Hello barátok!
A cikk megjelenése után Sok hozzászólás érkezett a Li-Ion megoldások szerver- és adatközpontok veszélyeiről. Ezért ma megpróbáljuk kitalálni, hogy mi a különbség a szünetmentes tápegység ipari lítium megoldásai és a kütyüben lévő akkumulátor között, miben térnek el az akkumulátorok működési feltételei a szerverteremben, miért egy Li-Ion telefonban az akkumulátor nem bírja. több mint 2-3 év, és egy adatközpontban ez a szám 10 vagy több évre nő. Miért minimális a lítiumtűz kockázata egy adatközpontban/szerverteremben?
Igen, az UPS akkumulátorokkal az energiatároló típusától függetlenül előfordulhatnak balesetek, de az ipari lítiummegoldások „tűzveszélyességéről” szóló mítosz nem igaz.
Végül is sokan látták ezt lítium akkumulátorral egy autópályán mozgó autóban? Szóval lássuk, találjuk ki, hasonlítsuk össze...
Itt egy tipikus esetet látunk a telefon akkumulátorának ellenőrizetlen önmelegedésének, termikus kifutásának, ami egy ilyen eseményhez vezetett. Azt fogja mondani: ITT! Ez csak egy telefon, ilyet csak egy őrült rakna be a szerverszobába!
Biztos vagyok benne, hogy az anyag tanulmányozása után az olvasó megváltoztatja álláspontját ebben a kérdésben.
Az adatközpontok piacának jelenlegi helyzete
Nem titok, hogy egy adatközpont építése hosszú távú befektetés. A mérnöki berendezések ára önmagában az összes tőkeköltség 50%-a lehet. A megtérülési idő körülbelül 10-15 év. Természetesen az adatközpont teljes életciklusa során a teljes birtoklási költség csökkentése, és egyben a kompakt mérnöki berendezések is csökkenteni kívánják, a lehető legtöbb helyet felszabadítva a hasznos teher számára.
Az optimális megoldás a Li-Ion akkumulátorokra épülő ipari szünetmentes tápegységek új iterációja, amelyek már régóta megszabadultak a „gyermekkori betegségektől” a tűzveszély, a hibás töltés-kisütés algoritmusok formájában, és védelmi mechanizmusok tömegére tettek szert.
A számítástechnikai és hálózati berendezések kapacitásának növekedésével az UPS iránti kereslet növekszik. Ugyanakkor az akkumulátor élettartamára vonatkozó követelmények megnövekednek a központi tápellátással kapcsolatos problémák és/vagy a tartalék áramforrás indításakor fellépő meghibásodások esetén, dízel generátorkészlet használata/rendelkezésre állása esetén.
Véleményünk szerint ennek két fő oka van:
- A feldolgozott és továbbított információ mennyiségének gyors növekedése
Például hogy
menteni és feldolgozni kell. - Az elektromos energia felhasználás dinamikájának növekedése. Az informatikai berendezések energiafogyasztásának csökkentésére irányuló általános tendencia ellenére az elektronikai alkatrészek fajlagos energiafogyasztásának csökkentése.
Csak egy működő adatközpont energiafogyasztási grafikonja
Ugyanezt a tendenciát mutatják az adatközpont-piaci előrejelzések hazánkban is.Az oldal szerint, az üzembe helyezett rackhelyek száma összesen több mint 20 ezer. „A 20 legnagyobb adatközpont-szolgáltató által 2017-ben üzembe helyezett rackhelyek száma 3%-kal nőtt és elérte a 22,4 ezret (október 1-i adatok, 2017)” – áll a CNews Analytics jelentésben. A tanácsadó ügynökségek szerint 2021-re a rackhelyek száma várhatóan 49 ezerre nő. Vagyis két év alatt megduplázódhat az adatközpont tényleges kapacitása. Ez mihez kapcsolódik? Először is az információ mennyiségének növekedésével: tárolt és feldolgozott egyaránt.
A felhők mellett a régiókban az adatközponti kapacitások fejlesztését tartják növekedési pontnak a szereplők: ez az egyetlen szegmens, ahol van tartalék üzletfejlesztésre. Az IKS-Consulting szerint 2016-ban a régiók a piacon kínált összes erőforrás mindössze 10% -át tették ki, míg a főváros és a moszkvai régió a piac 73% -át, Szentpétervár és a leningrádi régió pedig 17% -át foglalta el. A régiókban továbbra is hiány van a magas fokú hibatűrő képességű adatközponti erőforrásokból.
Az előrejelzések szerint 2025-re a világ teljes adatmennyisége tízszeresére nő 10-hoz képest.
Mégis, mennyire biztonságos a lítium egy szerver- vagy adatközponti UPS-hez?
Hátránya: a Li-Ion megoldások magas költsége.
A lítium-ion akkumulátorok ára továbbra is magas a standard megoldásokhoz képest. Az SE becslései szerint a nagy teljesítményű, 100 kVA feletti UPS-ek kezdeti költségei a Li-Ion megoldások esetében másfélszer magasabbak lesznek, de végső soron a tulajdonjog megtakarítása 1,5-30%. Ha összehasonlítjuk más országok hadiipari komplexumával, akkor itt a hír az indulásról Li-Ion akkumulátorokkal. Elég gyakran lítium-vas-foszfát akkumulátorokat (a képen LFP) használnak ilyen megoldásokban viszonylagos olcsóságuk és nagyobb biztonságuk miatt.
A cikk megemlíti, hogy 100 millió dollárt költöttek a tengeralattjáró új akkumulátoraira, próbáljuk meg más értékre váltani...4,2 ezer tonna egy japán tengeralattjáró víz alatti kiszorítása. Felületi elmozdulás - 2,95 ezer tonna. A csónak tömegének 20-25%-át általában akkumulátorok teszik ki. Innen körülbelül 740 tonna - ólom-savas akkumulátort veszünk. Továbbá: a lítium tömege körülbelül 1/3-a az ólom-savas akkumulátorokénak -> 246 tonna lítium. 70 kWh/kg Li-Ion esetén körülbelül 17 MWh akkumulátor-tömb teljesítményt kapunk. És az akkumulátorok tömegének különbsége hozzávetőlegesen 495 tonna... Itt nem vesszük figyelembe , amelyek tengeralattjárónként 14,5 tonna ezüstöt igényelnek, és 4-szer drágábbak, mint az ólom-savas akkumulátorok. Hadd emlékeztesselek arra, hogy a Li-Ion akkumulátorok a megoldás teljesítményétől függően ma már csak 1,5-2-szer drágábbak a VRLA-nál.
Mi lesz a japánokkal? Túl későn emlékeztek arra, hogy a csónak 700 tonnával történő „könnyítése” a hajózási alkalmasság és a stabilitás megváltozását vonja maga után... Valószínűleg fegyvereket kellett felvenniük a fedélzetre, hogy visszaállítsák a hajó tervezett súlyeloszlását.
A lítium-ion akkumulátorok súlya is kisebb, mint az ólom-savas akkumulátoroké, ezért a Soryu-osztályú tengeralattjáró-kialakítást némileg át kellett tervezni a ballaszt és a stabilitás megőrzése érdekében.
Japánban kétféle lítium-ion akkumulátort hoztak létre és hoztak üzemképes állapotba: a GS Yuasa által gyártott lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxidot (NCA) és a Toshiba Corporation által gyártott lítium-titanátot (LTO). Kobayashi szerint a japán haditengerészet NCA akkumulátorokat használ majd, míg Ausztráliának a Soryu osztályú tengeralattjárókon való használatra ajánlottak LTO akkumulátorokat.
Ismerve a biztonság iránti tiszteletteljes hozzáállást a Felkelő Nap Országában, feltételezhetjük, hogy a lítium biztonsági kérdéseit megoldották, tesztelték és tanúsították.
Veszély: tűzveszély.
Itt fogjuk kitalálni a közzététel célját, mivel ezeknek a megoldásoknak a biztonságosságáról merőben ellentétes vélemények vannak. De ez mind retorika, de mi a helyzet a konkrét ipari megoldásokkal?
A biztonsági kérdésekről már tárgyaltunk , de térjünk át még egyszer ennél a kérdésnél. Térjünk rá az ábrára, amely a Samsung SDI által gyártott és a Schneider Electric UPS részeként használt akkumulátor moduljának és LMO/NMC cellájának védelmi szintjét vizsgálta.
A kémiai folyamatokról a felhasználó cikkében volt szó . Próbáljuk meg megérteni a konkrét esetünkben rejlő lehetséges kockázatokat, és hasonlítsuk össze őket a Samsung SDI cellák többszintű védelmével, amelyek a Galaxy VM-re épülő átfogó megoldás részeként a kész Type G Li-Ion rack szerves részét képezik. .
Kezdjük a lítium-ion cellában bekövetkező tűz kockázatainak és okainak általános esetfolyamatábrájával.
A spoiler alatt a lítium-ion akkumulátorok tűzveszélyének elméleti kérdéseit és a folyamatok fizikáját tanulmányozhatodKezdeti blokkdiagram egy lítium-ion cella tűz kockázatairól és okairól (Biztonsági veszély) 2018 év.
Mivel a lítium-ion cella kémiai szerkezetétől függően eltérések mutatkoznak a cella termikus kifutási jellemzőiben, itt a cikkben leírt folyamatra fogunk összpontosítani egy lítium-nikkel-kobalt-alumínium cellában (LiNiCoAIO2 alapú) vagy NCA.
A cellában bekövetkezett balesetek folyamata három szakaszra osztható:
- 1. szakasz (Kezdet). A cella normál működése, ha a hőmérséklet-emelkedési gradiens nem haladja meg a 0,2 Celsius fokot percenként, és maga a cella hőmérséklete nem haladja meg a 130-200 Celsius fokot, a cella kémiai szerkezetétől függően;
- 2. szakasz, bemelegítés (Gyorsulás). Ebben a szakaszban a hőmérséklet emelkedik, a hőmérsékleti gradiens gyorsan növekszik, és a hőenergia aktívan felszabadul. Általában ezt a folyamatot gázok felszabadulása kíséri. A túlzott gázfejlődést a biztonsági szelep működtetésével kell kompenzálni;
- 3. szakasz, termikus szökés (Runaway). Az akkumulátor melegítése 180-200 fok felett. Ebben az esetben a katód anyaga aránytalanítási reakcióba lép, és oxigént szabadít fel. Ez a hőkifutás szintje, mivel ebben az esetben gyúlékony gázok oxigénnel való elegye fordulhat elő, amely spontán égést okoz. Ez a folyamat azonban bizonyos esetekben ellenőrizhető, leolvasható - amikor a külső tényezők rendszere megváltozik, a termikus kifutás bizonyos esetekben leáll anélkül, hogy végzetes következményekkel járna a környező térre nézve. Magának a lítiumelemnek a használhatóságát és teljesítményét ezen események után nem veszik figyelembe.
A kifutó termikus hőmérséklet a cella méretétől, a cella kialakításától és az anyagtól függ. A termikus kifutási hőmérséklet 130 és 200 Celsius fok között változhat. A termikus kifutási idő percek, órák vagy akár napok között változhat...
Mi a helyzet az LMO/NMC típusú cellákkal a lítium-ion UPS-ekben?
– Az anód és az elektrolit érintkezésének megakadályozására a cella (SFL) részeként kerámiaréteget használnak. A lítium-ionok mozgása 130 Celsius fokon blokkolva van.
– A védőszellőztető szelepen kívül egy OSD (Over Charge Device) védelmi rendszert alkalmaznak, amely egy belső biztosítékkal együttműködve kikapcsolja a sérült cellát, megakadályozva, hogy a hőkifutási folyamat veszélyes szintre emelkedjen. Sőt, a belső OSD rendszer korábban aktiválódik, amikor a nyomás eléri a 3,5 kgf/cm2-t, azaz felével kisebb, mint a cella biztonsági szelepének válasznyomása.
A cella biztosítéka egyébként 2500 A feletti áramerősségnél legfeljebb 2 másodperc alatt működik. Tegyük fel, hogy a hőmérsékleti gradiens eléri a 10 C/perc értéket. 10 másodpercen belül a cellának lesz ideje körülbelül 1,7 fokkal növelni a hőmérsékletét túlhajtási módban.
– A cellában lévő háromrétegű szeparátor újratöltési módban blokkolja a lítium-ionok átmenetét a cella anódjára. A blokkolás hőmérséklete 250 Celsius fok.
Most nézzük meg, mi van a cella hőmérsékletével; Hasonlítsuk össze, hogy a különböző típusú védelmek milyen szakaszokban kapcsolódnak be a cella szintjén.
— OSD rendszer – 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= külső nyomás
Kiegészítő védelem túláram ellen.
— biztonsági szelep 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= külső nyomás
- biztosíték a cellában 2 másodpercig 2500A-en (túláram mód)
A cella termikus kifutásának kockázata közvetlenül függ a cella töltöttségi fokától/szintjétől, bővebben itt...Tekintsük a cella töltésszintjének hatását a termikus kifutás kockázataival összefüggésben. Tekintsük a cella hőmérséklete és az SOC paraméter (State of Charge, az akkumulátor töltöttségi foka) közötti megfelelési táblázatot.
Az akkumulátor töltöttségi szintjét százalékban mérik, és azt jelzik, hogy a teljes töltöttségből mennyi maradt még az akkumulátorban. Ebben az esetben az akkumulátor töltési módot vesszük figyelembe. Megállapítható, hogy a lítium cella kémiájától függően az akkumulátor túltöltéskor eltérően viselkedhet, és eltérő érzékenységgel rendelkezik a hőelvezetéssel szemben. Ennek oka a különböző típusú Li-Ion cellák eltérő fajlagos kapacitása (A*h/gramm). Minél nagyobb a cella fajlagos kapacitása, annál gyorsabban szabadul fel a hő az újratöltés során.
Ezenkívül 100% SOC mellett egy külső rövidzár gyakran okozza a cella termikus kifutását. Másrészt, amikor a cella 80%-os SOC-n van, a cella maximális termikus kifutó hőmérséklete felfelé tolódik el. A sejt ellenállóbbá válik a vészhelyzetekkel szemben.
Végül a 70%-os SOC esetében előfordulhat, hogy a külső rövidzárlatok egyáltalán nem okoznak hőkiesést. Azaz jelentősen csökken a cellagyulladás veszélye, és a legvalószínűbb forgatókönyv csak a lítium akkumulátor biztonsági szelepének működése.
Ezenkívül a táblázatból arra a következtetésre juthatunk, hogy az akkumulátor LFP (lila görbéje) általában meredek hőmérséklet-emelkedést mutat, vagyis a „bemelegítési” szakasz simán átmegy a „termikus kifutás” szakaszba, és az akkumulátor stabilitása. ez a rendszer a túltöltéshez valamivel rosszabb. Az LMO akkumulátorok, mint látjuk, egyenletesebb fűtési karakterisztikával rendelkeznek újratöltéskor.
FONTOS: Amikor az OSD rendszer aktiválódik, a cella áthidalásra áll vissza. Így a rack feszültsége lecsökken, de továbbra is üzemben marad, és magának az állványnak a BMS rendszerén keresztül jelet ad az UPS felügyeleti rendszerének. A VRLA akkumulátorokkal rendelkező klasszikus UPS-rendszerek esetében az egyik akkumulátoron belüli rövidzárlat vagy szakadás az UPS egészének meghibásodásához és az IT-berendezések működésének elvesztéséhez vezethet.
A fentiek alapján a lítium oldatok UPS-ben történő használata esetén a következő kockázatok továbbra is relevánsak:
- Egy cella vagy modul termikus kifutása külső rövidzárlat következtében - több szintű védelem.
- Egy cella vagy modul termikus kifutása az akkumulátor belső meghibásodása következtében - több szintű védelem cella vagy modul szinten.
- Túltöltés – BMS védelem, valamint rack, modul, cella minden szintű védelme.
- A mechanikai sérülés esetünkben nem releváns, az esemény kockázata elhanyagolható.
- A rack és az összes akkumulátor (modulok, cellák) túlmelegedése. 70-90 fokig kritikátlan. Ha az UPS telepítési helyiségében a hőmérséklet ezen értékek fölé emelkedik, az azt jelenti, hogy tűz van az épületben. Normál adatközponti működési körülmények között az esemény kockázata elhanyagolható.
- Csökkentett akkumulátor-élettartam magasabb szobahőmérsékleten – a hosszú távú működés akár 40 fokos hőmérsékleten is megengedett az akkumulátor élettartamának észrevehető csökkenése nélkül. Az ólom akkumulátorok nagyon érzékenyek a hőmérséklet emelkedésére, és a hőmérséklet növekedésével arányosan csökkentik hátralévő élettartamukat.
Vessünk egy pillantást a lítium-ion akkumulátorok baleseti kockázatának folyamatábrájára adatközpontunkban, szerverteremben. Egyszerűsítsük le egy kicsit a diagramot, mert a lítium UPS-ek ideális körülmények között fognak működni, ha összehasonlítjuk a kütyüdben, telefonodban lévő akkumulátorok működési körülményeit.
KÖVETKEZTETÉS: Az adatközponti és szervertermi UPS-ek speciális lítium akkumulátorai megfelelő szintű védelmet nyújtanak a vészhelyzetekkel szemben, és egy átfogó megoldásban a különféle védelmi fokozatok nagy száma és a megoldások üzemeltetésében szerzett több mint öt éves tapasztalat lehetővé teszi, hogy beszéljünk az új technológiák magas szintű biztonsága. Többek között nem szabad megfeledkeznünk arról sem, hogy szektorunkban a lítium akkumulátorok működése a Li-Ion technológiák „üvegházi” körülményeinek tűnik: a zsebünkben lévő okostelefonnal ellentétben senki sem fogja leejteni az akkumulátort az adatközpontban, túlmelegszik, lemerül. minden nap, aktívan használja puffer módban.
További részleteket megtudhat és megbeszélhet egy konkrét megoldást lítium-ion akkumulátorok használatával szerverszobájában vagy adatközpontjában, ha e-mailben kéri , vagy a cég honlapján történő kéréssel .
NYITOTT TECHNOLÓGIÁK – megbízható átfogó megoldások a világ vezetőitől, kifejezetten az Ön céljaihoz és célkitűzéseihez igazítva.
Szerző: Kulikov Oleg
Vezető tervezőmérnök
Integrációs Megoldások Osztály
Open Technologies Company
A felmérésben csak regisztrált felhasználók vehetnek részt. , kérem.
Mi a véleménye a Li-Ion technológiákra épülő ipari megoldások biztonságosságáról és alkalmazhatóságáról?
-
16,2%Veszélyes, öngyulladó, semmilyen körülmények között nem tenném a szerverszobámba.11
-
10,3%Ez nem érdekel, ezért rendszeresen cseréljük a klasszikus elemeket, és minden rendben van.7
-
16,2%Gondolkodnunk kell, hogy biztonságos és ígéretes lehet-e.11
-
23,5%Érdekes, utánanézek a lehetőségeknek.16
-
13,2%Érdekelt! Fektessen be egyszer - és ne féljen az egész adatközpontot túlterhelni egy ólom akkumulátor meghibásodása miatt.9
-
20,6%Érdekes! Az előnyök messze meghaladják a hátrányokat és a kockázatokat.14
68 felhasználó szavazott. 25 felhasználó tartózkodott.
Forrás: will.com