Hallo freonen!
Nei de publikaasje fan it artikel D'r binne in protte opmerkingen west oer de gefaren fan Li-Ion-oplossingen foar server- en datasintra. Dêrom sille wy hjoed besykje út te finen wat de ferskillen binne tusken yndustriële lithium-oplossingen foar in UPS en de batterij yn jo gadget, hoe't de bedriuwsbetingsten fan batterijen yn in serverkeamer ferskille, wêrom yn in Li-Ion-tillefoan de batterij net duorret mear as 2-3 jier, en yn in data sintrum dizze figuer sil tanimme nei 10 of mear jier. Wêrom binne de risiko's fan lithiumbrân yn in datasintrum / serverkeamer minimaal.
Ja, ûngemakken mei UPS-batterijen binne mooglik nettsjinsteande it type enerzjyopslachapparaat, mar de myte fan 'e "brângefaar" fan yndustriële lithium-oplossingen is net wier.
In protte hawwe dat ommers sjoen mei in lithiumbatterij yn in auto dy't op 'e autodyk beweecht? Dus, lit ús sjen, útfine, fergelykje ...
Hjir sjogge wy in typysk gefal fan ûnkontrolearre selsferwaarming, thermyske runaway fan 'e tillefoanbatterij, dy't liede ta sa'n ynsidint. Jo sille sizze: HJIR! It is mar in telefoan, allinnich in gek persoan soe soks yn 'e serverkeamer sette!
Ik bin der wis fan dat nei it bestudearjen fan dit materiaal de lêzer syn stânpunt sil feroarje oer dit probleem.
Aktuele situaasje yn 'e datacentermerk
It is gjin geheime dat it bouwen fan in datasintrum in ynvestearring op lange termyn is. De priis fan technyske apparatuer allinich kin 50% wêze fan 'e kosten fan alle kapitaalkosten. De werombetellingshorizont is sawat 10-15 jier. Fansels is d'r in winsk om de totale eigendomskosten te ferminderjen yn 'e heule libbenssyklus fan it datasintrum, en tagelyk ek kompakte technykapparatuer, wêrtroch safolle mooglik romte frijmakket foar de lading.
De optimale oplossing is in nije iteraasje fan yndustriële UPS basearre op Li-Ion-batterijen, dy't al lang kwyt binne fan "bernesykten" yn 'e foarm fan brângefaar, ferkearde lading-ûntladingsalgoritmen, en hawwe in massa beskermjende meganismen krigen.
Mei de tanimming fan 'e kapasiteit fan kompjûter- en netwurkapparatuer groeit de fraach nei UPS. Tagelyk ferheegje de easken foar batterijlibben yn gefal fan problemen mei sintralisearre stroomfoarsjenning en / of mislearrings by it starten fan in reservekopyboarne yn it gefal fan it gebrûk / beskikberens fan in dieselgeneratorset.
Neffens ús binne d'r twa haadredenen:
- Rapid groei yn it folume fan ynformaasje ferwurke en oerdroegen
Bygelyks, hokker
moat wurde bewarre en ferwurke. - Groei yn 'e dynamyk fan elektryske enerzjyferbrûk. Nettsjinsteande de algemiene trend fan it ferminderjen fan enerzjyferbrûk fan IT-apparatuer, it ferminderjen fan it spesifike enerzjyferbrûk fan elektroanyske komponinten.
Grafyk foar enerzjyferbrûk fan mar ien operearjend datasintrum
Deselde trend wurdt oantoand troch merkprognosen foar datacenters yn ús lân.Neffens de side, It totale oantal rack-romten dy't yn wurking binne mear as 20 tûzen. "It oantal rack-romten dy't yn wurking binne troch de 20 grutste datacenter-tsjinstferlieners yn 2017 ferhege mei 3% en berikte 22,4 tûzen (gegevens fan oktober 1, 2017), "- seit it CNews Analytics-rapport. Neffens konsultaasjeburo's wurdt ferwachte dat it oantal rekspaasjes yn 2021 sil tanimme nei 49 tûzen. Dat is, yn twa jier kin de eigentlike kapasiteit fan it datasintrum ferdûbelje. Wat is dit ferbûn mei? Earst fan alles, mei de tanimming fan it folume fan ynformaasje: sawol opslein as ferwurke.
Neist wolken beskôgje spilers de ûntwikkeling fan datacenterkapasiteiten yn 'e regio's as groeipunten: se binne it ienige segmint wêr't in reserve is foar saaklike ûntwikkeling. Neffens IKS-Consulting, yn 2016, de regio goed foar mar 10% fan alle middels oanbean op 'e merk, wylst de haadstêd en de Moskou regio besette 73% fan' e merk, en Sint Petersburch en de Leningrad regio - 17%. Yn 'e regio's bliuwt d'r in tekoart oan boarnen foar datacenters mei in hege graad fan fouttolerânsje.
Tsjin 2025 wurdt ferwachte dat it totale bedrach fan gegevens yn 'e wrâld 10 kear sil tanimme yn ferliking mei 2016.
Noch altyd, hoe feilich is lithium foar in server of datacenter UPS?
Neidiel: hege kosten fan Li-Ion oplossingen.
De priis fan lithium-ion-batterijen is noch altyd heech yn ferliking mei standertoplossingen. Neffens SE-skattingen sille de earste kosten foar UPS's mei hege macht oer 100 kVA foar Li-Ion-oplossingen 1,5 kear heger wêze, mar úteinlik sille de besparring op eigendom 30-50% wêze. As wy fergelikingen meitsje mei it militêr-yndustriële kompleks fan oare lannen, dan is hjir it nijs oer de lansearring yn mei Li-Ion batterijen. Hiel faak, lithium izer fosfaat batterijen (LFP yn 'e foto) wurde brûkt yn sokke oplossingen fanwege harren relative goedkeap en gruttere feiligens.
It artikel neamt dat $ 100 miljoen waard bestege oan nije batterijen foar de ûnderseeboat, litte wy besykje it yn oare wearden te konvertearjen ...4,2 tûzen ton is de ûnderwetterferpleatsing fan in Japanske ûnderseeboat. Surface ferpleatsing - 2,95 tûzen ton. As regel, 20-25% fan it gewicht fan 'e boat bestiet út batterijen. Fan hjirút nimme wy sawat 740 ton - lead-sûre batterijen. Fierder: de massa fan lithium is likernôch 1/3 fan dy fan lead-sûre batterijen -> 246 ton lithium. By 70 kWh / kg foar Li-Ion krije wy likernôch 17 MWh oan batterij array macht. En it ferskil yn 'e massa fan batterijen is likernôch 495 ton ... Hjir nimme wy gjin rekken mei , dy't 14,5 ton sulver per ûnderseeboat fereaskje, en 4 kear mear kostje as lead-soere batterijen. Lit my jo herinnerje dat Li-Ion-batterijen no mar 1,5-2 kear djoerder binne as VRLA, ôfhinklik fan de krêft fan 'e oplossing.
Hoe sit it mei de Japanners? Se betinken te let dat it "ferljochtsjen fan 'e boat" mei 700 ton in feroaring yn 'e seeweardichheid en stabiliteit meibringt ... Se moasten wierskynlik wapens oan board tafoegje om de ûntwerpgewichtferdieling fan 'e boat werom te jaan.
Lithium-ion-batterijen weagje ek minder as lead-acid-batterijen, sadat it Soryu-klasse ûnderseeboat-ûntwerp wat opnij ûntwurpen wurde moast om ballast en stabiliteit te behâlden.
Yn Japan binne twa soarten lithium-ion-batterijen makke en yn operasjonele steat brocht: lithium-nikkel-kobalt-aluminium-oxide (NCA) produsearre troch GS Yuasa en lithium titanate (LTO) produsearre troch Toshiba Corporation. De Japanske marine sil NCA-batterijen brûke, wylst Austraalje LTO-batterijen oanbean waard foar gebrûk op Soryu-klasse ûnderseeboaten yn in resinte oanbesteging, neffens Kobayashi.
Troch de earbiedige hâlding foar feiligens yn it Lân fan 'e Rising Sun te witten, kinne wy oannimme dat lithiumfeiligensproblemen binne oplost, hifke en sertifisearre.
Risiko: brângefaar.
Dit is wêr't wy it doel fan publikaasje sille útfine, om't d'r diametraal tsjinoerstelde mieningen binne oer de feiligens fan dizze oplossingen. Mar dit is allegear retoryk, mar hoe sit it mei spesifike yndustriële oplossingen?
Wy hawwe al besprutsen feiligens problemen yn ús , mar lit ús nochris by dizze kwestje stil stean. Litte wy nei de figuer, dy't ûndersocht it nivo fan beskerming fan 'e module en LMO / NMC-sel fan' e batterij produsearre troch Samsung SDI en brûkt as ûnderdiel fan 'e Schneider Electric UPS.
Gemyske prosessen waarden besprutsen yn it artikel fan 'e brûker . Litte wy besykje de mooglike risiko's yn ús bepaalde saak te begripen en te fergelykje mei beskerming op meardere nivo's yn Samsung SDI-sellen, dy't in yntegraal diel binne fan in klearmakke Type G Li-Ion-rack as ûnderdiel fan in wiidweidige oplossing basearre op Galaxy VM .
Litte wy begjinne mei in algemien gefal flowchart fan 'e risiko's en oarsaken fan brân yn in lithium-ion sel.
Under de spoiler kinne jo de teoretyske problemen studearje fan brânrisiko's fan lithium-ion-batterijen en de fysika fan prosessenInisjele blokdiagram fan 'e risiko's en oarsaken fan brân (Safety Hazard) fan in lithium-ion-sel út 2018 jier.
Sûnt ôfhinklik fan 'e gemyske struktuer fan' e lithium-ion sel binne d'r ferskillen yn 'e thermyske runaway skaaimerken fan' e sel, hjir sille wy rjochtsje op it proses beskreaun yn it artikel yn in lithium-nikkel-kobalt-aluminium sel (basearre op LiNiCoAIO2) of NCA.
It proses fan it ûntwikkeljen fan in ûngelok yn in sel kin ferdield wurde yn trije stadia:
- faze 1 (begjin). Normale wurking fan 'e sel as de temperatuerferheginggradient net mear as 0,2 graden Celsius per minuut is, en de seltemperatuer sels net mear as 130-200 graden Celsius, ôfhinklik fan' e gemyske struktuer fan 'e sel;
- etappe 2, warming up (Acceleration). Op dit poadium nimt de temperatuer op, de temperatuergradient nimt rap ta, en termyske enerzjy wurdt aktyf frijlitten. Yn it algemien, dit proses wurdt begelaat troch de frijlitting fan gassen. Oermjittige gas evolúsje moat wurde kompensearre troch operaasje fan de feiligens fentyl;
- etappe 3, termyske runaway (Runaway). Batterij ferwaarming oer 180-200 graden. Yn dit gefal komt it katodemateriaal yn in disproportionaasjereaksje en jout soerstof frij. Dit is it nivo fan termyske runaway, om't yn dit gefal in mingsel fan flammable gassen mei soerstof kin foarkomme, dy't spontane ferbaarning feroarsaakje. Lykwols, dit proses yn guon gefallen kin wurde kontrolearre, lêzen - as it regime fan eksterne faktoaren feroaret, thermyske runaway yn guon gefallen stopet sûnder fatale gefolgen foar de omlizzende romte. De tsjinstberens en prestaasjes fan 'e lithiumsel sels nei dizze eveneminten wurdt net beskôge.
Thermal runaway temperatuer hinget ôf fan sel grutte, sel ûntwerp, en materiaal. Thermal runaway temperatuer kin fariearje fan 130 oant 200 graden Celsius. De termyske runaway tiid kin fariearje en fariearje fan minuten, oeren of sels dagen ...
Wat oer LMO / NMC-type sellen yn lithium-ion UPS's?
- Om kontakt fan 'e anode mei de elektrolyt te foarkommen, wurdt in keramyske laach brûkt as diel fan' e sel (SFL). De beweging fan lithium-ionen wurdt blokkearre by 130 graden Celsius.
- Neist it beskermjende vent-ventil wurdt in Over Charge Device (OSD) beskermingssysteem brûkt, dat wurket yn gearhing mei in ynterne fuse en de skansearre sel útskeakelje, foarkomt dat it thermyske runaway-proses gefaarlike nivo's berikt. Boppedat sil it ynterne OSD-systeem earder aktivearje, as de druk 3,5 kgf / cm2 berikt, dat is de helte minder as de antwurddruk fan 'e feiligensklep fan' e sel.
Troch de wei, de sel fuse sil operearje by streamingen boppe 2500 A yn net mear as 2 sekonden. Litte wy oannimme dat de temperatuergradient in lêzing fan 10 graden C/min berikt. Yn 10 sekonden sil de sel tiid hawwe om sawat 1,7 graden ta te foegjen oan syn temperatuer yn 'e overklokkemodus.
- In trije-laach separator yn 'e sel yn' e oplaadmodus sil de oergong fan lithiumionen nei de anode fan 'e sel blokkearje. De blokkearjende temperatuer is 250 graden Celsius.
Litte wy no sjen wat wy hawwe mei de seltemperatuer; Lit ús fergelykje yn hokker stadia ferskate soarten beskermingen wurde opwekke op selnivo.
- OSD systeem - 3,5 + -0,1 kgf / cm2 <= eksterne druk
Ekstra beskerming tsjin overstromingen.
- feiligensklep 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= eksterne druk
- fuse yn 'e sel 2 sekonden by 2500A (oerstreammodus)
It risiko op termyske runaway fan in sel hinget direkt ôf fan 'e mjitte / nivo fan lading fan' e sel, mear details hjir ...Litte wy it effekt fan selladingsnivo beskôgje yn 'e kontekst fan' e risiko's fan thermyske runaway. Lit ús beskôgje de tabel fan korrespondinsje tusken de sel temperatuer en de SOC parameter (State of Charge, mjitte fan lading fan de batterij).
It batterijladingsnivo wurdt mjitten as in persintaazje en lit sjen hoefolle fan 'e totale lading noch opslein is yn 'e batterij. Yn dit gefal beskôgje wy de batterij oplaadmodus. It kin konkludearre wurde dat ôfhinklik fan 'e skiekunde fan' e lithium sel, de batterij kin gedrage oars as overcharged en hawwe ferskillende gefoelichheid foar termyske runaway. Dit komt troch de ferskillende spesifike kapasiteit (A * h / gram) fan ferskate soarten Li-Ion sellen. Hoe grutter de spesifike kapasiteit fan 'e sel, hoe rapper de waarmte frijlitting by it opladen.
Derneist, by 100% SOC, feroarsake in eksterne koartsluting faak thermyske runaway fan 'e sel. Oan 'e oare kant, as de sel op 80% SOC is, feroaret de maksimale thermyske runaway-temperatuer fan' e sel nei boppen. De sel wurdt mear resistint foar needomstannichheden.
Uteinlik, foar 70% SOC, kinne eksterne koartslutingen hielendal gjin thermyske runaway feroarsaakje. Dat is, it risiko fan selûntstekking wurdt gâns fermindere, en it meast wierskynlike senario is allinich de wurking fan 'e feiligensklep fan' e lithiumbatterij.
Dêrnjonken kinne wy út 'e tabel konkludearje dat de LFP (purple curve) fan in batterij meastal in steile temperatuerferheging hat, dat is, de "opwaarming" poadium soepel oergiet yn it "thermal runaway" stadium, en de stabiliteit fan dit systeem te overcharge is wat slimmer. LMO-batterijen, lykas wy sjogge, hawwe in soepeler ferwaarmingskarakteristyk by it opladen.
WICHTICH: As it OSD-systeem wurdt triggere, wurdt de sel weromset nei bypass. Sa wurdt de spanning op it rek fermindere, mar it bliuwt yn wurking en jout in sinjaal oan it UPS-monitorsysteem fia it BMS-systeem fan it rek sels. Yn it gefal fan in klassyk UPS-systeem mei VRLA-batterijen, kin in koartsluting of brek binnen ien batterij yn in string liede ta mislearring fan 'e UPS as gehiel en ferlies fan funksjonaliteit fan IT-apparatuer.
Op grûn fan it boppesteande, foar it gefal fan it brûken fan lithium-oplossingen yn UPS, bliuwe de folgjende risiko's relevant:
- Termyske runaway fan in sel of module as gefolch fan in eksterne koartsluting - ferskate nivo's fan beskerming.
- Thermal runaway fan in sel of module as gefolch fan in ynterne batterij malfunction - ferskate nivo's fan beskerming op de sel of module nivo.
- Overcharge - beskerming troch BMS plus alle nivo's fan beskerming foar in rek, module, sel.
- Mechanyske skea is net relevant foar ús gefal, it risiko fan it evenemint is te ferwaarloosjen.
- Oververhitting fan it rek en alle batterijen (modules, sellen). Unkritysk oant 70-90 graden. As de temperatuer yn 'e UPS-ynstallaasjekeamer boppe dizze wearden komt, betsjut dit dat der in brân is yn it gebou. Under normale bedriuwsbetingsten foar datacenters is it risiko fan in evenemint ferwaarlooslik.
- Fermindere batterijlibben by ferhege keamertemperatueren - operaasje op lange termyn by temperatueren oant 40 graden is tastien sûnder in merkbere fermindering fan batterijlibben. Leadbatterijen binne heul gefoelich foar elke ferheging fan temperatuer en ferminderje har oerbleaune libben yn ferhâlding mei de ferheging fan temperatuer.
Litte wy efkes sjen nei in streamdiagram fan it risiko op ûngemakken mei lithium-ion-batterijen yn ús datasintrum, gebrûkssaak foar serverkeamer. Litte wy it diagram in bytsje ferienfâldigje, om't lithium-UPS's sille wurde eksploitearre yn ideale omstannichheden, as wy de bedriuwsbetingsten fan 'e batterijen yn jo gadget, tillefoan fergelykje.
KONKLÚZJE: Spesjalisearre lithiumbatterijen foar UPS's foar datacenters en serverkeamers hawwe in foldwaande nivo fan beskerming tsjin needsituaasjes, en yn in wiidweidige oplossing kinne in grut oantal graden fan ferskate beskerming en mear as fiif jier ûnderfining yn it operearjen fan dizze oplossingen ús prate oer in heech nivo fan feiligens fan nije technologyen. Under oare dingen, wy moatte net ferjitte dat de wurking fan lithium batterijen yn ús sektor liket "kas" betingsten foar Li-Ion technologyen: yn tsjinstelling ta jo smartphone yn jo bûse, gjinien sil falle de batterij yn it datasintrum, oververhitting, ûntslach eltse dei, aktyf brûke yn buffer modus.
Jo kinne mear details fine en in spesifike oplossing beprate mei lithium-ion-batterijen foar jo serverkeamer of datasintrum troch in fersyk per e-post te stjoeren , of troch in fersyk te dwaan op 'e webside fan it bedriuw .
IEPEN TECHNOLOGIES - betroubere wiidweidige oplossingen fan wrâldlieders, spesifyk oanpast oan jo doelen en doelstellingen.
Author: Kulikov Oleg
Leading Design Engineer
Yntegraasje Solutions Department
It bedriuw Open Technologies Company
Allinnich registrearre brûkers kinne meidwaan oan 'e enkête. , asjebleaft.
Wat is jo miening oer de feiligens en tapasberens fan yndustriële oplossingen basearre op Li-Ion-technologyen?
-
16,2%Gefaarlik, selsûntstekend, ûnder gjin omstannichheden soe ik it yn myn serverkeamer sette.11
-
10,3%Ik bin net ynteressearre yn dit, sadat wy periodyk feroarje klassike batterijen, en alles is OK.7
-
16,2%Wy moatte neitinke oft it miskien feilich en belofte.11
-
23,5%Nijsgjirrich, ik sil de mooglikheden besjen.16
-
13,2%Ynteressearre! Ien kear ynvestearje - en net bang om it hiele datasintrum te oerweldigjen troch it mislearjen fan ien leadbatterij.9
-
20,6%Nijsgjirrich! De foardielen wegen fierhinne op tsjin de neidielen en risiko's.14
68 brûkers stimden. 25 brûkers ûntholden har.
Boarne: www.habr.com