Tere, sõbrad!
Artikli avaldamise järel oli palju kommentaare Li-Ioni lahenduste ohtlikkuse kohta serverites ja andmekeskustes. Seetõttu proovime täna välja selgitada, milles erinevad tööstuslikud Li-Ioni lahendused UPS-ide jaoks teie seadme akust, kuidas erinevad akude töötingimused serveris, miks teenib telefonis Li-Ioni aku mitte rohkem kui 2-3 aastat, samas kui andmekeskuses võib see number ulatuda üle 10 aasta. Miks on Li-Ioni põletusriskid andmekeskustes/serverites minimaalne.
Jah, UPS-ide akudel võivad esineda õnnetused olenemata energia salvestamise tüübist, kuid müüt „tuleohtlikkusest“ tööstuslikes Li-Ioni lahendustes ei vastata tõele.
Sest paljud on näinud seda millel on Li-Ioni aku liikumas maanteel? Nii et vaatame, uurime, võrrelgem…
Siin näeme tüüpilist juhtumit, kus telefonite akus juhtus kontrollimatu enese soojenemine, maakonna piiramine, mis viis sellise intsidendi tekkimiseni. Sa ütled: VAATA! See on lihtsalt telefon, sellisega serverisse paigutab ainult hull.
Olen kindel, et pärast selle materjali läbivaatamist muudab lugeja oma arvamust selle küsimuse üle.
Praegune olukord andmekeskuste turul
Pole mingit saladust, et andmekeskuse ehitamine on pikaajaline kapitaliinvesteering. Ainult inseneritehnika komisjon võib moodustada 50% kogu kapitali kuludest. Tasuvushorisont on umbes 10-15 aastat. Loomulikult tekib soov vähendada kogu omamiskulu kogu elutsükli jooksul, samas proovides ka inseneritehnikat tihedamaks muuta ja maksimaalselt vabastada ruumi kasulikule koormusele.
Optimaalne lahendus on tööstuslikud UPS-id uue Li-Ioni akude iteratsiooni baasil, mis on juba ammu välja juurinud „lapselaste haigused“, nagu tuleohtlikkus, vale laadimis- ja tühjendamisalgoritmid, mis on varustatud massiga kaitsemehhanisme.
Koos arvutus- ja võrgutehnika võimsuse kasvu suurenemisega kasvab ka nõudlus UPS-ide järele. Samal ajal suurenevad nõuded aku autonoomse töö ajale juhtumite korral kesktaseme elektritoitega ja/või varuenergiaallika käivitamise komplikatsioonide korral, juhul kui on rakendatud/düstseeritud.
Meie arvates on siin kaks peamist põhjust:
- Teabe kasvatamine töötlemiseks ja edastamiseks vajalikku teavet.
Näiteks, , mida
on vaja salvestada ja töödelda. - Energiatarbimise dünaamika kasv. Hoolimata üldisest trendist vähendada IT-seadmete energiatarbimist, vähendatakse elektrooniliste komponentide spetsiifilist energiatarbimist.
Ühe aktiivse andmekeskuse energiatarbimise graafik
Sama suundumust näitavad ka andmekeskuste turu prognoosid meie riigisEkspertide veebisaidi, andmete kohaselt on kokku kasutusse antud toidukohti üle 20 tuhande. „2017. aastal suurenes 20 kõige suurema andmekeskuse teenusepakkuja käivitatud toidukohtade arv 3% ja jõudis 22,4 tuhandele (andmed 1. oktoobri 2017 seisuga),“ öeldakse CNews Analytics'i raportis. Konsultatsioonifirmade hinnangute kohaselt prognoositakse 2021. aastaks toidukohti 49 tuhandele. See tähendab, et kahe aastaga võib andmekeskuste tegelik maht kahekordistuda. Mis seda põhjustab? Esiteks, teabe mahu suurenemine: nii salvestatud kui ka töödeldud.
Lisaks pilveteenustele peavad mängijad kõige olulisemaks kasvukohtadeks andmekeskuse võimsuste arengut piirkondades: need on ainus segment, kus äritegevuseks on arenguruumi. IKS-Consulting'i andmetel, 2016. aastal kuulus regioonidele vaid 10% kõigist turul pakutavatest ressurssidest, samas kui pealinn ja Moskva oblast hõivasid 73% turust ning Peterburi ja Leningradi oblast 17%. Piirkondades jätkub andmekeskuste ressursside puudujääk, millel on kõrge kvaliteeditase.
Kuni 2025. aastani, vastavalt prognoosidele, suureneb andmete kogus maailmas 10 korda võrreldes 2016. aastaga.
Kui ohutu on liitium UPS-serverite või andmekeskuste jaoks?
Puudus: Li-Ion lahenduste kõrge hind.
Liitiumioonakude hind jääb endiselt kõrgeks võrreldes standardlahendustega. SE ettevõtte hinnangul on Li-Ion lahenduste algkulud üle 100 kVA võimsusega UPS-ide jaoks 1,5 korda kõrgemad, kuid lõpuks säästmine omamises ulatub 30-50% -ni. Võttes arvesse teisi riike, on uudis Jaapani allveelaeva käivitamisest. Li-Ion akudeid. Sageli kasutatakse sellistes lahendustes liitium-raud-fosfaat akusid (pildil - LFP) nende suhteliselt madala hinna ja suure ohutuse tõttu.
Artiklis mainitakse, et uusi akusid allveelaevale on kulutatud 100 miljonit dollarit, proovime need teisendada teistesse mõõtmetesse…4,2 tuhat tonni - Jaapani allveelaeva veeväljasurve. Pindmise veeväljasurve on 2,95 tuhat tonni. Reeglina koosnevad akud 20-25% laeva massist. Seega võtame umbes 740 tonni - plii-happeakud. Järgmine: liitiumi mass moodustab umbes 1/3 plii-happeakudest - → 246 tonni liitiumit. 70 kW*h/kg Li-Ion'i puhul saame umbes 17 MWh akumulaatori võimsust. Ja akude kaalu erinevus - umbes 495 tonni… Siin me ei arvesta , mille koostises on ühele allveelaevadele vajalik 14,5 tonni hõbedat, samas kui nende hind ületab plii-happeakude hinda 4 korda. Tuletan meelde, et Li-Ion akud on praegu VRLA-st ainult 1,5-2 korda kallimad, sõltuvalt lahenduse võimsusest.
Aga kuidas on asjad Jaapanis? Nad meenutasid liiga hilja, et «laeva kergeks muutmine» 700 tonniga toob endaga kaasa muutusi selle meresõidujõudluses, stabiilsuses… Tõenäoliselt pidid nad lisama relvi laeva, et taastada projekti kaalude väärtused.
Liitiumioonakud kaaluvad samuti vähem kui plii-happeakud, seetõttu tuli Soryu tüüpi allveelaeva projekti veidi ümber töötada, et säilitada ballast ja stabiilsus.
Jaapanis on arendatud ja viidud kasutusse kaks tüüpi liitiumioonakusid: liitium-nikkel-kobalt-alumiinium-oksiid (NCA) tootjalt GS Yuasa ja liitium-titaananakud (LTO) Toshiba korporatsioonilt. Jaapani laevastik kasutab NCA tüüpi akusid, samas kui Kobayasi sõnul olid Austraaliale Soryu tüüpi allveelaevadele hiljuti korraldatud hankel pakutud LTO tüüpi akud.
Teades liikide tõsist tähelepanu ohutusele Tõusva Päikese maas, võib oletada, et liitiumi ohutusprobleemid on seal lahendatud, testitud ja sertifitseeritud.
Risks: tuleoht.
Siin arutame avaldamise eesmärki, kuna eriarvamusi andmete kaitse lahenduste üle on olemuslikult erinevaid. Kuid see on kõik teoreetiline, kuidas näevad välja konkreetsed tööstuslahendused?
Oleme juba käsitlenud turvaküsimusi meie , kuid peatume selle küsimuse juures veel kord. Viidates joonisele, kus käsitleti Samsung SDI toodetud LMO/NMC akumulaatori mooduli jalementide kaitset, mida kasutatakse Schneider Electric'u UPS-i koostisosana.
Keemilised protsessid käsitleti kasutaja Alustame üldisest diagrammist, mis illustreerib riskide ja liitium-ioonakude süttimise põhjuseid.
Ja suurem? Foto on klikkitav.
Algne diagramm riskidest ja süttimise põhjustest (Safety Hazard) liitium-ioonaku kohtateadusartiklist Kuna liitium-ioonaku keemilise struktuuri tõttu on olemas erinevused akku soojuse kiirenemise omadustes, peatume siin artiklis käsitletud protsessil liitium-nikkel-kobolt-alumiiniumaku (LiNiCoAIO2) põhjal.
Avariiprotsessi areng akus võib jagada kolme etappi:
etapp 1 (Onset). Aku normaalne töö, kui temperatuuritõus ei ületa 0,2 °C minutis ning aku temperatuur ei ületa 130–200 °C sõltuvalt aku keemilisest struktuurist;
- etapp 2, kuumenemine (Acceleration). Sellel etapil temperatuur tõuseb, temperatuurikõver kiireneb, toimub aktiivne soojuse eraldamine. Üldiselt kaasneb selle protsessiga gaaside eraldumine. Ülemäärane gaaside eraldumine tuleb kompenseerida turvaventilaatori väljalülitamisega;
- etapp 2, soojendamine (Acceleration). Sel etapil tõuseb temperatuur, temperatuurigradient suureneb kiiresti, toimub aktiivne soojuse eraldumine. Üldiselt kaasneb selle protsessiga gaaside eraldumine. Ülemäärane gaaside eraldumine peab olema kompenseeritud turvaventüüli avanemisega;
- etapp 3, soojuse kasv (Runaway). Aku kuumenemine üle 180-200 kraadi. Sellega reageerib katoodimaterjal disproportsiooniga ja vabastab hapniku. See ongi soojuse kasvu tase, kuna sel juhul võib tekkida süttivate gaaside segu hapnikuga, mis põhjustab enesetulekahju. Siiski võib see protsess mõnel juhul olla kontrollitav, loe - väliste tegurite režiimi muutmisel peatub soojuse kasv mõnel juhul ilma fataalsete tagajärgedeta ümbritsevale ruumile. Liitiumrakendi usaldusväärsust ja töövõimet nende sündmuste järel ei käsitleta.
Soojuse kasvu temperatuur sõltub rakendi suurusest, konstruktsioonist ja materjalist. Soojuse kasvu temperatuur võib varieeruda 130 kuni 200 kraadi Celsiuse järgi. Soojuse kasvu aeg võib olla erinev ja ulatuda minutist, tunnist või isegi päevadest…
Ent kuidas on meil LMO/NMC tüüpide rakendega liitiumiooniga UPS-id?
– Anoodi kokkupuute vältimiseks elektrolüüdiga kasutatakse rakendi koostises keraamilist kihti (SFL). Liitiumioonide liikumine blokeeritakse temperatuuril 130 °C.
– Ahnuseventiili täiendusena kasutatakse ülekoormuse kaitsesüsteemi (Over Charge Device, OSD), mis töötab koos sisemise fusiooniga ja katkestab kahjustatud rakendi, vältides soojuse kasvu ohtlike väärtusteni. Samuti aktiveerub sisemine OSD süsteem varem, saavutades rõhu 3,5 kg/cm², mis on poole vähem kui rakendi kaitseventiili aktiveerimise rõhk.
Muide, rakendi fusioon aktiveerub voolude ületamisel üle 2500 A maksimaalselt 2 sekundi jooksul. Oletame, et temperatuurigraadi näit on saavutanud 10 °C/min. 10 sekundi jooksul võib rakend oma temperatuuri juurde lisada umbes 1,7 kraadi, olles soojendamisrežiimis.
– Kolmekihiline eraldaja rakendis ülekoormuse režiimis tagab, et liitiumioonide üleminek rakendi anoodi blokeeritakse. Blokeerimise temperatuur on 250 °C.
Nüüd vaatame, mis on meie rakendi temperatuuriga; võrreldame, millistel etappidel aktiveeruvad erinevad kaitsesüsteemid rakendi tasandil.
— OSD süsteem – 3,5+-0,1 kg/cm² <= väline rõhk
Lisa kaitse ülepingete eest.
— kaitseklapp 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= väline surve
— kindlustus rakkudes 2 sekundit 2500A juures (ülekoormuse režiim)
Rakenduse termilise isetõusu oht sõltub otseselt rakku laadimise tasemest/astmest, lisainfot leiate siit…Analüüsime rakku laadimise taseme mõju termilise isetõusu riskidele. Vaatleme tabelit, mis näitab rakku temperatuuri vastavust SOC (State of Charge, laadimisaste) parameetrile.
Aku laadimise tase mõõdetakse protsentides ja näitab, kui suur osa täislaadimisest on akus endiselt salvestatud. Antud juhul käsitleme akutoimimise ülekoormuse olukorda. Võime järeldada, et liitium-aku keemiliste komponentide erinevuse tõttu võib aku käituda laadimisel erinevalt ning omada erinevat kalduvust termilisele isetõusule. See on tingitud erinevast spetsiifilisest mahtuvusest (A*h/gramm) erinevat tüüpi Li-Ion elementide puhul. Mida suurem on elemendi spetsiifiline mahtuvus, seda kiirem on termiline eraldumine laadimisel.
Lisaks, 100% SOC juures toob väline lühisek sageli kaasa elemendi termilise isetõusu. Teisest küljest, kui element on 80% SOC tasemel, nihkub maksimaalne temperatuur, kuid on termilise isetõusu alguse suunas. Element muutub avariirežiimide osas vastupidavamaks.
Ja lõpuks, 70% SOC juures ei pruugi väline lühisek üldse termilise isetõusu põhjustada. Teisisõnu, elemendi süttimise oht väheneb oluliselt ning kõige tõenäolisem stsenaarium on vaid liitiumaku kaitseklapi töölemine.
Lisaks, tabelist võib järeldada, et LFP (lilla kõver) akud omavad tavaliselt järsku temperatuuri tõusu, see tähendab, et 'soojenemise' etapp sujuvalt üleminek 'termilise isetõusu' etappi ning selle süsteemi vastupidavus ülekoormuse suhtes on veidi halvem. LMO tüüpi akud, nagu näeme, omavad laadimisel sujuvamat kuumenemise iseloomu.
OLULINE: OSD süsteemi aktiveerimisel lülitatakse rakendus bypass-režiimi. Nii väheneb riiuli pinget, kuid see jääb töökorda ning edastab signaali UPS-i jälgimissüsteemi kaudu riiuli enda BMS-i. Kui tegemist on klassikalise UPS süsteemiga koos VRLA akudega, võib lühisekvool või katkemine ühe aku sees stringis viia UPS-i täieliku rikke ja IT-seadmete töövõimetuse kadumiseni.
Eeltoodust tulenevalt on süsiniklahenduste kasutamise puhul UPS-is jätkuvalt aktuaalsed riskid:
- Aku, mooduli soojenemine tänu välistest lühisest – mitu kaitsetasemete kihti.
- Aku, mooduli soojenemine sisemise aku rikke tõttu – mitu kaitsetaset aku ja mooduli tasandil.
- Ülelaadimine – kaitse BMS-i seadmete kaudu pluss kõik kaitsetasemed riiulis, moodulis ja akus.
- Mehaanilised kahjustused – meie juhtumi jaoks mitteoluline, ohu tõenäosus olematu.
- Riiuli ja kõigi akude (moodulite, akude) ülekuumenemine. Kuni 70-90 kraadini mitte kriitiline. Kui temperatuur UPS-i paigaldamise ruumis tõuseb üle need väärtused, tähendab see juba tulekahju hoones. Tavalistes andmekeskuse töörežiimides on ohu tõenäosus olematu.
- Aku ressursside vähenemine kõrgetes ruumitemperatuurides - lubatud on pikaajaline töö temperatuuril kuni 40 kraadi ilma märgatava ressursside vähenemiseta. Pliiakud on väga tundlikud igasuguste temperatuuritõusude suhtes ning vähendavad oma jäänud ressurssi temperatuuri tõusuga proportsionaalselt.
Vaadakem riskikaart koos liitiumioonakudega meie andmekeskuse, serveri kasutusjuhtumiga. Lihtsustame veidi kaarti, sest liitium UPS-id töötavad ideaalsetes tingimustes, võrreldes akude töötingimustega teie seadmes, telefonis.
JÄRELDUS: Kohandatud liitiumakud UPS, andmekeskuste serveritele pakuvad piisavat kaitset erakorraliste olukordade eest, samas kui keerulised lahendused sisaldavad mitmeid erinevaid kaitseastmeid ja rohkem kui viieaastane kogemus nende lahenduste kasutamisel võimaldab rääkida uusimate tehnoloogiate kõrgest ohutusest. Lisaks ei tohiks unustada, et liitiumakude kasutamine meie sektoris toimub "kasvuhoone" tingimustes Li-Ion tehnoloogiate jaoks: erinevalt teie taskus olevast nutitelefonist, ei kukuta keegi andmekeskuses akut maha, ei ülekuumene ega tühjenda seda iga päev ega kasuta seda aktiivselt vahepeatusse.
Saada päring e-posti teel, et saada lisainfot ja arutada spetsiaalset lahendust liitium-ioonakude kasutamiseks teie serveri või andmekeskuse jaoks , või tehes päringu ettevõtte veebisaidil .
AVATUD TEHNOLOOGIAD – usaldusväärsed komplekslahendused maailma juhtidelt, kohandatud just teie eesmärkide ja ülesannete jaoks.
Autor: Oleg Kulikov
Peamine insener-disainer
Integreeritud lahenduste osakond
Ettevõte Avatud Tehnoloogiad
Ainult registreeritud kasutajad saavad küsitluses osaleda. , palun.
Mis on teie arvamus tööstuslike Li-Ion lahenduste ohutuse ja kasutamise kohta?
16,2%Ohtlik, iseküttev, ei pane kindlasti oma serveriruumi.11
10,3%Mind see ei huvi, ja niigi vahetame perioodiliselt klassikalisi akusid ja kõik on OK.7
16,2%Tuleb mõelda, võib-olla on see ohutu ja perspektiivikas.11
23,5%Huvitav, vaatan võimalusi.16
13,2%Huvitab! Üks kord investeerida – ja ei pea kartma, et üks pliakaku rike rikub kogu andmekeskuse.9
20,6%Huvitav! Eeliseid on tunduvalt rohkem kui puudusi ja riske.14
68 kasutajat hääletas; 25 kasutajat jäid erapooletuks.
Allikas: habr.com
