוקן ראשון ומפעיל את הגנת המחרוזת. לתא החדש עדיין יש אנרגיה לספק, אך הוא אינו יכול להעביר אותה משום שהמחרוזת כבר נכבתה.
מכל הסיבות הללו, פרקטיקת התעשייה ברורה: אם מחרוזת סוללות עופרת-חומצה הייתה בשירות יותר משלוש שנים ותא אחד כושל, יש להחליף את כל המחרוזת. החלפה של תא אחד בלבד עשויה לעלות רק שבריר מהחלפה מלאה, אך הסיכונים הנובעים מכך – תקלות נוספות, עלויות תחזוקה גבוהות יותר וזמן השבתה אפשרי – עולים בהרבה על החיסכון לטווח הקצר.
במה שונה סוללת ניקל-אבץ?
ומה אם מרכז הנתונים משתמש במקום זאת בסוללת ניקל-אבץ? האם אותה בעיה חלה?
ההבדל המרכזי הראשון הוא אורך חיי השירות.
לסוללת ניקל-אבץ של ג’רצ’אמפ （8XNFZ38） יש אורך חיים מתוכנן של 10–15 שנים, לעומת 3–5 שנים בלבד בסוללות עופרת-חומצה קונבנציונליות.
אורך חיי שירות ארוך יותר פירושו ביצועים יציבים יותר לאורך זמן. לאחר חמש או שש שנות פעולה, מחרוזת ניקל-אבץ עדיין נמצאת במחצית הראשונה או באמצע מחזור החיים שלה. העקביות בין תאים בהתנגדות פנימית, מתח וקיבולת טובה בהרבה מזו של סוללות עופרת-חומצה באותו גיל. ההסתברות לכשל חמור של תא יחיד נמוכה בהרבה.
שנית, מצב הכשל שונה. כאשר סוללות עופרת-חומצה מזדקנות, ההתנגדות הפנימית עולה בחדות והקיבולת יורדת בפתאומיות. כאשר תא אחד כושל, כל המחרוזת קורסת זמן קצר לאחר מכן. לעומת זאת, סוללת ניקל-אבץ המתקרבת לסוף חייה מציגה בעיקר עלייה הדרגתית בהתנגדות הפנימית. היא אינה מתנתקת בפתאומיות במעגל פתוח או מתקצרת, וגם אינה מתנפחת, דולפת חומצה או משחררת גזים קורוזיביים כמו סוללות עופרת-חומצה. גם אם ביצועיו של תא אחד מתדרדרים, שאר המחרוזת יכולה להמשיך לעבוד – רק הקיבולת הכוללת פוחתת. לצוותי התחזוקה יש מספיק זמן לתזמן החלפה מתוכננת במקום להיקרא לתיקון חירום באמצע הלילה.
כמובן, ערבוב תאים ישנים וחדשים אינו מומלץ בשום כימיית סוללה, כולל ניקל-אבץ. אך הנקודה המרכזית היא: סוללות ניקל-אבץ שומרות על עקביות ארוכת טווח טובה בהרבה. הן אינן מפתחות את ההבדלים הגדולים שנראים במחרוזות עופרת-חומצה לאחר שלוש או ארבע שנים. המשמעות היא שתרחיש “תא אחד פגום” מתרחש הרבה מאוחר יותר – ובתדירות נמוכה בהרבה – במחזור החיים של סוללת UPS מניקל-אבץ.
מסקנות מעשיות למפעילי מרכזי נתונים
אז נחזור לשאלה המקורית: תא סוללת UPS אחד פגום – מה צריך לעשות?
אם אתם משתמשים בסוללות עופרת-חומצה והמחרוזת בת יותר משלוש שנים: החליפו את כל המחרוזת. לא מדובר בניסיון להגדיל עלויות; זו בחירה רציונלית המבוססת על ניסיון בשטח. כמה מאות הדולרים שתחסכו בהחלפת תא אחד בלבד ככל הנראה יוחזרו לכם פי כמה בעלויות תפעול גבוהות יותר – או גרוע מכך, בהשבתה שניתן היה למנוע.
אם אתם בוחנים טכנולוגיית סוללות אחרת למרכז הנתונים או למתקן AIDC שלכם: שקלו ניקל-אבץ. אורך החיים המתוכנן שלה ארוך פי שניים עד שלושה מזה של עופרת-חומצה. לאורך חיי מרכז הנתונים, מספר החלפות הסוללות יורד באופן דרמטי.
מנקודת מבט של עלות בעלות כוללת, לסוללת ניקל-אבץ עשויה להיות עלות ראשונית גבוהה יותר מאשר לעופרת-חומצה, אך היא מונעת שתיים או שלוש החלפות מלאות של מחרוזות – ובכך מבטלת לא רק עלויות חומרים ועבודה, אלא גם את כאבי הראש של תיאום זמני השבתה. עבור כל מתקן שמעריך זמינות גבוהה ועומס תחזוקה נמוך, ניקל-אבץ היא אפשרות שכדאי לבחון ברצינות.