百度高级系统架构师李小重:分布式锂电池系统在数据中心的实践

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百度高级系统架构师李小重:分布式锂电池系统在数据中心的实践 9月27日，在开放数据中心委员会的主持下，由百度、腾讯、阿里巴巴、中国电信、中国移动、中国信息通信研究院和英特尔共同主办的2016ODCC开放数据中心峰会在北京隆重举行。下午在ODCC服务器分公司，百度高级系统架构师李小重发表了题为“分布式锂电池系统在数据中心的实践”的演讲。 9月27日，在开放委员会的主持下，由百度、腾讯、阿里巴巴、中国电信、中国移动、中国信息通信研究院和英特尔共同主办的2016ODCC开放数据中心峰会在北京隆重举行。下午，在ODCC服务器分公司，百度高级系统架构师李小重发表了题为《分布式锂电池系统在数据中心的实践》的演讲。以下是演讲的全文:

百度高级系统架构师李小重

下午好，朋友们！我是百度系统部的李小重，负责数据中心的电气系统架构。今天，我可以站在服务器工作组的舞台上。我觉得百度已经初步实现了数据中心和信息技术设备的整合。我今天分享的主题是分布式锂电池系统在数据中心的实践。

首先，介绍两个背景。首先，让我们看看当前备用电源系统有什么问题。有什么样的问题？我们的主要备用电源是不间断电源。据估计，全球数据中心90%的备用电源系统是不间断电源加铅酸电池。在中国，随着英美烟草、中国电信和其他客户的推广，我们现在已经有了一些这样的高压直流输电系统。然而，这种系统有几个主要问题。第一个问题是束缚的损失非常大。过去不间断电源的损耗约为6个脉冲，12个脉冲可占10%以上，现在高频后为6%-8%。第二个问题是操作和维护不太方便。例如，在最初的几年里，铅酸电池每年都要进行一些放电测试，然后在3-5年后每年进行2-3次甚至4次放电测试。此外，还有一些例行检查。因此，这种操作和维护更加复杂。第三个问题是部署不灵活，因为它们是一个集中的系统，而且部署后，信息技术设备随时都在增加。当然，去过数据中心的人会发现，我们目前的数据中心占地面积很大，一个公园总有200到300亩，其中许多都被备用电源系统占用。

第二个背景是锂电池的发展。随着手持电子设备的发展，尤其是像手机和照相机这样的设备，锂电池现在是每个人都觉得非常熟悉的产品。特别是随着电动汽车产业的发展，我国新能源汽车的产量曾经达到38万辆，其中近30万辆为纯电动汽车。因此，这导致了整个锂电池行业的快速发展。2015年锂电池的出货量应该是2014年的三倍多，这是一个行业方面。

其次，就性能而言，我们知道锂电池的能量密度是铅酸电池的3-5倍，因此它为我们的电池进入机柜并减少占用面积带来了可能性。当然，最关键的因素是价值因素。在过去的三年里，我们已经看到锂电池的价格从每瓦特小时5块多下降到2到3块，下降了60%。当然，细心的观众可能会发现，2015年这个地方的锂电池原材料价格上涨了很多，但总体趋势仍然是下降趋势。

让我们看看分布式锂电池系统的整个系统架构。这个系统分为两个层次，一个叫BBS，另一个是它实际上是一个由BBU和几个BBU组成的BBS系统。然后，系统被挂在12V总线上。我们看到正常的PSU，然后转换到DC 12V，然后向服务器供电。当主电源被切断时，BBU会自动接管。我们现在使用一个电压差，PSU的输出电压大约是12.6伏，BBU的输出电压是12.3伏。通过这个电压差，当主电源被切断时，BBU将提升电压以向后面的服务器供电。当主电源接通时，BBU通过充电电路充电，而PSU不会因为BBU的配置而增加其配置，因为PSU通常是多余的。

此外，还有一个监控系统，即BBU的一些州及其警报通过远程监控系统上传到我们整个数据中心的监控系统。还有一个小细节，就是TOR电源。目前，我们已经定制了开关的12V输入电源，然后我们的计划是开关也通过12V总线直接向其供电。当然，还有其他方法，因为有这么多TOR制造商。如果我们都希望每个制造商开发12V PSU，成本相对较高。因此，我们实际上有另一个方案，即在12V总线方案中制造一个逆变器，并将其反转到12V。由于全蝎柜中整个TOR的功耗很小，实际负载只有100多万，但全蝎柜是8.8千瓦，所以即使安装了这样的逆变器，对整个供电系统的影响也不大，甚至能量损耗的增加也不大。这是电气系统的架构。

让我们再看看这个。这是一个物理和机械结构。我们知道天蝎座有46U和42U的橱柜。中间的3U代表PSU。我们的BBU被分成两个1U单元，每个单元可以安装2-4个bbu。我们目前的安排是将1U bbu安装在PSU的上面和下面。然而，事实上，这个BBU可以被放置在任何其他材料中，因为它后面的方案与服务器的方案相同，并且可以被插入到放置服务器的任何位置。

右边的两张图片展示了一个世纪的产品。这个1U可以容纳4个单位的产品，底部是BBU框架的图片。上部可直接插在12V母线上，也可通过推动直接卡住，安装维护非常方便。

那么，让我们来看看刚才提到的传统配电系统的问题，因为分布式锂电池，因为它们实际上属于后面的离线供电模式，通常没有能量通过PPS。这样，整个系统的效率非常高，达到99.5%以上。与传统的不间断电源或高压直流方案相比，效率提高了8%以上。

如果你再看看空房间，我不知道你们中有多少人去过数据中心。例如，对于10KW数据中心、中高密度数据中心，电源系统与服务器机柜系统的面积比几乎是1: 1。对于我们的一个数据中心，整个二楼是一个服务器机柜，整个一楼都是电源设备。因此，供电设备的比例非常大。这是计算机房中高压DC系统的示意图。如果将它们移除并放入占用2U空间的机柜中，我们将进行初步计算，并将数据中心的占用面积至少减少25%以上。它的操作和维护也非常方便，因为BBS系统装有BMS系统，它负责它的一些保护和一些正常设备的运行状态。我们可以实时监控它。

例如，它可以在没有人工干预的情况下执行常规放电。如果有故障，可以在线热交换和更换。你发现这张照片和刚才的不一样了吗？这是一个5+1模块的系统，BBS系统，是由另一家供应商为我们制造的。

最后，我们知道，在传统电源完成后，随着信息技术负载的增加，这一容量不会立即填满。因此，这个项目的初期投资有些浪费。BBU的系统安装了信息技术设备，因此我们可以根据需要部署此类电压设备，以保护我们的投资。

今年我们部署了几十个装有锂电池系统的服务器机柜，天蝎机柜。然后，我们计划明年部署数百种规模。此外，在我们计划的数据中心，我们已经设计了这种完全纯锂电池系统，也就是说，我们现在在亦庄的一个项目中有一个完全为锂电池设计的计算机房。因此，我乐观地估计，随着整个锂电池系统容量的扩大和产业链的成熟，BBS，即锂电池系统，将成为未来极具竞争力的备用电源系统。