一、背景
　　
　　根据最新数据,2025年全球数据中心单机柜平均功率预计将达到25kW,而传统数据中心的单机柜功率多为3～7kW。AI训练集群的单机柜功率普遍达到30-50kW,甚至英伟达GB200NVL72机柜的峰值功率可突破120kW。此外,智算业务由于部署了GPU/NPU加速卡及高密度服务器集群,单机柜功率需求可达到50-60kW。这种增长趋势表明,随着技术的进步和应用场景的扩展,数据中心对计算能力和效率的要求越来越高。
　　
　　在“双碳”目标与高算、超算的双重驱动下,原有供电网络无法满足要求,需要重新设计改造,导致大量资金浪费。分散式+浸没式液冷锂电供电解决方案,免去用户改造机房的麻烦,同时为IT设备提供最为理想的运行条件和环境保护。
　　
　　二、分散式+浸没式液冷锂电供电解决方案
　　
　　AI大模型、边缘计算等应用推动全球算力规模爆发式增长。2023年全球智能算力同比增速达136%,中国智能算力占比超60%,导致数据中心单机柜功率密度提升至30kW以上,传统集中式供电已无法高效支撑高密度负载。
　　
　　分散式+浸没式液冷锂电池供电系统(每个机柜独立供电)替代传统集中式系统,显著提升灵活性、可靠性和能效,是适应高计算和高效能需求的必然选择,详见图1所示。
　　
　　分散式+浸没式液冷锂电供电解决方案用户只需将UPS、浸没式液冷锂电池及相关配电单元安装在现有的服务器机柜中,该系统就会为IT设备提供专业全面的供电保障。该方案不仅可以提高供电的灵活性和可靠性,减少单点故障的影响,并且可以根据实际需求进行动态调整,优化能源使用效率。
　　
　　为了满足大多数单机柜算力需求,单机柜配置1台20-50KVA的机架式UPS系统,同时配置1套或2套的锂电池系统,UPS可以共用电池组,本地一体化浸没式液冷供电系统平替掉原有的市电供电回路即可。
　　
　　1.分散式供电方案对比分析
　　
　　1）结构差异
　　
　　原供配电系统将整个数据中心的电力需求集中管理,通过大型发电机组和高压输电线路来供电。这种方式的优点是管理简单,但缺点是投资成本高,且一旦主要供电设备出现故障,可能导致整个数据中心停电。分散式供电则将电力需求分散到各个区域或机柜,每个机柜独立供电,这种方式可以根据实际需求逐步扩容,减少前期投资压力。
　　
　　2）可靠性差异
　　
　　原相对集中的供配电系统的可靠性较低,因为一旦主要供电设备出现故障,整个数据中心可能会停电。而分散式供电由于每个机柜独立供电,即使部分区域出现故障,也不会影响整个数据中心,从而提高整体的供电可靠性。
　　
　　3）成本差异
　　
　　原来相对集中供配电系统的初期投资较高,系统母排和线缆要求的载流量相对都比较大,维护成本也相对较高。而分散式供电的末端所需的铜排和线缆比较小,可以根据需求逐步扩容,减少了不必要的浪费。
　　
　　4）扩展性差异
　　
　　原相对集中供配电系统的扩展性较差,一旦需求增加,整个系统的扩容难度较大。而分散式供电系统可以根据实际需求逐步增加电源设备,扩展性更强。
　　
　　2.浸没式液冷锂电
　　
　　目前锂电池包的散热方式主要风冷和液冷两种:
　　
　　1）风冷散热
　　
　　通过风扇和散热通道将空气引入电池包内部进行热交换。其优点包括成本低、结构简单、适用范围广。然而,风冷的散热效率较低,温度均匀性差,难以在高温环境下提供足够的冷却效果。风冷适用于能量密度较低、放电倍率较小的电池包。
　　
　　2）液冷散热
　　
　　目前的液冷散热主要是冷板式液冷方式。冷板式液冷属于间接式液冷,即发热元件和冷却介质不直接接触。它通过与装有液体的冷板直接接触来散热,或者通过导热部件将热量传导到冷板上,然后通过冷板内部液体循环带走热量。由于冷却液在流动过程中,由于管道设计和流动路径的限制,导致电池包不同区域的冷却效果不均匀。具体来说,冷却液在流动过程中可能会在某些区域积累,导致这些区域的温度较低,而在其他区域则温度较高,从而形成头热脚冷的温度分布。
　　
　　图2所示方案提供的锂电池产品采用先进的浸没式液冷技术,锂电池浸没在安全防护液体里,杜绝了传统风冷方式存在的散热效率低,冷热不均衡,故障起火等安全隐患。有效地提升了锂电池的整体安全性,减少了安全事故的发生。非常适用于高算力服务器及数据中心环境。
　　
　　单套液冷电池系统,可以为10～50KW的UPS提供备电保障。电池为方形铝壳磷酸铁锂电池,整个模组由电芯、线束、端板、外壳、散热器、液冷管路及BMU等组成,采用模块化设计,标准19英寸插箱结构。
　　
　　电池包采用安全防护液浸没式液冷,热量传递快,散热均匀,一致性好,可靠性高。所有电芯浸没在液体里面,由于液体的导热性能远远高于空气,所以可以更快的带着电芯产生的热量,提供散热均匀度和温度一致性。解决液冷板电芯上下温差≥10℃的问题,使整包温度在25±2℃,温差≤2℃环境下运行,大大延长电芯循环寿命,提升性能稳定性,并降低了能耗。电芯全浸没于绝缘冷却液中,通过物理隔绝氧气与毫秒级降温,实现热失控抑制,保障系统100%不起火、不爆炸。
　　
　　浸没式液冷锂电池的运营成本主要包括冷却液和设备维护成本。虽然前期建设成本稍高,但长期来看,液冷系统的维护成本较低,且冷却液的选择对成本有显著影响。国产冷却液价格较低,使用国产冷却液可以显著降低液体成本。
　　
　　三、总结
　　
　　随着数据中心算力飞速提升,高功率单机柜将迅速普及,传统数据中心配电方案面临重大挑战,在保安全的前提下,实现碳中和,降低PUE,配电系统迎来液冷时代。以技术创新为驱动,以市场发展为导向,积极助力国家节能减排和双碳目标的实现。
　　
　　分散式+浸没式液冷锂电供电解决方案不仅提高了供电系统的可靠性和灵活性,还通过浸没式液冷技术有效降低了数据中心的能耗和运营成本。该方案通过“分散供电+浸没安全”的双重革新,为数据中心提供高兼容性、高安全的机柜级绿色供电路径。
　　
　　作者简介
　　
　　何应齐,男,1984年生,汉族,湖北省武汉市,机电一体化专业,中级职称。专注于电力专用车辆、移动储能、数据机房领域的开发研究。
　　
　　编辑：Harris