Hei ystävät!
Artikkelin julkaisun jälkeen Palvelin- ja konesaleihin tarkoitettujen Li-Ion-ratkaisujen vaaroista on puhuttu paljon. Siksi tänään yritämme selvittää, mitä eroja on UPS:n teollisilla litiumratkaisuilla ja laitteesi akulla, miten akkujen käyttöolosuhteet eroavat palvelinhuoneessa, miksi Li-Ion-puhelimessa akku ei kestä. yli 2-3 vuotta, ja konesalissa tämä luku nousee 10 vuoteen tai enemmän. Miksi litiumpalon riskit datakeskuksessa/palvelinhuoneessa ovat minimaaliset.
Kyllä, onnettomuudet UPS-akkujen kanssa ovat mahdollisia energian varastointilaitteen tyypistä riippumatta, mutta myytti teollisten litiumratkaisujen "palovaarasta" ei pidä paikkaansa.
Loppujen lopuksi monet ovat nähneet sen litiumakulla moottoritiellä liikkuvassa autossa? Joten katsotaan, selvitetään, verrataan...
Tässä näemme tyypillisen tapauksen hallitsemattomasta itsekuumenemisesta, puhelimen akun lämpökarkaamisesta, joka johti tällaiseen tapaukseen. Sanot: TÄÄLLÄ! Se on vain puhelin, vain hullu laittaisi jotain sellaista palvelinhuoneeseen!
Olen varma, että tämän materiaalin tutkimisen jälkeen lukija muuttaa näkemystään tästä asiasta.
Tämänhetkinen tilanne datakeskusmarkkinoilla
Ei ole mikään salaisuus, että datakeskuksen rakentaminen on pitkän aikavälin investointi. Pelkästään suunnittelulaitteiden hinta voi olla 50 % kaikista pääomakustannuksista. Takaisinmaksuaika on noin 10-15 vuotta. Luonnollisesti halutaan alentaa palvelinkeskuksen koko elinkaaren ajan omistamisen kokonaiskustannuksia ja samalla myös kompakteja suunnittelulaitteita vapauttaen mahdollisimman paljon tilaa hyötykuormalle.
Optimaalinen ratkaisu on Li-Ion-akkuihin perustuvien teollisten UPS-laitteiden uusi iteraatio, joka on jo pitkään päässyt eroon "lapsuussairauksista" palovaaran, virheellisten lataus-purkausalgoritmien muodossa ja hankkinut joukon suojamekanismeja.
Tietojenkäsittely- ja verkkolaitteiden kapasiteetin kasvun myötä UPS-laitteiden kysyntä kasvaa. Samanaikaisesti akun käyttöiän vaatimukset kasvavat keskitetyn virransyötön ongelmissa ja/tai vikaantuessa varavirtalähteen käynnistyksessä dieselgeneraattorisarjan käytön/saatavuuden tapauksessa.
Mielestämme siihen on kaksi tärkeintä syytä:
- Käsiteltävän ja välitetyn tiedon määrän nopea kasvu
Esimerkiksi että
täytyy tallentaa ja käsitellä. - Sähköenergian kulutuksen dynamiikan kasvu. Huolimatta yleisestä suuntauksesta vähentää IT-laitteiden energiankulutusta, vähentää elektronisten komponenttien ominaisenergiankulutusta.
Energiankulutuskaavio vain yhdestä toimivasta datakeskuksesta
Samaa kehitystä osoittavat myös konesalien markkinaennusteet maassamme.Sivuston mukaan, käyttöön otettujen räkkitilojen kokonaismäärä on yli 20 tuhatta. ”20 suurimman konesalipalvelun tarjoajan vuonna 2017 käyttöön ottamien räkkitilojen määrä kasvoi 3 % ja oli 22,4 tuhatta (tiedot 1., 2017),”, sanoo CNews Analytics -raportti. Konsulttitoimistojen mukaan vuoteen 2021 mennessä räkkitilojen määrän odotetaan kasvavan 49 tuhanteen. Eli kahdessa vuodessa konesalin todellinen kapasiteetti voi kaksinkertaistua. Mihin tämä liittyy? Ensinnäkin tiedon määrän kasvun myötä: sekä tallennetun että käsitellyn.
Pilvien lisäksi pelaajat pitävät kasvupisteinä alueiden datakeskuskapasiteetin kehittämistä: ne ovat ainoa segmentti, jossa on varaa liiketoiminnan kehittämiseen. IKS-Consultingin mukaan vuonna 2016 alueiden osuus kaikista markkinoilla tarjotuista resursseista oli vain 10 %, kun taas pääkaupunki ja Moskovan alue valtasivat 73 % markkinoista ja Pietari ja Leningradin alue - 17 %. Alueilla on edelleen pulaa palvelinkeskusresursseista, joissa on korkea vikasietokyky.
Vuoteen 2025 mennessä maailman datan kokonaismäärän ennustetaan kasvavan 10-kertaiseksi vuoteen 2016 verrattuna.
Mutta kuinka turvallista litium on palvelin- tai datakeskuksen UPS:lle?
Haittapuoli: Li-Ion-ratkaisujen korkea hinta.
Litiumioniakkujen hinta on edelleen korkea standardiratkaisuihin verrattuna. SE:n arvioiden mukaan Li-Ion-ratkaisujen suuritehoisten yli 100 kVA:n UPS-laitteiden alkukustannukset ovat 1,5 kertaa korkeammat, mutta lopulta omistussäästöt ovat 30-50 %. Jos vertaamme muiden maiden sotilas-teolliseen kompleksiin, niin tässä on uutinen lanseerauksesta Li-Ion akuilla. Melko usein tällaisissa ratkaisuissa käytetään litiumrautafosfaattiakkuja (kuvassa LFP) niiden suhteellisen halvuuden ja paremman turvallisuuden vuoksi.
Artikkelissa mainitaan, että sukellusveneen uusiin akkuihin käytettiin 100 miljoonaa dollaria, yritetään muuttaa se muiksi arvoiksi...4,2 tuhatta tonnia on japanilaisen sukellusveneen vedenalainen uppouma. Pintasiirtymä - 2,95 tuhatta tonnia. Yleensä 20-25 % veneen painosta koostuu akuista. Sieltä otamme noin 740 tonnia - lyijyakkuja. Lisäksi: litiumin massa on noin 1/3 lyijyakkujen massasta -> 246 tonnia litiumia. Li-Ionin teholla 70 kWh/kg saamme noin 17 MWh akkuryhmän tehoa. Ja akkujen massojen ero on noin 495 tonnia... Tässä emme ota huomioon , jotka vaativat 14,5 tonnia hopeaa sukellusvenettä kohden ja maksavat 4 kertaa enemmän kuin lyijyakut. Muistutan, että Li-Ion akut ovat nyt vain 1,5-2 kertaa kalliimpia kuin VRLA, riippuen ratkaisun tehosta.
Entä japanilaiset? He muistivat liian myöhään, että "veneen keventäminen" 700 tonnilla muuttaa sen merikelpoisuutta ja vakautta... Heidän täytyi todennäköisesti lisätä aseita veneeseen, jotta veneen painojakauma palautettaisiin.
Litiumioniakut painavat myös vähemmän kuin lyijyakut, joten Soryu-luokan sukellusveneen rakennetta piti suunnitella jonkin verran uudelleen painolastin ja vakauden säilyttämiseksi.
Japanissa on luotu ja saatettu käyttökuntoon kahdentyyppisiä litiumioniakkuja: GS Yuasan valmistama litium-nikkeli-koboltti-alumiinioksidi (NCA) ja Toshiba Corporationin valmistama litiumtitanaatti (LTO). Japanin laivasto tulee käyttämään NCA-akkuja, kun taas Australialle tarjottiin LTO-akkuja käytettäväksi Soryu-luokan sukellusveneissä hiljattain järjestetyssä tarjouskilpailussa Kobayashin mukaan.
Kun tiedämme kunnioittavan asenteen turvallisuutta kohtaan Nousevan auringon maassa, voimme olettaa, että litiumin turvallisuusongelmat on ratkaistu, testattu ja sertifioitu.
Vaara: palovaara.
Tässä selvitämme julkaisun tarkoituksen, koska näiden ratkaisujen turvallisuudesta on täysin vastakkaisia mielipiteitä. Mutta tämä kaikki on retoriikkaa, mutta entä tietyt teolliset ratkaisut?
Olemme jo keskustelleet turvallisuuskysymyksistämme , mutta katsotaanpa vielä tätä asiaa. Siirrytään kuvaan, jossa tarkasteltiin Schneider Electric UPS:n osana käytetyn Samsung SDI:n valmistaman akun moduulin ja LMO/NMC-kennon suojaustasoa.
Kemiallisia prosesseja käsiteltiin käyttäjän artikkelissa . Yritetään ymmärtää mahdolliset riskit omassa tapauksessamme ja verrata niitä monitasoiseen suojaukseen Samsung SDI -kennoissa, jotka ovat olennainen osa valmiita Type G Li-Ion -telineitä osana Galaxy VM -pohjaista kokonaisratkaisua. .
Aloitetaan yleisestä vuokaaviosta litiumionikennon tulipalon riskeistä ja syistä.
Spoilerin alla voit tutkia teoreettisia kysymyksiä litiumioniakkujen paloriskistä ja prosessien fysiikastaAlkuperäinen lohkokaavio litiumionikennon tulipalon riskeistä ja syistä (Safety Hazard) alkaen 2018 vuosi.
Koska litiumionikennon kemiallisesta rakenteesta riippuen kennon lämpökarkaamisominaisuuksissa on eroja, keskitymme tässä artikkelissa kuvattuun prosessiin litium-nikkeli-koboltti-alumiinikennossa (perustuu LiNiCoAIO2:een) tai NCA.
Onnettomuuden kehittymisprosessi solussa voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen:
- vaihe 1 (alku). Normaali kennon toiminta, kun lämpötilan nousugradientti ei ylitä 0,2 celsiusastetta minuutissa ja itse kennon lämpötila ei ylitä 130-200 celsiusastetta kennon kemiallisesta rakenteesta riippuen;
- vaihe 2, lämmittely (kiihtyvyys). Tässä vaiheessa lämpötila nousee, lämpötilagradientti kasvaa nopeasti ja lämpöenergiaa vapautuu aktiivisesti. Yleensä tähän prosessiin liittyy kaasujen vapautumista. Liiallinen kaasun kehittyminen on kompensoitava käyttämällä varoventtiiliä;
- vaihe 3, lämpökarkaistu (Runaway). Akun lämmitys yli 180-200 astetta. Tässä tapauksessa katodimateriaali joutuu disproportionaatioreaktioon ja vapauttaa happea. Tämä on lämpökarkaamisen taso, koska tässä tapauksessa voi tapahtua syttyvien kaasujen ja hapen seos, joka aiheuttaa itsestään syttymisen. Tätä prosessia voidaan kuitenkin joissakin tapauksissa hallita, lukea - kun ulkoisten tekijöiden järjestelmä muuttuu, lämpökarkaistu joissain tapauksissa pysähtyy ilman kohtalokkaita seurauksia ympäröivälle tilalle. Itse litiumkennon huollettavuutta ja suorituskykyä näiden tapahtumien jälkeen ei oteta huomioon.
Lämpötilan lämpötila riippuu kennon koosta, kennon suunnittelusta ja materiaalista. Lämpötilan lämpötila voi vaihdella 130 - 200 celsiusastetta. Lämpöpalamisaika voi vaihdella minuuteista, tunteista tai jopa päivistä...
Entä LMO/NMC-tyyppiset kennot litiumioni-UPS:issa?
– Anodin kosketuksen estämiseksi elektrolyytin kanssa käytetään keraamista kerrosta osana kennoa (SFL). Litiumionien liike on estetty 130 celsiusasteessa.
– Suojaavan tuuletusventtiilin lisäksi käytössä on Over Charge Device (OSD) -suojausjärjestelmä, joka toimii yhdessä sisäisen sulakkeen kanssa ja sammuttaa vaurioituneen kennon, mikä estää lämpöpoistumisprosessin saavuttamasta vaarallista tasoa. Lisäksi sisäinen OSD-järjestelmä laukeaa aikaisemmin, kun paine saavuttaa 3,5 kgf/cm2, eli puolet vähemmän kuin kennon varoventtiilin vastepaine.
Muuten, kennosulake toimii yli 2500 A virroilla enintään 2 sekunnissa. Oletetaan, että lämpötilagradientti saavuttaa lukeman 10 astetta C/min. 10 sekunnissa kenno ehtii lisätä lämpötilaansa noin 1,7 astetta ylikellotustilassa.
– Kolmikerroksinen erotin kennossa lataustilassa estää litiumionien siirtymisen kennon anodille. Sulkulämpötila on 250 celsiusastetta.
Katsotaan nyt, mitä meillä on solun lämpötilalla; Verrataanpa, missä vaiheissa erityyppiset suojaukset laukeavat solutasolla.
— OSD-järjestelmä – 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= ulkoinen paine
Lisäsuoja ylivirtoja vastaan.
— varoventtiili 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= ulkoinen paine
- sulake kennon sisällä 2 sekuntia 2500A (ylivirtatila)
Kennon lämpökarkaamisen riski riippuu suoraan kennon varausasteesta/tasosta, lisätietoja täältä...Tarkastellaan solun varaustason vaikutusta lämpökarkaamisen riskien yhteydessä. Tarkastellaan kennon lämpötilan ja SOC-parametrin (State of Charge, akun varausaste) vastaavuustaulukkoa.
Akun lataustaso mitataan prosentteina ja näyttää, kuinka paljon kokonaislatauksesta on vielä tallennettu akkuun. Tässä tapauksessa harkitsemme akun lataustilaa. Voidaan päätellä, että litiumkennon kemiasta riippuen akku voi käyttäytyä eri tavalla yliladattuna ja sillä voi olla erilainen herkkyys lämpökarkaamiselle. Tämä johtuu erityyppisten Li-Ion-kennojen erilaisesta ominaiskapasiteetista (A*h/gramma). Mitä suurempi kennon ominaiskapasiteetti on, sitä nopeampi lämmön vapautuminen uudelleenlatauksen aikana.
Lisäksi 100 % SOC:lla ulkoinen oikosulku aiheuttaa usein kennon termisen karan. Toisaalta, kun kennon SOC on 80 %, kennon maksimilämpölämpötila siirtyy ylöspäin. Solu kestää paremmin hätätilanteita.
Lopuksi, 70 %:n SOC:lle ulkoiset oikosulut eivät välttämättä aiheuta lämpökarkaamista ollenkaan. Eli kennojen syttymisriski pienenee merkittävästi, ja todennäköisin skenaario on vain litiumakun varoventtiilin toiminta.
Lisäksi taulukosta voidaan päätellä, että akun LFP (violettikäyrä) lämpötila nousee yleensä jyrkästi, eli "lämpenemisvaihe" siirtyy sujuvasti "lämpöpalamisvaiheeseen" ja akun stabiilisuus. tämä järjestelmä ylilataukseen on hieman huonompi. LMO-akuilla, kuten näemme, on tasaisempi lämmitysominaisuus latauksen aikana.
TÄRKEÄÄ: Kun OSD-järjestelmä laukeaa, solu palautetaan ohitukseen. Siten telineen jännite pienenee, mutta se pysyy toiminnassa ja antaa signaalin UPS-valvontajärjestelmään itse telineen BMS-järjestelmän kautta. Klassisessa UPS-järjestelmässä, jossa on VRLA-akut, oikosulku tai katkeaminen yhden akun sisällä voi johtaa UPS:n kokonaisvikaan ja IT-laitteiden toiminnan menettämiseen.
Yllä olevan perusteella seuraavat riskit ovat edelleen merkityksellisiä käytettäessä litiumliuoksia UPS:ssä:
- Kennon tai moduulin terminen karkaaminen ulkoisen oikosulun seurauksena - useita suojaustasoja.
- Kennon tai moduulin terminen karkaaminen sisäisen akun toimintahäiriön seurauksena - useita suojaustasoja kenno- tai moduulitasolla.
- Ylilataus – BMS-suojaus sekä kaikki suojatasot telineelle, moduulille, kennolle.
- Mekaanisilla vaurioilla ei ole meidän tapauksessamme merkitystä, tapahtuman riski on mitätön.
- Telineen ja kaikkien akkujen (moduulit, kennot) ylikuumeneminen. Kriittinen 70-90 asteeseen asti. Jos UPS-asennushuoneen lämpötila nousee näiden arvojen yläpuolelle, rakennuksessa on tulipalo. Tavallisissa datakeskuksen käyttöolosuhteissa tapahtuman riski on mitätön.
- Lyhennetty akun käyttöikä korotetuissa huonelämpötiloissa - pitkäkestoinen käyttö jopa 40 asteen lämpötiloissa on sallittua ilman, että akun käyttöikä laskee merkittävästi. Lyijyakut ovat erittäin herkkiä lämpötilan nousulle ja lyhentävät niiden jäljellä olevaa käyttöikää suhteessa lämpötilan nousuun.
Katsotaanpa vuokaaviota litiumioniakkujen onnettomuusriskistä konesalissamme, palvelinhuoneen käyttötapauksessa. Yksinkertaistamme kaaviota hieman, sillä litium-UPS:t toimivat ihanteellisissa olosuhteissa, jos vertaamme gadgetissi, puhelimesi akkujen toimintaolosuhteita.
YHTEENVETO: Konesali- ja palvelinhuone-UPS-laitteiden erikoistuneet litiumakut ovat riittävän suojan tasoisia hätätilanteita vastaan, ja kokonaisvaltaisessa ratkaisussa useat eri suojausasteet ja yli viiden vuoden kokemus näiden ratkaisujen käytöstä mahdollistavat puhumisen uusien teknologioiden korkea turvallisuustaso. Emme saa muun muassa unohtaa, että litiumakkujen toiminta alallamme näyttää Li-Ion-teknologioiden "kasvihuoneolosuhteilta": toisin kuin älypuhelimesi taskussasi, kukaan ei pudota akkua datakeskukseen, ylikuumene, purkaudu. joka päivä, käytä aktiivisesti puskuritilassa.
Voit saada lisätietoa ja keskustella tietystä ratkaisusta litiumioniakkujen avulla palvelinhuoneeseesi tai datakeskukseesi lähettämällä pyynnön sähköpostitse tai tekemällä pyynnön yrityksen verkkosivuilla .
AVOIN TEKNOLOGIA – luotettavat kokonaisratkaisut maailman johtajilta, jotka on mukautettu erityisesti sinun tavoitteisiisi ja tavoitteisiisi.
Kirjoittaja: Kulikov Oleg
Johtava suunnitteluinsinööri
Integraatioratkaisujen osasto
Open Technologies Company
Vain rekisteröityneet käyttäjät voivat osallistua kyselyyn. , ole kiltti.
Mitä mieltä olet Li-Ion-teknologioihin perustuvien teollisten ratkaisujen turvallisuudesta ja soveltuvuudesta?
-
16,2%Vaarallinen, itsestään syttyvä, en missään tapauksessa laittaisi sitä palvelinhuoneeseeni.11
-
10,3%En ole kiinnostunut tästä, joten vaihdamme säännöllisesti klassisia paristoja, ja kaikki on kunnossa.7
-
16,2%Meidän on mietittävä, voiko se olla turvallista ja lupaavaa.11
-
23,5%Mielenkiintoista, tutkin mahdollisuuksia.16
-
13,2%Kiinnostunut! Sijoita kerran – äläkä pelkää ylittää koko datakeskusta yhden lyijyakun vian vuoksi.9
-
20,6%Mielenkiintoista! Edut ovat paljon suuremmat kuin haitat ja riskit.14
68 käyttäjää äänesti. 25 käyttäjää pidättyi äänestämästä.
Lähde: will.com