Hallo vriende!
Na die publikasie van die artikel Daar was baie opmerkings oor die gevare van Li-Ion-oplossings vir bedieners en datasentrums. Daarom sal ons vandag probeer uitvind wat die verskille is tussen industriële litiumoplossings vir 'n UPS en die battery in jou gadget, hoe die bedryfstoestande van batterye in 'n bedienerkamer verskil, hoekom in 'n Li-Ion-foon die battery nie hou nie meer as 2-3 jaar, en in 'n datasentrum sal hierdie syfer tot 10 of meer jaar toeneem. Waarom die risiko's van litiumbrand in 'n datasentrum/bedienerkamer minimaal is.
Ja, ongelukke met UPS-batterye is moontlik ongeag die tipe energiebergingstoestel, maar die mite van die "brandgevaar" van industriële litiumoplossings is nie waar nie.
Baie het dit immers gesien met 'n litiumbattery in 'n motor wat op die snelweg beweeg? So, kom ons kyk, vind dit uit, vergelyk ...
Hier sien ons 'n tipiese geval van onbeheerde selfverhitting, termiese weghol van die telefoonbattery, wat tot so 'n voorval gelei het. Jy sal sê: HIER! Dit is net 'n foon, net 'n mal persoon sal so iets in die bedienerkamer sit!
Ek is seker dat die leser na bestudering van hierdie materiaal sy standpunt oor hierdie kwessie sal verander.
Huidige situasie in die datasentrummark
Dit is geen geheim dat die bou van 'n datasentrum 'n langtermynbelegging is nie. Die prys van ingenieurstoerusting alleen kan 50% van die koste van alle kapitaalkoste wees. Die terugbetalingshorison is ongeveer 10-15 jaar. Natuurlik is daar 'n begeerte om die totale koste van eienaarskap deur die hele lewensiklus van die datasentrum te verminder, en terselfdertyd ook kompakte ingenieurstoerusting, wat soveel ruimte as moontlik vir die loonvrag vrystel.
Die optimale oplossing is 'n nuwe herhaling van industriële UPS gebaseer op Li-Ion-batterye, wat lankal ontslae geraak het van "kindersiektes" in die vorm van brandgevare, verkeerde laai-ontladingsalgoritmes, en 'n massa beskermende meganismes verkry het.
Met die toename in die kapasiteit van rekenaar- en netwerktoerusting, groei die vraag na UPS. Terselfdertyd neem die vereistes vir batterylewe toe in geval van probleme met gesentraliseerde kragtoevoer en/of onderbrekings wanneer 'n rugsteunkragbron begin word in die geval van die gebruik/beskikbaarheid van 'n dieselkragopwekkerstel.
Na ons mening is daar twee hoofredes:
- Vinnige groei in die volume inligting wat verwerk en oorgedra word
Byvoorbeeld, wat
gestoor en verwerk moet word. - Groei in die dinamika van elektriese energieverbruik. Ten spyte van die algemene tendens van die vermindering van energieverbruik van IT-toerusting, die vermindering van die spesifieke energieverbruik van elektroniese komponente.
Energieverbruikgrafiek van net een bedryfsdatasentrum
Dieselfde neiging word gedemonstreer deur datasentrummarkvoorspellings in ons land.Volgens die webwerf, is die totale aantal rakspasies wat in werking gestel is meer as 20 duisend. “Die aantal rekspasies wat in 20 deur die 2017 grootste datasentrumdiensverskaffers in werking gestel is, het met 3% toegeneem en 22,4 duisend bereik (data vanaf 1 Oktober, 2017),” – sê die CNews Analytics-verslag. Volgens raadgewende agentskappe sal die aantal rakspasies teen 2021 na verwagting toeneem tot 49 duisend. Dit wil sê, in twee jaar kan die werklike kapasiteit van die datasentrum verdubbel. Waarmee hou dit verband? Eerstens, met die toename in die volume inligting: beide gestoor en verwerk.
Benewens wolke, beskou spelers die ontwikkeling van datasentrumvermoëns in die streke as groeipunte: dit is die enigste segment waar daar 'n reserwe vir besigheidsontwikkeling is. Volgens IKS-Consulting was die streke in 2016 slegs verantwoordelik vir 10% van alle hulpbronne wat op die mark aangebied word, terwyl die hoofstad en die Moskou-streek 73% van die mark beslaan het, en St. Petersburg en die Leningrad-streek - 17%. In die streke is daar steeds 'n tekort aan datasentrumhulpbronne met 'n hoë mate van fouttoleransie.
Teen 2025 sal die totale hoeveelheid data in die wêreld na verwagting 10 keer toeneem vergeleke met 2016.
Tog, hoe veilig is litium vir 'n bediener of datasentrum UPS?
Nadeel: hoë koste van Li-Ion-oplossings.
Die prys van litiumioonbatterye is steeds hoog in vergelyking met standaardoplossings. Volgens SE-ramings sal die aanvanklike koste vir hoëkrag-UPS'e van meer as 100 kVA vir Li-Ion-oplossings 1,5 keer hoër wees, maar uiteindelik sal die besparing op eienaarskap 30-50% wees. As ons vergelykings tref met die militêre-industriële kompleks van ander lande, dan is hier die nuus oor die bekendstelling in met Li-Ion batterye. Dikwels word litium-ysterfosfaatbatterye (LFP in die foto) in sulke oplossings gebruik as gevolg van hul relatiewe goedkoopheid en groter veiligheid.
Die artikel noem dat $100 miljoen bestee is aan nuwe batterye vir die duikboot, kom ons probeer dit omskep in ander waardes ...4,2 duisend ton is die onderwater verplasing van 'n Japannese duikboot. Oppervlakverplasing - 2,95 duisend ton. As 'n reël bestaan 20-25% van die boot se gewig uit batterye. Van hier af neem ons ongeveer 740 ton - loodsuurbatterye. Verder: die massa van litium is ongeveer 1/3 van dié van loodsuurbatterye -> 246 ton litium. Teen 70 kWh/kg vir Li-ioon kry ons ongeveer 17 MWh se battery-skikkingskrag. En die verskil in die massa van batterye is ongeveer 495 ton... Hier word nie in ag geneem nie , wat 14,5 ton silwer per duikboot benodig, en kos 4 keer meer as loodsuurbatterye. Laat ek jou daaraan herinner dat Li-Ion-batterye nou net 1,5-2 keer duurder is as VRLA, afhangende van die krag van die oplossing.
Wat van die Japannese? Hulle het te laat onthou dat die “verligting van die boot” met 700 ton 'n verandering in sy seewaardigheid en stabiliteit meebring... Hulle moes waarskynlik wapens aan boord byvoeg om die ontwerpgewigverdeling van die boot terug te gee.
Litiumioonbatterye weeg ook minder as loodsuurbatterye, so die Soryu-klas duikbootontwerp moes ietwat herontwerp word om ballas en stabiliteit te handhaaf.
In Japan is twee tipes litiumioonbatterye geskep en in 'n operasionele toestand gebring: litium-nikkel-kobalt-aluminiumoksied (NCA) vervaardig deur GS Yuasa en litiumtitanaat (LTO) vervaardig deur Toshiba Corporation. Die Japannese vloot sal NCA-batterye gebruik, terwyl Australië volgens Kobayashi LTO-batterye aangebied is vir gebruik op Soryu-klas duikbote in 'n onlangse tender.
Met die kennis van die eerbiedige houding teenoor veiligheid in die Land van die Opkomende Son, kan ons aanvaar dat litiumveiligheidskwessies opgelos, getoets en gesertifiseer is.
Risiko: brandgevaar.
Dit is waar ons die doel van publikasie sal uitvind, aangesien daar diametraal teenoorgestelde menings oor die veiligheid van hierdie oplossings is. Maar dit is alles retoriek, maar wat van spesifieke industriële oplossings?
Ons het reeds veiligheidskwessies in ons bespreek , maar laat ons weer by hierdie kwessie stilstaan. Kom ons kyk na die figuur wat die vlak van beskerming van die module en LMO/NMC-sel van die battery wat deur Samsung SDI vervaardig is en as deel van die Schneider Electric UPS gebruik word, ondersoek het.
Chemiese prosesse is in die gebruiker se artikel bespreek . Kom ons probeer om die moontlike risiko's in ons spesifieke geval te verstaan en vergelyk dit met meervlakbeskerming in Samsung SDI-selle, wat 'n integrale deel is van 'n klaargemaakte Type G Li-Ion-rek as deel van 'n omvattende oplossing gebaseer op Galaxy VM .
Kom ons begin met 'n algemene gevalvloeidiagram van die risiko's en oorsake van brand in 'n litiumioonsel.
Onder die bederf kan u die teoretiese kwessies van brandrisiko's van litium-ioonbatterye en die fisika van prosesse bestudeerAanvanklike blokdiagram van die risiko's en oorsake van brand (Veiligheidsgevaar) van 'n litium-ioonsel vanaf 2018 jaar.
Aangesien daar, afhangende van die chemiese struktuur van die litium-ioonsel, verskille in die termiese weghol-eienskappe van die sel is, sal ons hier fokus op die proses wat in die artikel beskryf word in 'n litium-nikkel-kobalt-aluminium sel (gebaseer op LiNiCoAIO2) of NKW.
Die proses om 'n ongeluk in 'n sel te ontwikkel, kan in drie fases verdeel word:
- stadium 1 (aanvang). Normale werking van die sel wanneer die temperatuurverhogingsgradiënt nie 0,2 grade Celsius per minuut oorskry nie, en die seltemperatuur self nie 130-200 grade Celsius oorskry nie, afhangende van die chemiese struktuur van die sel;
- fase 2, opwarming (versnelling). Op hierdie stadium styg die temperatuur, die temperatuurgradiënt neem vinnig toe, en termiese energie word aktief vrygestel. Oor die algemeen gaan hierdie proses gepaard met die vrystelling van gasse. Oormatige gasontwikkeling moet vergoed word deur die werking van die veiligheidsklep;
- fase 3, termiese weghol (Runaway). Battery verhit oor 180-200 grade. In hierdie geval tree die katodemateriaal in 'n disproporsioneringsreaksie en stel suurstof vry. Dit is die vlak van termiese weghol, aangesien in hierdie geval 'n mengsel van vlambare gasse met suurstof kan voorkom, wat spontane ontbranding sal veroorsaak. Hierdie proses kan egter in sommige gevalle beheer word, lees - wanneer die regime van eksterne faktore verander, stop termiese weghol in sommige gevalle sonder noodlottige gevolge vir die omliggende ruimte. Die diensbaarheid en werkverrigting van die litiumsel self na hierdie gebeure word nie in ag geneem nie.
Termiese wegholtemperatuur hang af van selgrootte, selontwerp en materiaal. Die termiese wegholtemperatuur kan wissel van 130 tot 200 grade Celsius. Die termiese wegholtyd kan wissel en wissel van minute, ure of selfs dae...
Wat van LMO/NMC tipe selle in litium-ioon UPS'e?
– Om kontak van die anode met die elektroliet te voorkom, word 'n keramieklaag as deel van die sel (SFL) gebruik. Die beweging van litiumione word by 130 grade Celsius geblokkeer.
– Benewens die beskermende uitlaatklep, word 'n Over Charge Device (OSD) beskermingstelsel gebruik, wat saam met 'n interne lont werk en die beskadigde sel afskakel, wat verhoed dat die termiese wegholproses gevaarlike vlakke bereik. Boonop sal die interne OSD-stelsel vroeër aktiveer, wanneer die druk 3,5 kgf/cm2 bereik, dit wil sê die helfte minder as die reaksiedruk van die sel se veiligheidsklep.
Terloops, die selsmelter sal binne nie meer as 2500 sekondes teen strome bo 2 A werk nie. Kom ons neem aan dat die temperatuurgradiënt 'n lesing van 10 grade C/min bereik. Binne 10 sekondes sal die sel tyd hê om ongeveer 1,7 grade by sy temperatuur te voeg terwyl dit in oorklokmodus is.
– ’n Drie-laag skeier in die sel in herlaaimodus sal die oorgang van litiumione na die anode van die sel blokkeer. Die blokkeertemperatuur is 250 grade Celsius.
Kom ons kyk nou wat het ons met die seltemperatuur; Kom ons vergelyk in watter stadiums verskillende tipes beskerming op selvlak geaktiveer word.
— OSD-stelsel – 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= eksterne druk
Bykomende beskerming teen oorstrome.
— veiligheidsklep 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= eksterne druk
- versmelt binne die sel 2 sekondes by 2500A (oorstroommodus)
Die risiko van termiese weghol van 'n sel hang direk af van die graad/vlak van lading van die sel, meer besonderhede hier...Kom ons kyk na die effek van die selladingvlak in die konteks van die risiko's van termiese weghol. Kom ons kyk na die tabel van ooreenstemming tussen die seltemperatuur en die SOC-parameter (State of Charge, graad van lading van die battery).
Die batterylaaivlak word as 'n persentasie gemeet en wys hoeveel van die totale lading nog in die battery gestoor is. In hierdie geval oorweeg ons die battery herlaaimodus. Daar kan tot die gevolgtrekking gekom word dat, afhangende van die chemie van die litiumsel, die battery anders kan optree wanneer dit oorlaai word en verskillende vatbaarheid vir termiese weghol het. Dit is as gevolg van die verskillende spesifieke kapasiteit (A*h/gram) van verskillende tipes Li-Ioon-selle. Hoe groter die spesifieke kapasiteit van die sel, hoe vinniger word hitte vrygestel tydens herlaai.
Daarbenewens, by 100% SOC, veroorsaak 'n eksterne kortsluiting dikwels termiese weghol van die sel. Aan die ander kant, wanneer die sel op 80% SOC is, skuif die maksimum termiese wegholtemperatuur van die sel opwaarts. Die sel word meer bestand teen noodtoestande.
Ten slotte, vir 70% SOC, mag eksterne kortsluitings glad nie termiese weghol veroorsaak nie. Dit wil sê, die risiko van selontsteking word aansienlik verminder, en die mees waarskynlike scenario is slegs die werking van die litiumbatteryveiligheidsklep.
Daarbenewens kan ons uit die tabel aflei dat die LFP (pers kurwe) van 'n battery gewoonlik 'n skerp temperatuurstyging het, dit wil sê, die "opwarming" stadium gaan glad oor na die "termiese weghol" stadium, en die stabiliteit van hierdie stelsel te oorlaai is ietwat erger. LMO-batterye, soos ons sien, het 'n gladder verhittingskenmerk wanneer hulle herlaai.
BELANGRIK: Wanneer die OSD-stelsel geaktiveer word, word die sel teruggestel om te omseil. Dus word die spanning op die rek verminder, maar dit bly in werking en verskaf 'n sein aan die UPS-moniteringstelsel deur die BMS-stelsel van die rek self. In die geval van 'n klassieke UPS-stelsel met VRLA-batterye, kan 'n kortsluiting of onderbreking binne een battery in 'n string lei tot mislukking van die UPS as geheel en verlies aan funksionaliteit van IT-toerusting.
Op grond van bogenoemde, vir die gebruik van litiumoplossings in UPS, bly die volgende risiko's relevant:
- Termiese weghol van 'n sel of module as gevolg van 'n eksterne kortsluiting - verskeie vlakke van beskerming.
- Termiese weghol van 'n sel of module as gevolg van 'n interne battery wanfunksie - verskeie vlakke van beskerming op die sel of module vlak.
- Oorlading – beskerming deur BMS plus alle vlakke van beskerming vir 'n rek, module, sel.
- Meganiese skade is nie relevant vir ons geval nie, die risiko van die gebeurtenis is weglaatbaar.
- Oorverhitting van die rek en alle batterye (modules, selle). Onkrities tot 70-90 grade. As die temperatuur in die UPS-installasiekamer bo hierdie waardes styg, beteken dit daar is 'n brand in die gebou. Onder normale datasentrumbedryfstoestande is die risiko van 'n gebeurtenis weglaatbaar.
- Verminderde batterylewe by verhoogde kamertemperature - langtermynwerking by temperature tot 40 grade word toegelaat sonder 'n merkbare afname in batterylewe. Loodbatterye is baie sensitief vir enige toename in temperatuur en verminder hul oorblywende leeftyd in verhouding tot die toename in temperatuur.
Kom ons kyk na 'n vloeidiagram van die risiko van ongelukke met litium-ioon batterye in ons datasentrum, bedienerkamer gebruik geval. Kom ons vereenvoudig die diagram 'n bietjie, want litium UPS'e sal in ideale toestande bedryf word, as ons die bedryfstoestande van die batterye in jou gadget, foon vergelyk.
AFSLUITING: Gespesialiseerde litiumbatterye vir datasentrum- en bedienerkamer-UPS'e het 'n voldoende vlak van beskerming teen noodsituasies, en in 'n omvattende oplossing, 'n groot aantal grade van verskillende beskerming en meer as vyf jaar ondervinding in die bedryf van hierdie oplossings laat ons toe om te praat van 'n hoë vlak van veiligheid van nuwe tegnologie. Ons moet onder andere nie vergeet dat die werking van litiumbatterye in ons sektor soos "kweekhuis"-toestande vir Li-Ion-tegnologie lyk nie: anders as jou slimfoon in jou sak, sal niemand die battery in die datasentrum laat val nie, oorverhit, ontlaai elke dag, aktief in buffermodus gebruik.
Om meer te wete te kom en 'n spesifieke Li-Ion-batteryoplossing vir jou bedienerkamer of datasentrum te bespreek, stuur asseblief 'n e-posversoek. of deur 'n versoek op die maatskappy se webwerf te rig .
OOP TEGNOLOGIEë – betroubare geïntegreerde oplossings van wêreldleiers, spesifiek aangepas by jou doelwitte en doelwitte.
Author: Kulikov Oleg
Hoofontwerpingenieur
Departement van Integrasie Oplossings
Oop Tegnologie Maatskappy
Slegs geregistreerde gebruikers kan aan die opname deelneem. , asseblief.
Wat is jou mening oor die veiligheid en toepaslikheid van industriële oplossings gebaseer op Li-Ion-tegnologie?
-
16,2%Gevaarlik, selfontbrandend, onder geen omstandighede sal ek dit in my bedienerkamer sit nie.11
-
10,3%Ek stel nie hierin belang nie, so ons verander gereeld klassieke batterye, en alles is OK.7
-
16,2%Ons moet dink of dit dalk veilig en belowend is.11
-
23,5%Interessant, ek sal na die moontlikhede kyk.16
-
13,2%Stel belang! Belê een keer - en moenie bang wees om die hele datasentrum te oorweldig as gevolg van die mislukking van een loodbattery nie.9
-
20,6%Interessant! Die voordele weeg veel groter as die nadele en risiko's.14
68 gebruikers het gestem. 25 gebruikers het buite stemming gebly.
Bron: will.com