{"id":75308,"date":"2020-03-25T07:42:27","date_gmt":"2020-03-25T05:42:27","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/vremya-litij-ionnyh-ibp-pozharoopasnost-ili-bezopasnyj-shag-v-budushhee"},"modified":"2020-03-25T07:42:27","modified_gmt":"2020-03-25T05:42:27","slug":"vremya-litij-ionnyh-ibp-pozharoopasnost-ili-bezopasnyj-shag-v-budushhee","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/administrirovanie\/vremya-litij-ionnyh-ibp-pozharoopasnost-ili-bezopasnyj-shag-v-budushhee","title":{"rendered":"Tempo degli UPS al litio: pericolo di incendio o passo sicuro verso il futuro?","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Tempo
\n<\/p>\n

Ciao, amici!<\/p>\n

Dopo la pubblicazione dell'articolo \u00abUPS e batterie: dove installarle? Aspetta un attimo\u00bb <\/a><\/noindex>ci sono stati molti commenti riguardo ai rischi delle soluzioni Li-Ion per server e data center. Oggi cercheremo di chiarire le differenze tra le soluzioni industriali al litio per UPS e le batterie dei vostri dispositivi, come variano le condizioni di utilizzo delle batterie nei server, perch\u00e9 in uno smartphone la batteria Li-Ion dura al massimo 2-3 anni, mentre in un data center questo numero pu\u00f2 arrivare a 10 anni o pi\u00f9. Perch\u00e9 i rischi di incendi del litio nei data center\/server sono minimi. <\/p>\n

S\u00ec, gli incidenti con le batterie UPS possono avvenire indipendentemente dal tipo di accumuli energetici, ma il mito della \u00abpericolosit\u00e0 incendiaria\u00bb delle soluzioni industriali al litio non corrisponde alla realt\u00e0. <\/p>\n

Infatti, molti hanno visto quel video con l'incendio di uno smartphone<\/a><\/noindex> con batteria al litio in un'auto in movimento, giusto? Quindi, vediamo, analizziamo, confrontiamo\u2026 <\/a><\/noindex><\/p>\n

Qui vediamo un caso tipico di auto-riscaldamento incontrollato, un'overheating della batteria del telefono, che ha portato a tale incidente. Direte: ECCO! Questo \u00e8 solo un telefono, solo un folle installerebbe qualcosa di simile in un server!<\/p>\n

Sono sicuro che, dopo aver studiato questo materiale, il lettore cambier\u00e0 idea su questo argomento.<\/p>\n

<\/p>\n

Situazione attuale del mercato dei data center<\/h3>\n

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\nNon \u00e8 un segreto che la costruzione di un data center rappresenti un investimento a lungo termine. Il costo delle sole attrezzature ingegneristiche pu\u00f2 rappresentare il 50% del totale degli investimenti di capitale. L'orizzonte di recupero \u00e8 di circa 10-15 anni. Nasce quindi il desiderio di ridurre il costo totale di propriet\u00e0 durante l'intero ciclo di vita del data center, liberando arie per il carico utile e ottimizzando le attrezzature ingegneristiche.<\/p>\n

La soluzione ottimale sono gli UPS industriali di nuova generazione basati su batterie Li-Ion, che hanno ormai superato le 'malattie infantili' come l'infiammabilit\u00e0, algoritmi di carica-scarica errati e sono dotati di numerosi meccanismi di protezione.<\/p>\n

Con l'aumento delle potenzialit\u00e0 delle attrezzature informatiche e di rete cresce la domanda di UPS. Allo stesso tempo, aumentano le richieste riguardo il tempo di autonomia delle batterie in caso di problemi con l'alimentazione elettrica centralizzata e\/o malfunzionamenti all'avvio della fonte di alimentazione di riserva in caso di utilizzo\/presenza di DGUs. <\/p>\n

A nostro avviso, ci sono due principali motivi:<\/p>\n

    \n
  1. La rapida crescita dei volumi di informazioni elaborate e trasmesse.
    \nAd esempio,     Il nuovo aereo passeggeri Boeing
    \n787 Dreamliner genera pi\u00f9 di 500 gigabyte di informazioni in un solo volo<\/a><\/noindex>, che
    \ndevono essere conservate e elaborate.<\/li>\n
  2. L'aumento della dinamica del consumo di energia elettrica. Nonostante la tendenza generale alla riduzione del consumo energetico delle attrezzature IT, si verifica una diminuzione del consumo energetico specifico dei componenti elettronici.<\/li>\n<\/ol>\n

    \nIl grafico del consumo energetico di un solo data center attivo.<\/b>\"Tempo
    \n Questa stessa tendenza \u00e8 mostrata dalle previsioni del mercato dei data center nel nostro paese.<\/b>Secondo il sito     expert.ru<\/a><\/noindex>, il numero totale di posti in rack messi in servizio supera i 20.000. \u00abIl numero di posti in rack messi in servizio dai 20 principali fornitori di servizi di data center \u00e8 aumentato del 3% nel 2017, raggiungendo 22.400 (dati al 1 ottobre 2017)\u00bb, afferma il report di CNews Analytics. Secondo le stime delle societ\u00e0 di consulenza, entro il 2021 si prevede che il numero di posti in rack aumenti a 49.000. Questo significa che, nei prossimi due anni, la reale capacit\u00e0 dei data center potrebbe raddoppiare. Da cosa dipende? Principalmente dalla crescita del volume delle informazioni: sia quelle archiviate che quelle elaborate.<\/p>\n

    Oltre al cloud, gli operatori identificano nello sviluppo delle capacit\u00e0 dei data center nelle regioni un punto di crescita: questo \u00e8 l'unico segmento in cui esiste ancora un margine per lo sviluppo del business. Secondo IKS-Consulting, nel 2016 solo il 10% di tutte le risorse offerte sul mercato era localizzato nelle regioni, mentre la capitale e la regione di Mosca rappresentavano il 73% del mercato e San Pietroburgo e la regione di Leningrado il 17%. Nelle regioni continua a persistere una carenza di risorse nei data center con alti livelli di disponibilit\u00e0.<\/p>\n

    Entro il 2025, secondo le previsioni, il volume totale di dati nel mondo aumenter\u00e0 di dieci volte rispetto al 2016.<\/b><\/p>\n

    \"Tempo
    \n
    \n<\/p>\n

    Quanto \u00e8 sicuro il litio per gli UPS nei server o nei data center? <\/h3>\n

    <\/b> <\/p>\n

    Svantaggio: alto costo delle soluzioni Li-Ion.<\/b><\/p>\n

    \"TempoIl costo delle batterie agli ioni di litio rimane ancora elevato rispetto alle soluzioni standard. Secondo le stime di SE, i costi iniziali per potenti UPS superiori a 100 kVA per le soluzioni Li-Ion saranno superiori di 1,5 volte, ma alla fine il risparmio totale si attester\u00e0 tra il 30% e il 50%. Se confrontiamo con il complesso militare-industriale di altri paesi, ecco la notizia del lancio della sottomarina giapponese<\/a><\/noindex> con batterie Li-Ion. Spesso, in queste soluzioni, si utilizzano batterie al litio-ferro-fosfato (nella foto - LFP) per il loro costo relativamente basso e la maggiore sicurezza. <\/p>\n

    L'articolo menziona che sono stati spesi 100 milioni di dollari per nuove batterie per il sottomarino, proviamo a ricalcolare in altre unit\u00e0\u2026<\/b>4.2 mila tonnellate di dislocamento subacqueo per il sottomarino giapponese. Dislocamento in superficie - 2,95 mila tonnellate. Generalmente, il 20-25% del peso della nave \u00e8 costituito da batterie. Quindi, prendiamo circa 740 tonnellate - batterie al piombo-acido. In seguito: il peso del litio \u00e8 circa 1\/3 rispetto alle batterie al piombo-acido -> 246 tonnellate di litio. A 70 kWh\/kg per Li-Ion otteniamo circa 17 MWh di potenza per il pacco batteria. E la differenza nel peso delle batterie \u00e8 di circa 495 tonnellate\u2026 Qui non consideriamo batterie argento-zinco<\/a><\/noindex>, per le quali un sottomarino ha bisogno di 14,5 tonnellate di argento, e per costo superano le batterie al piombo-acido di 4 volte. Ricordo che le batterie Li-Ion ora costano solo 1,5-2 volte in pi\u00f9 rispetto alle batterie VRLA, a seconda della potenza della soluzione.
    \n E per quanto riguarda i giapponesi? Si sono ricordati troppo tardi che \"alleggerire la nave\" di 700 tonnellate comporta cambiamenti nelle sue qualit\u00e0 di navigabilit\u00e0 e stabilit\u00e0... Probabilmente hanno dovuto aggiungere armamenti a bordo per ripristinare i valori di progettazione della distribuzione del peso della nave. <\/p>\n

    \"Tempo<\/p>\n

    Le batterie agli ioni di litio pesano anche meno delle batterie al piombo-acido, quindi il progetto del sottomarino di tipo Soryu ha dovuto essere riprogettato per mantenere il galleggiamento e la stabilit\u00e0.<\/p>\n

    In Giappone sono stati sviluppati e messi in servizio due tipi di batterie agli ioni di litio: l'ossido di litio-nichel-cobalto-alluminio (NCA) della GS Yuasa e l'ossido di litio-titanio (LTO) della Toshiba. La flotta giapponese utilizzer\u00e0 le batterie di tipo NCA, mentre, secondo Kobayashi, per l'uso su sottomarini di tipo Soryu, nel recente appalto sono state proposte batterie di tipo LTO.<\/p><\/blockquote>\n

    Considerando la particolare attenzione alla sicurezza nel Paese del Sol Levante, si pu\u00f2 supporre che le questioni di sicurezza relative al litio siano state risolte, testate e certificate. <\/p>\n

    Rischio: infiammabilit\u00e0.<\/b><\/p>\n

    Qui approfondiremo l'obiettivo della pubblicazione, poich\u00e9 ci sono opinioni diametralmente opposte sulla sicurezza di queste soluzioni. Ma questo \u00e8 tutto lirismo; quali sono le nostre soluzioni industriali concrete? <\/p>\n

    Le questioni di sicurezza sono gi\u00e0 state trattate nel nostro articolo<\/a><\/noindex>, ma fermiamoci di nuovo su questo argomento. Rivolgiamoci all'immagine, dove \u00e8 stato considerato il livello di protezione del modulo e della cella LMO\/NMC della batteria prodotta da Samsung SDI e utilizzata nel sistema UPS di Schneider Electric.<\/p>\n

    I processi chimici sono stati discussi nell'articolo dell'utente LadyN<\/a><\/noindex> Come esplodono le batterie al litio-ionico<\/a><\/noindex>. Cerchiamo di comprendere i rischi potenziali nel nostro caso specifico e di confrontarli con la protezione multilivello delle celle Samsung SDI, che fanno parte della batteria Li-Ion Type G in una soluzione integrata basata su Galaxy VM.<\/p>\n

    Iniziamo con un diagramma generale dei rischi e delle cause di incendio delle celle al litio-ionico.<\/p>\n

    \"Tempo
    \nE pi\u00f9 grande? La foto \u00e8 cliccabile.<\/i><\/a><\/noindex><\/p>\n

    Sotto il spoiler puoi studiare le domande teoriche sui rischi di incendio delle batterie al litio-ionico e la fisica dei processi<\/b>Il diagramma iniziale dei rischi e delle cause di incendio (Safety Hazard) della cella al litio-ionico tratto da un articolo scientifico<\/a><\/noindex> del 2018. <\/p>\n

    \"Tempo
    \n
    \nPoich\u00e9 le caratteristiche di surriscaldamento delle celle agli ioni di litio variano in base alla loro struttura chimica, ci concentreremo sul processo descritto nell'articolo per le celle di litio-nichel-cobalto-alluminio (basate su LiNiCoAIO2) o NCA.
    \nIl processo di sviluppo di un incidente nella cella pu\u00f2 essere suddiviso in tre fasi: <\/p>\n

    \"Tempo
    \n<\/p>\n

      \n
    1. fase 1 (Onset). Funzionamento normale della cella, quando il gradiente di aumento della temperatura non supera 0,2 \u00b0C al minuto e la temperatura stessa non supera i 130-200 \u00b0C a seconda della struttura chimica della cella; <\/li>\n
    2. fase 2, riscaldamento (Acceleration). In questa fase la temperatura aumenta, il gradiente di crescita della temperatura aumenta rapidamente e si verifica un attivo rilascio di energia termica. In generale, questo processo \u00e8 accompagnato dall'emissione di gas. L'eccesso di emissione di gas deve essere bilanciato dall'attivazione della valvola di sicurezza;\n<\/li>\n
    3. fase 3, runaway termico. Riscaldamento della batteria oltre i 180-200 gradi. In questo caso, il materiale del catodo reagisce con la disproporzionamento e rilascia ossigeno. Questo \u00e8 il livello di runaway termico, poich\u00e9 pu\u00f2 verificarsi una miscela di gas infiammabili con ossigeno, causando auto-ignizione. Tuttavia, questo processo pu\u00f2 a volte essere controllato; in altre parole, modificando le condizioni esterne, il runaway termico pu\u00f2 cessare senza conseguenze fatali per l'ambiente circostante. L'integrit\u00e0 e la funzionalit\u00e0 della cella agli ioni di litio dopo questi eventi non \u00e8 considerata.<\/li>\n<\/ol>\n

      \n\"Tempo
      \n\"Tempo<\/p>\n

      La temperatura di surriscaldamento termico dipende dalle dimensioni della cella, dalla sua costruzione e dal materiale. La temperatura di surriscaldamento termico pu\u00f2 variare da 130 a 200 gradi Celsius. Il tempo di surriscaldamento termico pu\u00f2 essere diverso e variare da minuti, ore o addirittura giorni\u2026<\/p><\/blockquote>\n

      \n E per quanto riguarda le celle di tipo LMO\/NMC nelle UPS agli ioni di litio? <\/b><\/p>\n

      \"Tempo
      \nE pi\u00f9 grande? La foto \u00e8 cliccabile.<\/i><\/a><\/noindex><\/p>\n

      \u2013 Per prevenire il contatto dell'anodo con l'elettrolita, viene utilizzato uno strato ceramico nella cella (SFL). Il blocco del movimento degli ioni di litio avviene a 130 gradi C.<\/p>\n

      \u2013 In aggiunta alla valvola di ventilazione di sicurezza, viene utilizzato un sistema di protezione contro la sovraccarica (Over Charge Device, OSD), che lavora insieme a un fusibile interno e disattiva la cella danneggiata, evitando di portare il processo di runaway termico a valori pericolosi. Inoltre, l'attivazione del sistema OSD interno avverr\u00e0 prima, al raggiungimento della pressione di 3,5 kgf\/cm2, cio\u00e8 la met\u00e0 rispetto alla pressione di attivazione della valvola di sicurezza della cella.<\/p>\n

      A proposito, il fusibile della cella si attiver\u00e0 a correnti superiori a 2500 A in non pi\u00f9 di 2 secondi. Supponiamo che il gradiente di temperatura abbia raggiunto 10 \u00b0C\/min. In 10 secondi, la cella riuscir\u00e0 ad aumentare la propria temperatura di circa 1,7 gradi, rimanendo in modalit\u00e0 di accelerazione. <\/p><\/blockquote>\n

      \u2013 Il separatore a tre strati nella cella in modalit\u00e0 di sovraccarica garantir\u00e0 il blocco del passaggio degli ioni di litio verso l'anodo della cella. La temperatura di blocco \u00e8 di 250 \u00b0C.<\/p>\n

      \"Tempo
      \n
      \nOra vediamo qual \u00e8 la temperatura della cella; compariamo in quali fasi si attivano i diversi tipi di protezione a livello della cella.<\/p>\n

      \u2014 sistema OSD \u2013 3,5\u00b10,1 kgf\/cm2 <= pressione esterna
      \nProtezione aggiuntiva contro sovracorrenti.<\/p>\n

      \u2014 valvola di sicurezza 7,0+-1,0 kgf\/cm2 <= pressione esterna<\/p>\n

      \u2014 fusibile all'interno della cella 2 secondi a 2500A (modalit\u00e0 di sovraccarico)<\/p>\n

      \"Tempo
      \n
      \nIl rischio di surriscaldamento termico della cella dipende direttamente dal livello di carica della cella, maggiori dettagli qui\u2026<\/b>Esaminiamo l'effetto del livello di carica della cella nel contesto dei rischi di runaway termico. Consideriamo la tabella di corrispondenza tra la temperatura della cella e il parametro SOC (State of Charge, stato di carica della batteria).<\/p>\n

      \"Tempo
      \n
      \nIl livello di carica della batteria \u00e8 misurato in percentuale e indica quale parte della carica totale resta immagazzinata nella batteria. In questo caso stiamo esaminando la modalit\u00e0 di sovraccarica della batteria. Si pu\u00f2 concludere che, a seconda della composizione chimica della cella litio, la batteria pu\u00f2 comportarsi in modo diverso durante la sovraccarica e presentare una diversa propensione al runaway termico. Ci\u00f2 \u00e8 dovuto alla diversa capacit\u00e0 specifica (Ah\/grammo) dei vari tipi di celle Li-Ion. Maggiore \u00e8 la capacit\u00e0 specifica della cella, pi\u00f9 rapido sar\u00e0 il rilascio di calore durante la sovraccarica.<\/p>\n

      Inoltre, a 100% di SOC, un corto circuito esterno porta spesso a un'accelerazione termica della cella. D'altra parte, quando la cella ha un livello di carica dell'80% di SOC, la temperatura massima di inizio dell'accelerazione termica si sposta verso l'alto. La cella diventa pi\u00f9 resistente alle modalit\u00e0 di guasto. <\/p>\n

      E, infine, per il 70% di SOC i corti circuiti esterni possono non essere affatto la causa dell'accelerazione termica. Cio\u00e8, il rischio di incendio della cella si riduce notevolmente, e lo scenario pi\u00f9 probabile \u00e8 solo l'attivazione della valvola di sicurezza della batteria agli ioni di litio.<\/p>\n

      Inoltre, dalla tabella si pu\u00f2 dedurre che le batterie LFP (curva viola) hanno generalmente una ripida inclinazione nell'aumento della temperatura, cio\u00e8, la fase di 'riscaldamento' passa gradualmente alla fase di 'accelerazione termica', e la stabilit\u00e0 di questo sistema contro la sovraccarica \u00e8 leggermente inferiore. Le batterie di tipo LMO, come vediamo, hanno una caratteristica di riscaldamento pi\u00f9 dolce durante la sovraccarica.<\/p>\n

      <\/p>\n

      IMPORTANTE:<\/b> In caso di attivazione del sistema OSD, la cella viene bypassata. Di conseguenza, si riduce la tensione sull'armadio, ma rimane operativa e invia un segnale al sistema di monitoraggio dell'UPS tramite il sistema BMS dell'armadio stesso. In un sistema UPS classico con batterie VRLA, un corto circuito o un guasto all'interno di una singola batteria nella stringa pu\u00f2 portare al fallimento dell'UPS nel suo complesso e alla perdita di operativit\u00e0 delle apparecchiature IT.<\/p><\/blockquote>\n

      Da quanto detto sopra, per l'uso di soluzioni al litio negli UPS rimangono rilevanti i rischi:<\/p>\n

        \n
      1. Crescita termica della cella, del modulo a causa di un corto circuito esterno \u2013 pi\u00f9 livelli di protezione.\n<\/li>\n
      2. Crescita termica della cella, del modulo a causa di un guasto interno della batteria \u2013 pi\u00f9 livelli di protezione a livello di cella, modulo.\n<\/li>\n
      3. Sovraccarico \u2013 protezione tramite BMS pi\u00f9 tutti i livelli di protezione dell'armadio, del modulo, della cella.\n<\/li>\n
      4. Danno meccanico \u2013 non pertinente nel nostro caso, il rischio \u00e8 trascurabile.\n<\/li>\n
      5. Surriscaldamento del rack e di tutte le batterie (moduli, celle). Non critico fino a 70-90 gradi. Se la temperatura nella sala dove \u00e8 installato l'UPS supera questi valori, significa che c'\u00e8 gi\u00e0 un incendio nell'edificio. In normali condizioni operative, il rischio di un evento \u00e8 trascurabile.\n<\/li>\n
      6. Riduzione della durata delle batterie a temperature ambientali elevate \u2013 \u00e8 consentito un funzionamento prolungato a temperature fino a 40 gradi senza una riduzione significativa della durata delle batterie. Le batterie al piombo sono molto sensibili a qualsiasi aumento di temperatura e riducono la loro capacit\u00e0 residua in modo proporzionale all'aumento della temperatura.\n<\/li>\n<\/ol>\n

        \nDiamo un'occhiata al diagramma dei rischi di guasto delle batterie agli ioni di litio nel nostro caso d'uso nel data center, server room. Semplifichiamo un po' lo schema, poich\u00e9 gli UPS al litio saranno utilizzati in condizioni ideali, se confrontate con le condizioni operative delle batterie nel vostro gadget, telefono.<\/p>\n

        \"Tempo
        \n L'immagine \u00e8 cliccabile.<\/i><\/a><\/noindex><\/p>\n

        CONCLUSIONE:<\/b> <\/b> Le batterie al litio specializzate per UPS di data center e server offrono un adeguato livello di protezione contro situazioni straordinarie. Inoltre, in una soluzione complessiva, una grande variet\u00e0 di gradi di protezione e oltre cinque anni di esperienza nell'uso di queste soluzioni permettono di affermare un alto livello di sicurezza delle nuove tecnologie. Inoltre, \u00e8 importante sottolineare che l'utilizzo delle batterie al litio nel nostro settore rappresenta condizioni 'di serra' per le tecnologie Li-Ion: a differenza dello smartphone che si ha in tasca, la batteria in un data center non verr\u00e0 mai fatta cadere, surriscaldata, scaricata quotidianamente o utilizzata attivamente in modalit\u00e0 di backup.<\/p>\n

        Per scoprire ulteriori dettagli e discutere una soluzione specifica utilizzando batterie al litio per il tuo server o data center, puoi inviare una richiesta all'indirizzo email info@ot.ru<\/a><\/noindex>, oppure effettuare una richiesta sul sito dell'azienda www.ot.ru<\/a><\/noindex>. <\/p><\/blockquote>\n

        APERTE TECNOLOGIE<\/b> \u2013 soluzioni complesse affidabili dai leader mondiali, adattate specificamente ai tuoi obiettivi e esigenze.<\/p>\n<\/blockquote>\n

        \nAutore:<\/i> Oleg Kulikov
        \nIngegnere progettista senior
        \nDipartimento delle soluzioni integrate
        \nAzienda Open Technologies<\/p>\n

        <\/b><\/i><\/p>\n

        Solo gli utenti registrati possono partecipare al sondaggio. Accedi<\/a><\/noindex>, per favore.<\/p>\n

        Qual \u00e8 la vostra opinione sulla sicurezza e l'applicabilit\u00e0 delle soluzioni industriali basate sulla tecnologia Li-Ion?<\/h2>\n