Qu’est-ce qu’une unité de secours par batterie (BBU) et comment fonctionne-t-elle ?

Lorsque les centres de données et les systèmes informatiques d’intelligence artificielle deviennent de plus en plus exigeants, assurer une alimentation électrique fiable est essentiel pour maintenir le fonctionnement des serveurs et des autres équipements critiques. Même une courte interruption d’alimentation peut perturber les processus informatiques, affecter la disponibilité des données et interrompre les activités commerciales.</p>

Une unité de secours par batterie (BBU) fournit une alimentation électrique temporaire à des équipements critiques lorsque leur source d’alimentation principale est interrompue. Dans les centres de données, les BBU sont couramment intégrées aux baies de serveurs ou aux systèmes d’alimentation associés, ce qui permet de fournir l’énergie de secours à proximité des équipements qui en ont besoin.</p>

Mais qu’est-ce exactement qu’une unité de sauvegarde de batterie (BBU), comment fonctionne-t-elle et quels composants constituent le système ? La compréhension de ces notions fondamentales permet d’expliquer le rôle de la technologie des batteries dans l’infrastructure d’alimentation électrique moderne des centres de données.

Qu’est-ce qu’une unité de secours par batterie (BBU) ?

Une unité de secours par batterie (BBU) est un système d’alimentation de secours basé sur des batteries, conçu pour fournir temporairement de l’énergie électrique à des équipements critiques lorsque leur source d’alimentation principale devient indisponible ou subit une interruption.</p>

Dans les centres de données et les environnements serveurs, les unités de sauvegarde d’alimentation (BBU) sont couramment déployées à l’intérieur ou à proximité des baies de serveurs et des systèmes d’alimentation associés. Cette disposition permet de fournir l’alimentation de secours à proximité des équipements qui en ont besoin, contribuant ainsi à maintenir la continuité de l’alimentation en cas d’interruptions imprévues de l’approvisionnement.

Une unité de secours (BBU) est généralement conçue en fonction des besoins énergétiques des équipements qu’elle prend en charge, plutôt que de servir de source de secours générale pour l’ensemble d’un site. Sa configuration et ses capacités dépendent de la charge connectée et de l’infrastructure électrique plus large.</p>

Contrairement à une batterie autonome, une unité de secours (BBU) est un système intégré qui regroupe des cellules de batterie, une gestion de la batterie, une conversion d’énergie et des fonctions de protection afin de fournir une alimentation de secours contrôlée.</p>

Les principales fonctions d’une UBB sont les suivantes&nbsp;:

• Assurer la continuité de l’alimentation électrique : Fournir une alimentation électrique temporaire aux équipements critiques lorsque l’alimentation principale est interrompue.

• Prise en charge des transitions d’alimentation : Combler les courtes coupures d’alimentation pendant que la source d’alimentation de secours devient disponible.

• Protection des opérations critiques : Aide les serveurs et les équipements informatiques à rester alimentés pendant les interruptions temporaires de l’alimentation.

• Prise en charge des arrêts contrôlés : Fournir une énergie de secours lorsque la puissance disponible est insuffisante pour assurer le fonctionnement normal.

Les unités de sauvegarde d’alimentation (BBU) sont particulièrement pertinentes pour les centres de données IA, les baies de serveurs d’entreprise et autres environnements informatiques dans lesquels des interruptions d’alimentation peuvent affecter des charges de travail critiques.</p>

La durée réelle de la sauvegarde et la charge prise en charge dépendent de plusieurs facteurs, notamment l’énergie disponible de la batterie, la demande en puissance, l’architecture du système et les conditions de fonctionnement.</p>

Comment fonctionne une unité de sauvegarde de batterie (BBU) ?

Une UBB fonctionne en stockant de l’énergie électrique dans ses cellules de batterie et en mettant cette énergie à disposition lorsque l’alimentation principale est interrompue.</p>

Bien que le processus de fonctionnement exact varie selon l’architecture d’alimentation, un système BBU typique comporte trois étapes principales : le fonctionnement normal, l’activation de l’alimentation de secours et la rétablissement de l’alimentation.</p>

1. Fonctionnement normal : charge et surveillance de la batterie

Sous des conditions de fonctionnement normales, le système d’alimentation principal fournit de l’électricité aux équipements connectés, tels que les serveurs ou les systèmes de distribution d’alimentation au niveau des baies.</p>

Parallèlement, la batterie BBU est maintenue à un état de charge approprié grâce à son circuit de charge. Le système de gestion de la batterie (BMS) surveille en continu les paramètres clés de la batterie, notamment la tension, le courant, la température et l’état de charge (SOC).

Cette surveillance permet de garantir que la batterie reste dans ses limites de fonctionnement autorisées et qu’elle est prête à fournir une alimentation de secours lorsque cela est nécessaire.</p>

2. Coupure d’alimentation : activation de l’alimentation de secours

Lorsque l’alimentation principale est interrompue ou sort de la plage de fonctionnement autorisée, le système de commande de l’unité de secours (BBU) déclenche le processus d’alimentation de secours.</p>

La batterie libère son énergie électrique stockée, tandis que le circuit de conversion de puissance régule la sortie pour qu’elle corresponde aux exigences du système électrique connecté.

Dans les applications serveur classiques, l’unité de sauvegarde de batterie (BBU) fournit une alimentation continue au bus de distribution d’énergie concerné, permettant ainsi aux équipements connectés de continuer à recevoir de l’électricité pendant l’interruption.

En fonction de l’infrastructure électrique globale, cette période de secours peut permettre la transition vers une autre source d’alimentation, comme un système de secours en amont, ou offrir suffisamment de temps pour une mise à l’arrêt ordonnée.</p>

La durée de secours disponible dépend de l’énergie utilisable de la batterie et de la charge connectée.

3. Rétablissement de l’alimentation électrique : Recharge et récupération du système

Lorsque l’alimentation principale est rétablie et que le système revient à des conditions de fonctionnement normales, la BBU quitte le mode de fonctionnement de secours.

Le système de charge de la batterie rétablit l’énergie utilisée pendant l’interruption. Pendant ce temps, le système de gestion de la batterie (BMS) continue de surveiller les conditions de la batterie afin de garantir que la charge s’effectue dans les limites de tension et de température autorisées.

Après la recharge, l’unité de sauvegarde de batterie revient à son état de veille, prête à faire face à une nouvelle interruption de courant.</p>

Ce cycle de fonctionnement permet à l’unité de sauvegarde (BBU) de fournir une alimentation de secours lorsque cela est nécessaire, tout en restant intégrée au processus normal de gestion de l’alimentation.

Qu’est-ce qui détermine la durée de sauvegarde d’une UAB ?

Le temps de sauvegarde fourni par une unité de secours (BBU) dépend de plus que de sa capacité nominale de batterie. L’énergie utilisable fournie par la batterie, les pertes de conversion d’énergie, la demande de puissance de la charge connectée et les limites de fonctionnement de la batterie influencent tous la durée pendant laquelle le système peut alimenter l’équipement.</p>

Par exemple, une charge raccordée plus élevée consomme généralement l’énergie stockée plus rapidement, tandis que les pertes de conversion réduisent l’énergie disponible pour l’équipement. C’est pourquoi la performance des unités de secours (BBU) doit être évaluée dans le contexte de l’ensemble du système d’alimentation, et non uniquement en fonction de la capacité de la batterie.

Pour une explication connexe relative à la capacité de la batterie et aux calculs de temps de fonctionnement de secours, consultez notre guide sur Dimensionnement de la batterie de l’onduleur.

Quels sont les principaux composants d’un BBU ?

Une unité de secours par batterie se compose de plusieurs composants interconnectés qui fonctionnent ensemble pour stocker de l’énergie, gérer le fonctionnement de la batterie, fournir une alimentation de secours et protéger le système.</p>

Bien que la configuration spécifique varie selon l’application et le fabricant, la plupart des systèmes BBU comprennent les composants fonctionnels suivants.

1. Cellules de batterie

Cellules de batterie sont les composants principaux de stockage d’énergie d’une unité de secours (BBU). Ils stockent l’énergie électrique pendant le fonctionnement normal et la libèrent lorsque de l’alimentation de secours est requise.

La chimie de la batterie, la configuration des cellules et les caractéristiques électriques influencent la capacité énergétique du système, sa puissance de sortie, ses limites de fonctionnement et sa durée de vie.

En fonction de l’application et de la conception du système, des technologies de batteries lithium-ion peuvent être utilisées dans les systèmes BBU. Les cellules sélectionnées doivent être compatibles avec la tension requise, le courant, la plage de température ainsi que les conditions de charge et de décharge.</p>

ACE Battery fournit également solutions de batteries UPS au lithium pour centre de données et autres applications d’alimentation de secours. L’adéquation d’une configuration de batterie donnée dépend des exigences électriques et d’intégration du système cible.

2. Système de gestion de la batterie (BMS)

Le Système de gestion de batterie (BMS) surveille et gère les conditions de fonctionnement du bloc-batterie.

Ses fonctions principales comprennent :

• Surveillance des tensions individuelles des cellules ou des groupes de cellules.

• Mesure du courant et de la température de la batterie.

• Estimation État de la charge (SOC) et état de santé (SOH).

• Gestion des limites de charge et de décharge.

• Surveillance des conditions anormales de la batterie.

• Prise en charge de l’équilibrage des cellules, le cas échéant.

En surveillant en continu l’état de la batterie, le système de gestion de la batterie (BMS) contribue à maintenir un fonctionnement sûr et fournit les informations nécessaires à la gestion de la batterie et à la coordination du système. Pour un aperçu plus détaillé de ses fonctions de base, consultez notre guide sur le Système de gestion de batterie (BMS).

3. Circuit de conversion de puissance

Le circuit de conversion de puissance gère le transfert d’énergie électrique entre la batterie et les équipements connectés.</p>

Comme la tension de la batterie peut varier pendant la charge et la décharge, un circuit de conversion de puissance peut être nécessaire pour réguler la sortie et maintenir la compatibilité avec le bus d’alimentation continue du système.

En fonction de l’architecture de l’unité de base bande (BBU), cette fonction peut impliquer une conversion continu-continu (CC-CC), une régulation de tension ou d’autres dispositions de gestion de l’alimentation.

Son rôle principal est de garantir que la puissance électrique produite répond aux exigences du réseau électrique connecté.

4. Circuit de protection

Le circuit de protection fournit une couche supplémentaire de protection électrique pour l’unité de sauvegarde de batterie.</p>

Il permet de gérer les conditions de fonctionnement anormales et protège la batterie ainsi que les équipements connectés contre d’éventuelles défaillances électriques.

Les fonctions de protection peuvent inclure :

• Protection contre les surintensités.

• Protection contre les courts-circuits.

• Protection contre les surtensions et les sous-tensions.

• Isolation électrique et coupure des défauts, le cas échéant.

Certaines fonctions de protection sont intégrées dans le système de gestion de la batterie (BMS), tandis que d’autres sont mises en œuvre au moyen de composants matériels distincts, selon la conception du système. L’agencement spécifique détermine la manière dont le système détecte et réagit aux défauts électriques.

5. Système de gestion thermique

Les performances et la sécurité de la batterie sont influencées par la température de fonctionnement. Un système de gestion thermique permet de maintenir la batterie dans sa plage de température spécifiée.</p>

En fonction de la configuration de la batterie et des besoins en puissance, la gestion thermique peut faire appel au refroidissement passif, au refroidissement par air forcé ou au refroidissement liquide.

Une gestion efficace de la température permet de réduire le stress thermique, de soutenir des performances constantes de la batterie et de maintenir un fonctionnement fiable.

6. Interface de surveillance et de communication

L’interface de surveillance et de communication permet à l’unité de base de bande passante (BBU) d’échanger des informations de fonctionnement avec l’infrastructure plus large de gestion de l’alimentation ou des serveurs.</p>

Les informations typiques peuvent inclure :

• Tension et courant de la batterie.

• Niveau de charge (SOC).

• Température de la batterie.

• État de fonctionnement.

• Informations relatives aux défauts et aux alarmes.

Ces informations aident les opérateurs du système et les contrôleurs de gestion de l’alimentation à surveiller l’état de la batterie et à coordonner le fonctionnement du système d’alimentation de secours.

Ensemble, ces composants permettent au BBU de fonctionner comme un système d’alimentation de secours intégré. Sa fiabilité dépend non seulement des cellules de batterie elles-mêmes, mais aussi de la manière dont les fonctions de gestion de la batterie, de conversion d’énergie, de protection et de surveillance interagissent entre elles.</p>

Conclusion

Une unité de secours par batterie (BBU) fournit une alimentation de secours temporaire à des équipements critiques lorsque l’alimentation principale est interrompue. En combinant des cellules de batterie, un système de gestion de batterie (BMS), des circuits de conversion d’énergie, des fonctions de protection et des capacités de surveillance, une BBU contribue à assurer la continuité de l’alimentation dans les centres de données et les environnements serveurs.</p>

La capacité de secours d’une unité de sauvegarde par batterie (BBU) dépend de la relation entre l’énergie utilisable fournie par la batterie, la demande de charge connectée, le rendement de conversion de puissance et l’architecture globale du système. Le choix de cellules de batterie adaptées et la coordination des différentes fonctions du système constituent donc des considérations importantes dans le développement d’une BBU.

Pour les fabricants d’équipement d’origine (FEO) développant des systèmes de secours à base de batteries, la sélection des batteries et l’intégration du système doivent être prises en compte conjointement avec les exigences électriques de l’application cible. Des facteurs tels que la plage de tension, la demande de puissance, la température de fonctionnement, les fonctions de protection et les exigences en matière de communication peuvent influencer la configuration du bloc-batterie. Notre guide sur développement personnalisé de système de batterie UPS au lithium explique comment ces exigences peuvent être évaluées au cours d’un projet OEM ou ODM.

ACE Battery fournit des solutions sur mesure de batteries au lithium pour les applications industrielles et de secours, répondant aux exigences des fabricants d’équipements d’origine en matière de performances spécifiques à l’application et d’intégration système.