Salutami, amichi !
Dopu chì l'articulu hè publicatu Ci sò stati assai cumenti nantu à i periculi di suluzioni Li-Ion per u servitore è i centri di dati. Dunque, oghje avemu da pruvà à capisce ciò chì e sferenze sò trà e soluzioni di lithium industriale per un UPS è a bateria in u vostru gadget, cumu e cundizioni di u funziunamentu di e batterie in una stanza di u servitore sò diffirenti, perchè in un telefunu Li-Ion a bateria ùn dura micca. più di 2-3 anni, è in un centru di dati sta figura aumenterà à 10 o più anni. Perchè i risichi di u focu di lithium in un centru di dati / sala di u servitore sò minimi.
Iè, l'accidenti cù e batterie UPS sò pussibuli, indipendentemente da u tipu di dispositivu di almacenamiento d'energia, ma u mitu di u "periculu di u focu" di suluzioni di lithium industriale ùn hè micca veru.
Dopu tuttu, parechji anu vistu questu cù una batteria di lithium in una vittura chì si move nantu à l'autostrada? Allora, vedemu, capisce, paragunate...
Quì vedemu un casu tipicu di autoriscaldamentu incontrollatu, fughje termale di a bateria di u telefunu, chì hà purtatu à un tali incidente. Direte : QUI ! Hè solu un telefuninu, solu un pazzu mette qualcosa cusì in a sala di u servitore !
Sò sicuru chì, dopu avè studiatu stu materiale, u lettore cambierà u so puntu di vista nantu à sta questione.
Situazione attuale in u mercatu di u centru di dati
Ùn hè micca sicretu chì a custruzzione di un centru di dati hè un investimentu à longu andà. U prezzu di l'equipaggiu di ingegneria solu pò esse 50% di u costu di tutti i costi di capitale. L'orizzonte di pagamentu hè di circa 10-15 anni. Naturalmente, ci hè un desideriu di riduce u costu tutale di a pruprietà in tuttu u ciculu di vita di u centru di dati, è à u stessu tempu ancu l'equipaggiu di ingegneria compactu, liberendu u più spaziu pussibule per a carica.
A suluzione ottima hè una nova iterazione di l'UPS industriale basata nantu à e batterie Li-Ion, chì anu longu sbarazzatu di "maladie di a zitiddina" in forma di periculi di u focu, algoritmi di carica di scaricamentu sbagliati, è anu acquistatu una massa di miccanismi protettivi.
Cù l'aumentu di a capacità di l'equipaggiu di l'informatica è di a rete, a dumanda di UPS cresce. À u listessu tempu, i requisiti per a vita di a bateria aumentanu in casu di prublemi cù l'alimentazione centralizata è / o fallimenti quandu cumincianu una fonte di energia di salvezza in u casu di l'usu / dispunibilità di un generatore diesel.
In u nostru parè, ci sò dui motivi principali:
- Rapidu crescita in u voluminu di l'infurmazioni processati è trasmessi
Per esempiu, , chì
deve esse salvatu è processatu. - A crescita in a dinamica di u cunsumu di energia elettrica. Malgradu a tendenza generale di riduce u cunsumu energeticu di l'equipaggiu IT, riducendu u cunsumu energeticu specificu di cumpunenti elettroni.
Graficu di cunsumu energeticu di un solu centru di dati operativu
A listessa tendenza hè dimustrata da e previsioni di u mercatu di u centru di dati in u nostru paese.Sicondu u situ, u numeru tutale di spazii di rack messu in funziunamentu hè più di 20 mila. "U numaru di spazii di rack messu in opera da i 20 più grandi fornitori di servizii di centru di dati in 2017 hà aumentatu da 3% è hà righjuntu 22,4 mila (dati da u 1 d'ottobre). 2017), "- dice u rapportu CNews Analytics. Sicondu l'agenzii di cunsultazione, da 2021 u numeru di spazii di rack hè previstu di aumentà à 49 mila. Questu hè, in dui anni a capacità attuale di u centru di dati pò duppià. Chì hè questu cunnessu? Prima di tuttu, cù l'aumentu di u voluminu di l'infurmazioni: sia almacenati è processati.
In più di i nuvuli, i ghjucatori cunzidenu chì u sviluppu di e capacità di u centru di dati in e regioni sò punti di crescita: sò l'unicu segmentu induve ci hè una riserva per u sviluppu cummerciale. Sicondu IKS-Consulting, in 2016, e regioni sò solu 10% di tutti i risorsi offerti nantu à u mercatu, mentri a capitale è a regione Mosca occupanu 73% di u mercatu, è San Petruburgu è a regione di Leningrad - 17%. In e regioni, cuntinueghja à esse una carenza di risorse di u centru di dati cù un altu gradu di toleranza di difetti.
In u 2025, a quantità tutale di dati in u mondu hè prevista per aumentà 10 volte cumparatu cù 2016.
Tuttavia, quantu sicuru hè u lithium per un servitore o un centru di dati UPS?
Disadvantage: altu costu di suluzioni Li-Ion.
U prezzu di e batterie di lithium-ion hè sempre altu cumparatu cù suluzione standard. Sicondu l'estimi di SE, i costi iniziali per UPS d'alta putenza di più di 100 kVA per suluzioni Li-Ion seranu 1,5 volte più alti, ma in fine u risparmiu nantu à a pruprietà serà 30-50%. Se facemu paraguni cù u cumplessu militare-industriale di altri paesi, allora eccu a nutizia nantu à u lanciu in cù batterie Li-Ion. Piuttostu spessu, e batterie di fosfatatu di ferru di lithium (LFP in a photo) sò aduprate in tali suluzioni per via di a so relativa cheapness è più sicura.
L'articulu ammenta chì $ 100 milioni sò stati spesi in novi batterie per u sottumarinu, pruvemu di cunvertisce in altri valori...4,2 mila tunnellate hè u spustamentu sottumarinu di un sottumarinu giapponese. U spustamentu di a superficia - 2,95 mila tunnellati. Comu regula, 20-25% di u pesu di a barca hè custituitu da batterie. Da quì pigliamu circa 740 tunnellate - batterie di piombo-acidu. In più: a massa di lithium hè apprussimatamente 1/3 di quella di batterie di piombo-acidu -> 246 tunnellate di lithium. À 70 kWh/kg per Li-Ion, avemu circa 17 MWh di putenza di a batteria. È a diffarenza in a massa di batterie hè apprussimatamente 495 tunnillati... Quì ùn avemu micca cunsideratu , chì necessitanu 14,5 tunnellate d'argentu per sottumarinu, è custanu 4 volte più di e batterie di piombo-acidu. Lasciami ricurdà chì e batterie Li-Ion sò avà solu 1,5-2 volte più caru di VRLA, secondu u putere di a suluzione.
E i Giapponesi ? S'arricordavanu troppu tardi chì "alleggerà a barca" da 700 tunnillati implica un cambiamentu in a so navigabilità è a stabilità ... Probabilmente avianu da aghjunghje l'armi à bordu per rinvià a distribuzione di pesu di designu di a barca.
E batterie di lithium-ion pesanu ancu menu di e batterie di piombo-acidu, cusì u disignu sottumarinu di a classe Soryu hà da esse riprogettatu un pocu per mantene a ballast è a stabilità.
In Giappone, dui tipi di batterie di lithium-ion sò stati creati è purtati à cundizione operativa: lithium-nickel-cobalt-aluminium-oxide (NCA) pruduttu da GS Yuasa è lithium titanate (LTO) pruduciutu da Toshiba Corporation. A marina giapponese utilizerà batterie NCA, mentre chì l'Australia hè stata offerta batterie LTO per l'usu di i sottumarini di a classe Soryu in una offerta recente, secondu Kobayashi.
Sapendu l'attitudine reverente versu a sicurità in a Terra di u Rising Sun, pudemu assume chì i prublemi di sicurezza di lithium sò stati risolti, pruvati è certificati.
Rischiu: periculu d'incendiu.
Hè quì chì avemu da capisce u scopu di a publicazione, postu chì ci sò opinioni diametralmente opposti nantu à a sicurità di sti suluzione. Ma questu hè tutta a retorica, ma chì di suluzioni industriali specifichi?
Avemu digià discututu prublemi di sicurità in u nostru , ma andemu di novu nantu à sta questione. Andemu à a figura, chì esaminò u livellu di prutezzione di u modulu è a cellula LMO / NMC di a bateria fabricata da Samsung SDI è utilizata cum'è parte di u UPS Schneider Electric.
I prucessi chimichi sò stati discututi in l'articulu di l'utilizatori . Pruvemu di capiscenu i risichi pussibuli in u nostru casu particulare è paragunate cù a prutezzione multi-livellu in i celi Samsung SDI, chì sò una parte integrante di un rack Type G Li-Ion ready-made cum'è parte di una soluzione cumpleta basata in Galaxy VM. .
Cuminciamu cù un diagramma di u casu generale di i risichi è e cause di u focu in una cellula di lithium-ion.
Sottu u spoiler pudete studià i prublemi teorichi di i risichi di u focu di e batterie di lithium-ion è a fisica di i prucessiSchema di bloccu iniziale di i risichi è e cause d'incendiu (periculu di sicurezza) di una cellula di lithium-ion da 2018 anni.
Siccomu sicondu a struttura chimica di a cellula di lithium-ion, ci sò diffirenzii in e caratteristiche di runaway termale di a cellula, quì avemu da fucalizza nantu à u prucessu descrittu in l'articulu in una cellula di lithium-nickel-cobalt-aluminium (basatu nantu à LiNiCoAIO2) o NCA.
U prucessu di sviluppà un accidente in una cellula pò esse divisu in trè fasi:
- stage 1 (iniziu). U funziunamentu nurmale di a cellula quandu u gradiente di l'aumentu di a temperatura ùn hè micca più di 0,2 gradi Celsius per minutu, è a temperatura di a cellula stessu ùn supera 130-200 gradi Celsius, secondu a struttura chimica di a cellula;
- stage 2, warm up (Acceleration). In questu stadiu, a temperatura aumenta, u gradiente di temperatura aumenta rapidamente, è l'energia termale hè attivamente liberata. In generale, stu prucessu hè accumpagnatu da a liberazione di gasi. L'evuluzione eccessiva di gasu deve esse compensata da l'operazione di a valvula di salvezza;
- stage 3, runaway termale (Runaway). Riscaldamentu di a bateria più di 180-200 gradi. In questu casu, u materiale di cathode entra in una reazione di sproporzioni è libera l'ossigenu. Questu hè u livellu di runaway termale, postu chì in questu casu pò esse una mistura di gasi inflammabili cù l'ossigenu, chì pruvucarà a combustione spontanea. Tuttavia, stu prucessu in certi casi pò esse cuntrullati, leghje - quandu u régime di fattori esterni cambia, runaway termale in certi casi ferma senza cunsiquenzi fatali per u spaziu circundante. U serviziu è u funziunamentu di a cellula di lithium stessu dopu à questi avvenimenti ùn hè micca cunsideratu.
A temperatura di runaway termica dipende da a dimensione di a cellula, u disignu di a cellula è u materiale. A temperatura termale runaway pò varià da 130 à 200 gradi Celsius. U tempu di fuga termica pò varià è varieghja da minuti, ore o ancu ghjorni ...
Chì ci hè di e cellule di tipu LMO/NMC in i UPS di lithium-ion?
- Per impediscenu u cuntattu di l'anodu cù l'elettrolitu, una capa ceramica hè aduprata cum'è parte di a cellula (SFL). U muvimentu di ioni di lithium hè bluccatu à 130 gradi Celsius.
- In più di a valvula di ventilazione protettiva, hè utilizatu un sistema di prutezzione Over Charge Device (OSD), chì travaglia in cungiunzione cù un fusible internu è spegne a cellula dannata, impediscendu chì u prucessu termale runaway ghjunghje à livelli periculosi. Inoltre, u sistema OSD internu hà da attivà prima, quandu a pressione righjunghji 3,5 kgf / cm2, vale à dì, a mità di menu di a pressione di risposta di a valvula di salvezza di a cellula.
In modu, u fusibile di a cellula operarà à currenti sopra 2500 A in micca più di 2 seconde. Assumimu chì u gradiente di temperatura righjunghji una lettura di 10 gradi C/min. In 10 seconde, a cellula averà u tempu di aghjunghje circa 1,7 gradi à a so temperatura mentre in u modu di overclocking.
- Un separatore di trè strati in a cellula in modu di ricarica bluccarà a transizione di ioni di litiu à l'anodu di a cellula. A temperatura di bloccu hè di 250 gradi Celsius.
Avà vede ciò chì avemu cù a temperatura cellulare; Comparamu in quale tappe sò attivati diversi tipi di prutezzione à u livellu di e cellule.
- Sistema OSD - 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= pressione esterna
Prutezzione supplementaria contr'à e sovracorrenti.
- valvula di salvezza 7,0 + -1,0 kgf/cm2 <= pressione esterna
- fusible in a cellula 2 seconde à 2500A (modu sopra currente)
U risicu di runaway termale di una cellula dipende direttamente da u gradu / livellu di carica di a cellula, più dettagli quì ...Cunsideremu l'effettu di u nivellu di carica cellulare in u cuntestu di i risichi di fughje termale. Fighjemu a tabella di currispundenza trà a temperatura di a cellula è u paràmetru SOC (State of Charge, gradu di carica di a bateria).
U livellu di carica di a bateria hè misurata cum'è un percentinu è mostra quantu di a carica tutale resta sempre almacenata in a bateria. In questu casu, avemu cunsideratu u modu di ricarica di a bateria. Pò esse cunclusu chì, secondu a chimica di a cellula di lithium, a bateria pò esse cumportanu di manera diversa quandu hè sovraccaricata è avè una suscettibilità diversa à a fuga termica. Questu hè duvuta à a diversa capacità specifica (A * h / gram) di diversi tipi di cellule Li-Ion. A più grande a capacità specifica di a cellula, u più rapidu a liberazione di calore durante a ricarica.
Inoltre, à u 100% SOC, un cortu circuitu esternu spessu causa una fuga termica di a cellula. Per d 'altra banda, quandu a cellula hè à 80% SOC, a temperatura massima di runaway termale di a cellula si move in su. A cellula diventa più resistente à e cundizioni d'urgenza.
Infine, per u 70% SOC, i cortu circuiti esterni ùn ponu micca pruvucà a fuga termale in tuttu. Questu hè, u risicu di l'ignizione di a cellula hè significativamente ridutta, è u scenariu più prubabile hè solu l'operazione di a valvula di salvezza di a bateria di lithium.
Inoltre, da a tavula, pudemu cuncludi chì a LFP (curva viola) di una bateria hà generalmente un forte aumentu di a temperatura, vale à dì, a tappa "warm-up" transizione liscia in u stadiu "fuga termale", è a stabilità di stu sistema à overcharge hè un pocu peggiu. E batterie LMO, cum'è avemu vistu, anu una caratteristica di riscaldamentu più liscia quandu si ricaricà.
IMPORTANTE: Quandu u sistema OSD hè attivatu, a cellula hè resettata per bypass. Cusì, a tensione nantu à u rack hè ridutta, ma ferma in funziunamentu è furnisce un signalu à u sistema di surviglianza UPS à traversu u sistema BMS di u rack stessu. In u casu di un sistema UPS classicu cù batterie VRLA, un cortu circuitu o rottura in una batteria in una stringa pò purtà à fallimentu di l'UPS in generale è a perdita di funziunalità di l'equipaggiu IT.
Basatu nantu à ciò chì sopra, per u casu di usu di suluzioni di lithium in UPS, i seguenti risichi restanu pertinenti:
- Runaway termale di una cellula o modulu per via di un cortu circuitu esternu - parechji livelli di prutezzione.
- Runaway termale di una cellula o modulu com'è u risultatu di un malfunzionamentu di a bateria interna - parechji livelli di prutezzione à u nivellu di cellula o modulu.
- Overcharge - prutezzione da BMS plus tutti i livelli di prutezzione per un rack, modulu, cellula.
- U dannu meccanicu ùn hè micca pertinente per u nostru casu, u risicu di l'avvenimentu hè insignificante.
- Surriscaldamentu di u rack è di tutte e batterie (moduli, cellule). Uncriticu finu à 70-90 gradi. Se a temperatura in a sala di stallazione di l'UPS hè sopra à questi valori, significa chì ci hè un focu in u bastimentu. In cundizioni normali di u centru di dati, u risicu di un avvenimentu hè insignificante.
- A vita di a bateria ridutta à a temperatura di l'ambienti elevate - l'operazione à longu andà à temperature finu à 40 gradi hè permessa senza una diminuzione notable di a vita di a bateria. E batterie di piombu sò assai sensibili à ogni aumentu di a temperatura è riducenu a so vita restante in proporzione à l'aumentu di a temperatura.
Fighjemu un diagramma di flussu di u risicu di accidenti cù batterie di lithium-ion in u nostru centru di dati, u casu d'usu di a stanza di u servitore. Semplicemu u schema un pocu, perchè i UPS di lithium seranu operati in cundizioni ideali, se paragunemu e cundizioni di u funziunamentu di e batterie in u vostru gadget, telefonu.
CONCLUSIONE: Batterie di lithium specializate per i UPS di u centru di dati è di a stanza di u servitore anu un livellu di prutezzione suffirenziu contr'à e situazioni d'emergenza, è in una suluzione cumpleta, un gran numaru di gradi di diverse prutezzione è più di cinque anni di sperienza in u funziunamentu di sti suluzioni ci permettenu di parlà. un altu livellu di sicurità di e novi tecnulugia. Frà l'altri cose, ùn deve micca scurdatu chì l'operazione di e batterie di lithium in u nostru settore s'assumiglia à e cundizioni di "serra" per i tecnulugii Li-Ion: à u cuntrariu di u vostru smartphone in a vostra sacchetta, nimu abbandunà a bateria in u centru di dati, surriscalda, scarica. ogni ghjornu, aduprate attivamente in modu buffer.
Per sapè di più è discutiri una soluzione specifica di batteria Li-Ion per a vostra sala di servitori o centru di dati, mandate una dumanda email. o fendu una dumanda nantu à u situ web di a cumpagnia .
TECNOLOGIE APERTE - suluzioni integrate affidabili da i capi mondiali, adattate specificamente à i vostri scopi è ugettivi.
Author: Kulikov Oleg
Ingegnere Capu di Design
Dipartimentu di Soluzioni di Integrazione
Cumpagnia di tecnulugia aperta
Solu l'utilizatori registrati ponu participà à l'indagine. , per piacè.
Chì hè a vostra opinione nantu à a sicurezza è l'applicabilità di e soluzioni industriali basate nantu à e tecnulugia Li-Ion?
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16,2%Periculu, auto-igniting, in nisuna circustanza l'aghju messu in a mo stanza di u servitore.11
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10,3%Ùn sò micca interessatu in questu, cusì cambiammu periodicamente e batterie classiche, è tuttu hè OK.7
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16,2%Avemu bisognu di pinsà s'ellu puderia esse sicuru è prumessu.11
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23,5%Interessante, guardà e pussibulità.16
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13,2%Interessatu! Investite una volta - è ùn avè micca paura di sopraffare tuttu u centru di dati per u fallimentu di una batteria di piombu.9
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20,6%Interessante! I vantaghji superanu assai i disadvantages è i risichi.14
68 utilizatori anu vutatu. 25 utilizatori si sò astenuti.
Source: www.habr.com