Üdvözlöm, barátaim!
A cikk közzététele után sokan kommentálták a Li-Ion megoldások veszélyeit szerverek és adatközpontok esetében. Ezért ma próbáljuk megérteni, miben különböznek az ipari lítium alapú megoldások a szünetmentes tápegységek esetében a telefonodban lévő elemtől, hogyan különböznek az akkumulátorok üzemeltetési feltételei egy szerverhelyiségben, miért szolgál a Li-Ion akkumulátor maximum 2-3 évet a telefonban, míg az adatközpontban ez a szám akár 10 évre is nőhet. Miért minimálisak a lítium gyulladásának kockázatai az adatközpontban/szerverhelyiségben.
Igen, a szünetmentes tápegységek akkumulátorainál balesetek történhetnek, függetlenül az energia tárolók típusától, azonban a „tűzveszélyes” ipari lítium megoldások mítosza nem állja meg a helyét.
Sokan látták azt a lítium akkumulátorral egy autóban az autópályán, nem? Nos, nézzük meg, elemezzük, hasonlítsuk össze...
Itt látunk egy tipikus példát az akkumulátor ellenőrizetlen önfelmelegedésére, amely a telefon hőmérsékletének hirtelen emelkedéséhez vezetett. Azt mondanád: EZ! Ez csak egy telefon, egy szerverhelyiségbe csak őrült tenne ilyet!
Biztos vagyok benne, hogy a cikk elolvasása után az olvasó megváltoztatja a véleményét ezzel a kérdéssel kapcsolatban.
Jelenlegi helyzet az adatközpontok piacán
Senki számára nem titok, hogy egy adatközpont építése hosszú távú, tőkebefektetéssel jár. Csak a mérnöki berendezések ára akár a teljes tőketartás 50% -át is elérheti. A megtérülési idő körülbelül 10-15 év. Természetes, hogy felmerül a vágy, hogy csökkentsük az adatközpont teljes tulajdonlási költségét az egész életciklus alatt, miközben maximizáljuk a mérnöki berendezések sűrítését, és ezzel minél több helyet szabadítunk fel a hasznos terhelés számára.
A legjobb megoldás az új generációs ipari szünetmentes tápegységek lítium-ion akkumulátorokkal, amelyek már régóta megszabadultak a „gyermekkori betegségektől”, mint a tűzveszély, helytelen töltési és kisütési algoritmusok, és számos védelmi mechanizmussal rendelkeznek.
A számítási és hálózati eszközök teljesítményének növekedésével nő a kereslet a szünetmentes tápegységekre is. Egyidejűleg növekszik az akkumulátorok üzemidővel szemben támasztott követelmény, ha problémák merülnek fel a központosított elektromos ellátással és/vagy a tartalék áramforrás indítási hibájával, ha generátorok vannak.
Két fő oka van ennek a véleményünk szerint:
- Az feldolgozott és átadott információk mennyiségének gyors növekedése
Például, , amelyet
meg kell tartani és feldolgozni. - A villamosenergia-fogyasztás dinamikájának növekedése. Az IT-eszközök energiafogyasztásának általános csökkenése ellenére az elektronikai komponensek energiafogyasztásának csökkenése.
Egyetlen működő adatközpont (DC) energiafogyasztási grafikonja
Ezt a tendenciát tükrözik az adatközpont piacának előrejelzései hazánkbanA weboldal adatai szerint, az üzembe helyezett rackhelyek összesített száma meghaladja a 20 ezer. „A 20 legnagyobb adatközpont szolgáltató által üzembe helyezett rackhelyek száma 2017-ben 3%-kal nőtt, és elérte a 22,4 ezret (2017. október 1-jei adatok szerint)” – olvasható a CNews Analytics jelentésében. A tanácsadó ügynökségek becslése szerint 2021-re a rackhelyek száma 49 ezerre nő. Ez azt jelenti, hogy két év alatt az adatközpontok valós kapacitása megduplázódhat. Miért van ez így? Elsősorban az információmennyiség növekedésével: mind a tárolt, mind a feldolgozott információk esetében.
A felhők mellett a növekedés pontjaként a játékosok említik az adatközpont kapacitások fejlődését a régiókban: ezek a legnagyobb lehetőséget kínáló szegmens, ahol a vállalkozás fejlődési lehetőségei megmaradnak. Az IKS-Consulting adatai szerint 2016-ban a piacra kínált összes erőforrásnak csak 10%-a volt a régiókban, míg a főváros és a Moszkvai terület 73%-ot, Pétervár és Leningrád megye pedig 17%-ot képviselt. A régiókban továbbra is hiány van a magas rendelkezésre állású adatközpont erőforrásaiból.
A 2025-re vonatkozó előrejelzések szerint a világ adatainak összmennyisége tizenötszörösére nő a 2016-os adatokhoz képest.
Mennyire biztonságos a lítium az UPS szerverek vagy adatközpontok számára?
Hátrány: a Li-Ion megoldások magas költsége.
A lítium-ion akkumulátorok ára még mindig magas a hagyományos megoldásokhoz képest. A SE által végzett becslések szerint a 100 kVA feletti nagy teljesítményű UPS-ek kezdeti költségei Li-Ion megoldások esetén 1,5-szer magasabbak lesznek, de végül a tulajdonlás költsége 30-50%-kal csökken. Ha más országok hadiiparágával összehasonlítjuk, itt van egy hír a Li-Ion akkumulátorokkal. Ilyen megoldásoknál elég gyakran használnak lítium-vas-foszfát akkumulátorokat (a képen - LFP) a relatív olcsóságuk és nagyobb biztonságuk miatt.
A cikk említi, hogy új akkumulátorokra tengeralattjáró számára 100 millió dollárt költöttek, próbáljuk meg más mértékegységekbe átszámolni...4,2 ezer tonnás víz alatti vízkiszorítása a japán tengeralattjáróknak. A vízfelszíni vízkiszorítása 2,95 ezer tonna. Általában a hajó tömegének 20-25%-át teszik ki az akkumulátorok. Itt körülbelül 740 tonnát veszünk - ólom-savas akkumulátorokat. Továbbá: a lítium tömege körülbelül 1/3-a az ólom-savas akkumulátoroknak -> 246 tonna lítium. 70 kWh/kg-os Li-Ion kapacitással körülbelül 17 MWh teljesítményt kapunk az akkumulátor tömbből. És az akkumulátorok közötti tömegkülönbség - körülbelül 495 tonna… Itt nem számolunk. , amelyekhez egy tengeralattjárónak 14,5 tonna ezüstre van szüksége, és árban négyszeresen meghaladják az ólom-sav és akkumulátorokat. Emlékeztetem, hogy a Li-Ion akkumulátorok most drágábbak, mint a VRLA, mindössze 1,5-2-szer a megoldás teljesítményétől függően.
Mit mondanak a japánok? Túl későn emlékeztek, hogy a hajó „megkönnyítése” 700 tonnával megváltoztatja a tengerjáró képességeit, a stabilitást... Valószínű, hogy fegyvereket kellett beszerezniük a fedélzetre, hogy visszaállítsák a tervezett súlyeloszlási értékeket.
A lítium-ion akkumulátorok is könnyebbek, mint az ólom-sav akkumulátorok, így a Soryu típusú tengeralattjáró projektet némileg átalakították a ballaszt és stabilitás megőrzése érdekében.
Japánban kétféle lítium-ion akkumulátort hoztak létre és üzembe helyeztek: lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxid (NCA) a GS Yuasa gyártásában és lítium-titanát (LTO) a Toshiba vállalat gyártásában. A japán flotta NCA típusú akkumulátorokat fog használni, míg Kobayasi szerint Ausztráliának a Soryu típusú tengeralattjárókra a közelmúltban a LTO típusú akkumulátorokat javasolták egy tender során.
Tudva, hogy mennyire figyelnek a biztonságra a Felkelő Nap országában, feltételezhető, hogy a lítium biztonságával kapcsolatos kérdéseik megoldottak, teszteltek és tanúsítottak.
Kockázat: tűzveszély.
Itt fogunk beszélni a publikálás céljáról, mivel a megoldások biztonságáról eltérő vélemények léteznek. De ez mind líra, mit mondhatunk a konkrét ipari megoldásainkról?
A biztonsági kérdéseket már tárgyaltuk a , de ismét visszatérünk erre a kérdésre. Nézzük meg a grafikont, amely a Samsung SDI gyártású LMO/NMC akkumulátor moduljának és cellájának védelmi szintjét vizsgálja, valamint a Schneider Electric UPS rendszerben való alkalmazását.
A kémiai folyamatokat már a felhasználó cikkében tárgyaltuk, Próbáljuk megérteni a lehetséges kockázatokat a konkrét esetünkben, és összehasonlítani ezeket a Samsung SDI cellák többféle védelmével, amelyek a Galaxy VM alapú komplex megoldás Li-Ion Type G állványának alkotórészei.
Kezdjük a lítium-ion cellák tüzelési kockázatainak blokkvázlatával.
A spoiler alatt tanulmányozhatók a lítium-ion akkumulátorok tüzelési kockázatainak elméleti kérdései és a folyamatok fizikája.A lítium-ion cella tüzelési kockázati és okai blokkdiagramja (Safety Hazard) a 2018-ból.
Mivel a lítium-ion cella kémiai struktúrájától függően eltérések vannak a hőfokozódás jellemzőiben, itt a cikkben ismertetett folyamatra összpontosítunk a lítium-nikkel-kobalt-alumínium cellában (LiNiCoAIO2 alapú) vagy NCA.
A baleset fejlődésének folyamata a cellában három szakaszra osztható:
- 1. szakasz (Onset). A cella normál működése, amikor a hőmérséklet-emelkedés gradiens nem haladja meg a 0,2 °C/percet, és a cella hőmérséklete nem lépi túl a 130-200 °C-ot a cella kémiai szerkezetétől függően;
- 2. szakasz, felmelegedés (Acceleration). Ezen a ponton a hőmérséklet emelkedik, a hőmérséklet növekedésének gradiens gyorsan nő, és aktív hőenergia szabadul fel. Általában ez a folyamat gázok kibocsátásával jár. A túlzott gázkibocsátást a biztonsági szelep működése révén kell kompenzálni.
- 3. szakasz, hőfokozódás (Runaway). Az akkumulátor hőmérséklete meghaladja a 180-200 fokot. Ekkor a katód anyaga diszproporcionálódásba lép és oxigént szabadít fel. Ez a hőfokozódás szintje, mivel ebben az esetben gyúlékony gázok és oxigén keveréke jöhet létre, ami öngyulladást idézhet elő. Azonban ez a folyamat bizonyos esetekben irányítható, olvasható: a külső tényezők módosításakor a hőfokozódás sok esetben megszűnik anélkül, hogy végzetes következményekkel járna a környező térre. A lítium cella hibátlan működése ezek után nem kerül mérlegelés alá.
A hőfokozódás hőmérséklete a cella méretétől, felépítésétől és anyagától függ. A hőfokozódás hőmérséklete 130 és 200 Celsius-fok között változhat. A hőfokozódás időtartama eltérő lehet, percek, órák vagy akár napok is lehetnek...
Mi a helyzet a lítium-ion UPS LMO/NMC típusú cellákkal?
– Az anód és az elektrolit érintkezésének megakadályozására kerámiaréteg kerül a cella összetételébe (SFL). A lítiumionok mozgásának blokkolása 130 °C-nál történik.
– A védő szellőző szelep mellett túlterhelésvédelmi rendszer (Over Charge Device, OSD) is alkalmazásra kerül, amely belső biztosítékkal együtt működik, és lekapcsolja a sérült cellát, megakadályozva így a hőfokozódás veszélyes értékekig való eljutását. Fontos, hogy az OSD belső rendszer aktiválása korábban történik, amikor a nyomás 3,5 kg/cm²-t ér el, ami fele annyi, mint a cella védő szelepének aktiválási nyomása.
Egy szó mint száz, a cella biztosítéka 2500 A feletti áramok esetén legfeljebb 2 másodperc alatt működik. Tegyük fel, hogy a hőmérséklet-gradiens 10 °C/perc sebességgel elérte a szintet. 10 másodperc alatt a cella körülbelül 1,7 fokot tud hozzáadni a hőmérsékletéhez, miközben hőfokozó üzemmódban van.
– A háromrétegű szeparátor a cellában túltöltés üzemmódban megakadályozza a lítiumionok anódra való átjutását. A blokkolás hőmérséklete 250 °C.
Most nézzük meg, mi a helyzet a cella hőmérsékletével; vizsgáljuk meg, hogy a különböző védelmek mikor lépnek működésbe a cella szintjén.
— OSD rendszer – 3,5±0,1 kg/cm² <= külső nyomás
További védelem a túlfeszültség ellen.
— biztonsági szelep 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= külső nyomás
— biztosíték a cellán belül 2 másodperc alatt 2500A-nál (túlterhelési áram üzemmód)
A cella hőfelgyorsulásának kockázata közvetlenül függ a cella töltöttségi fokának szintjétől, további részletek itt...Tekintsük a cella töltöttségi szintjét a hőfelgyorsulás megjelenésének kockázata szempontjából. Vizsgáljuk meg a cella hőmérsékletének megfelelő táblázatot a SOC (State of Charge, töltést állapot) paraméterén.
Az akkumulátor töltöttségi foka százalékban mérve mutatja, hogy a teljes töltés hány része maradt meg az akkumulátorban. Jelen esetben az akkumulátor túltöltési üzemmódjáról van szó. Megállapítható, hogy a lítium cella kémiai összetételétől függően az akkumulátor eltérően viselkedhet a túltöltés során, és különböző hajlamot mutathat a hőfelgyorsulásra. Ez a különböző típusú Li-Ion cellák eltérő fajlagos kapacitásával (Ah/gramm) magyarázható. Minél nagyobb a cella fajlagos kapacitása, annál gyorsabb hőtermelés következik be a túltöltés során.
Ezenkívül 100% SOC esetén a külső rövidzárlat gyakran hőfelgyorsuláshoz vezet a cellában. Másrészről, ha a cella töltöttségi szintje 80% SOC, a hőfelgyorsulás kezdeti maximális hőmérséklete nagyobb irányba tolódik. A cella ellenállóbbá válik a vészhelyzetekkel szemben.
Végül, 70% SOC esetén a külső rövidzárlatok szinte soha nem okoznak hőfelgyorsulást. Ez azt jelenti, hogy a cella gyulladásának kockázata jelentősen csökken, és a legvalószínűbb forgatókönyv csupán a lítium akkumulátor biztonsági szelepe működésbe lépése.
Továbbá a táblázatból megállapítható, hogy az LFP (lila görbe) akkumulátorok általában meredek hőmérséklet-emelkedési hajlammal rendelkeznek, azaz a "felmelegedés" szakasz simán átmegy a "hőfelgyorsulás" szakaszba, és ennek a rendszernek a túltöltéssel szembeni ellenállása kissé gyengébb. Az LMO típusú akkumulátorok, ahogy láthatjuk, simább hőmérséklet-emelkedési jellemzőkkel bírnak a túltöltés során.
FONTOS: Az OSD rendszer aktiválásakor a cellát megkerüli a bypass. Ennek következtében csökken a feszültség a szekrényben, de az továbbra is működik, és jelet ad a UPS figyelő rendszerébe a szekrény BMS rendszere révén. Klasszikus VRLA akkumulátoros UPS esetén a stringben egy akkumulátor rövidzárlata vagy szakadás az egész UPS leállását és az IT-eszközök működésképtelenné válását okozhatja.
A fentiekből következik, hogy a lítium megoldások UPS használatával kapcsolatos kockázatok továbbra is aktuálisak:
- A cella, modul hőmérsékleti túlhevülése külső rövidzárlat következtében – több szintű védelem.
- A cella, modul hőmérsékleti túlhevülése akkumulátor belső hibája következtében – több szintű védelem a cella, modul szintjén.
- Túltöltés – védelem BMS eszközökkel plusz a szekrény, modul, cella minden szintű védelme.
- Mechanikai sérülés – nem releváns a mi esetünkben, az esemény kockázata elenyésző.
- A szekrény és minden akkumulátor (modulok, cellák) túlmelegedése. Kritikus szinten 70-90 fokig nem érdemel figyelmet. Ha az UPS telepítési helyiség hőmérséklete ezen értékek fölé emelkedik, az már tűzesetet jelez az épületben. Normál működési körülmények között a kockázat elenyésző a DC adatközpontban.
- Az akkumulátorok élettartamának csökkenése magas szobahőmérsékleten – hosszú távú működés 40 fokig elfogadható, szignifikáns élettartam-csökkenés nélkül. A vezetékes akkumulátorok rendkívül érzékenyek a hőmérséklet emelkedésére és arányosan csökkentik maradék kapacitásukat a hőmérséklet növekedésével.
Nézzük meg a lítium-ion akkumulátorok baleseti kockázatainak blokkdiagramját a DC használati esetünkben, adatközpontban, szerverekkel. Egyszerűsítsük a diagramot, mivel a lítium UPS-ek ideális körülmények között fognak működni, összehasonlítva az akkumulátorok működési környezetével az Ön eszközében, telefonjában.
KÖVETKEZTETÉS: Specializált lítium akkumulátorok UPS adatközpontokhoz, szerverekhez elegendő védelmet nyújtanak a rendellenes helyzetek ellen. A komplex megoldások számos védelmi fokozatot kínálnak, és a több mint öt éves tapasztalat ezen megoldások üzemeltetésében lehetővé teszi, hogy a legújabb technológiák magas szintű biztonságáról beszéljünk. Emellett nem szabad elfelejteni, hogy a lítium akkumulátorok működése szektorunkban „üvegházi” körülmények között zajlik a Li-Ion technológiák számára: ellentétben a zsebében lévő okostelefonnal, az adatközpontban senki sem ejti le, nem melegíti túl, nem meríti le minden nap, és nem használja aktív tartalékként.
További részletekért és az Ön szerveréhez vagy adatközpontjához használható lítium-ion akkumulátor megoldásának megbeszéléséhez kérjük, küldjön e-mailt a következő címre: , vagy kérdezzen a vállalat weboldalán. .
NYITOTT TECHNOLÓGIÁK – megbízható, komplex megoldások a világ vezetőitől, kifejezetten az Ön céljaira és feladataira szabva.
Szerző: Kulikov Oleg
Főmérnök
Integrációs megoldások osztály
Nyitott Technológiák
Csak a regisztrált felhasználók vehetnek részt a szavazáson. , kérem.
Mi a véleménye az ipari Li-Ion technológiák biztonságáról és alkalmazhatóságáról?
16,2%Veszélyes, öngyulladó, soha nem tenném be a szerverembe.
10,3%Ez nem érdekel, így is időnként cserélgetjük a klasszikus akkumulátorokat, és minden rendben van.
16,2%El kell gondolkodnom rajta, talán biztonságos és ígéretes.
23,5%Érdekes, megfontolom a lehetőségeket.
13,2%Érdekel! Egyszeri befektetés – és nem kell félnem, hogy az egész adatközpont leáll egyetlen ólomakkumulátor meghibásodása miatt.
20,6%Érdekes! Sokkal több előny van, mint hátrány vagy kockázat.
68 felhasználó szavazott. 25 felhasználó tartózkodott.
Forrás: habr.com
